官能化多孔質炭素におけるCO2とH2Oの共吸着挙動のメカニズム：分子クラスタリング効果の観点から

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides molecular-level mechanistic insights for designing functionalized porous carbons for CO2 capture in humid conditions.

🏢実務担当者:Offers guidance on selecting or designing porous carbon adsorbents for industrial CCUS applications where humidity is present.

湿潤環境における二酸化炭素の効率的かつ選択的な捕捉は、炭素回収・利用・貯留（CCUS）技術において極めて重要な側面として浮上している。ここでは、CO2とH2Oの混合ガスに対する多孔質炭素の吸着特性と機構を調査した。本研究は、Mドープ（M = N、P、S、O）表面官能化グラフェンモデルにおけるCO2とH2Oの共吸着挙動に焦点を当て、微視的レベルでの競争的および相乗的機構を探求した。比較的低圧力範囲では、すべてのG-R（官能化グラフェン表面）は、G-None（無修飾グラフェン表面）と比較して、乾燥条件および湿潤条件の両方において同様の優れたCO2吸着性能を示す。しかし、高圧力では、G-None、G-NH2、特にG-C3-Pは湿潤条件下で高いCO2吸着容量を維持する一方、G-C=O、G-SO3H、G-(CO)C2PO上のCO2吸着量は湿潤条件下で有意な減少を示す。例えば、湿潤条件下では、G-C3-P上のCO2吸着量は300 kPaで15.8 mmol cm-3であるのに対し、G-(CO)C2PO上のCO2吸着容量は2.9 mmol cm-3に低下する。これらの結果は、高圧力におけるG-R上の水の異なる凝集効果によるものであった。さらに、G-R間のCO2とH2Oの吸着挙動および本質的機構は、集中型クラスタリングと分散型クラスタリングを含むH2Oの2つの異なるクラスタリング効果を通じて分析された。本研究は、CO2とH2Oの共吸着プロセスと機構を精密に解明し、最適なCO2捕捉のための高性能多孔質炭素吸着材の開発に関する革新的な視点を提供する。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

The efficient and selective capture of carbon dioxide in humid environments has emerged as a pivotal aspect in carbon capture, utilization and storage (CCUS) technology. Herein, the adsorption properties and mechanism of porous carbons for a CO2 and H2O gas mixture were investigated. This study focused on the co-adsorption behavior of CO2 and H2O in M-doped (M = N, P, S, and O) surface-functionalized graphene models and explored the competitive and synergistic mechanisms at a microscopic level. In the relatively low pressure range, all G-Rs (functionalized-graphene surfaces) exhibit a similar superior CO2 adsorption performance for both dry and humid conditions when compared with G-None (pristine graphene surface). However, at high pressures, G-None, G-NH2 and especially G-C3-P maintain a high CO2 adsorption capacity under the humid condition, while the CO2 uptakes on G-CO, G-SO3H and G-(CO)C2PO show a significant reduction under humid condition. For example, under humid condition, the CO2 uptake on G-C3-P is 15.8 mmol cm-3 at 300 kPa, while the adsorption capacity of CO2 on G-(CO)C2PO decreases to 2.9 mmol cm-3. These results were obtained owing to the different aggregation effects of water on G-Rs at high pressures. In addition, the adsorption behaviors and intrinsic mechanism of CO2 and H2O between G-Rs were analyzed through two different clustering effects for H2O, including centralized clustering and decentralized clustering. This work precisely disentangles the co-adsorption process and mechanism of CO2 and H2O and offers an innovative perspective on the development of high-performance porous carbon adsorbents for optimal CO2 capture.

• semanticscholar https://doi.org/10.1039/d5cp01772ffirst seen 2026-07-04 05:30:51 · last seen 2026-09-22 05:05:50