过去几十年，能源工程师引入多种系统和方法缓解气候变化、保护地球环境。鉴于全球对化石燃料的依赖短期内或仍持续，许多技术聚焦于捕获二氧化碳(CO₂)，二氧化碳是导致气候变化的主要温室气体之一。

二氧化碳捕集技术可应用于工业场所、发电厂等大量排放二氧化碳的设施。从空气中直接提取二氧化碳的有前景方法是pH值波动电化学捕集，该方法利用清洁能源，通过酸度(pH)变化引发的可逆反应吸收和释放二氧化碳。但此方案会随时间劣化，导致二氧化碳捕集能力下降，原因是氧化还原活性分子会被氧气氧化。

中国科学院大学、哈佛大学和西湖大学的研究人员设计出一种新方法，可提高pH波动电化学捕获技术的可靠性。《自然能源》杂志发表的论文概述了该方法，其依赖混合流动电池系统，这是一种能防止分子间发生不良化学反应的电化学装置，即使在有氧气的情况下也能从空气中提取二氧化碳。

论文共同资深作者迈克尔·阿齐兹告诉Tech Xplore，大气中二氧化碳浓度增加速度快，而各国减少温室气体排放的努力进展缓慢，到本世纪中叶左右，人类可能需从空气中去除二氧化碳，他们一直在开发利用清洁、无排放电力实现这一目标的方法。

五年多来，阿齐兹和同事一直努力开发可靠的电化学驱动pH波动方法，用于直接从空气中捕获二氧化碳，近期研究主要目标是克服系统关键限制。阿齐兹解释，一些有机分子可同时接受电子和质子且保持稳定，通过电极以电化学方式将电子驱动到这些分子上时，它们会从水分子中拉出质子，留下氢氧根，从而提高溶液pH值。高pH值溶液中的氢氧化物通过与二氧化碳发生可逆反应来捕获二氧化碳，通过电化学方法从有机分子中拉出电子时，所有过程会逆转，二氧化碳被释放到收集室中利用或封存。

研究人员早期实施方案依赖溶解在水中的有机分子，结果发现这些分子会引发不良化学反应，影响系统整体性能。阿齐兹称，问题在于水溶液接触空气或烟气时，其中丰富的氧气会与溶解分子发生可逆反应，干扰二氧化碳捕获过程。此次创新之处在于将有机分子构建成固体聚合物，而非溶解它们。这样，电化学驱动分子时，它们会将氢氧化物注入溶液中，含氢氧化物的溶液会被送出，从含二氧化碳和氧气的气体中捕获二氧化碳，但有机分子不会与氧气接触。

研究人员通过一系列测试评估更新的二氧化碳捕获系统，发现其能可靠地将空气与对氧气有反应性的分子分离，捕获二氧化碳的库仑效率达到99%。这些结果凸显了该方法的潜力，表明其可实现直接从空气中大规模、高效地捕获二氧化碳。

阿齐兹补充道，提出的系统可为高效从空气中捕获二氧化碳铺平道路，尽管存在氧气。他们现在正继续探索直接从空气中捕获二氧化碳的方法，寻求成本最低、安全且可扩展的方法。

更多信息：Xinyu Jin 等，利用空间隔离吩嗪电极的电化学混合流动池直接捕获空气中的二氧化碳，《自然能源》(2025)