400-810-0069转3668
空气中的二氧化碳浓度只有约400 ppm（0.04%）。想把它直接从大气里“捞”回来——也就是直接空气捕集（DAC）——吸附剂必须同时满足两个苛刻条件：对极稀的CO?有足够强的亲和力，还要在真实环境的水汽干扰下不失效。
中国科学院上海硅酸盐研究所孙静团队给出的答案是：给经典锆基 MOF（金属有机框架）NU-1000的金属位点“充电”。他们在NU-1000中引入碳量子点（CQDs），在25℃、100 kPa下把CO?吸附量推到1.99 mmol/g，比纯NU-1000提升79.2%；在模拟空气的动态穿透测试中，动态吸附容量约为纯材料的5倍，CO?/N?分离因子从6.56升至25.79。成果发表于Separation and Purification Technology（DOI: 10.1016/j.seppur.2026.137682）。
为什么是NU-1000？为什么是碳量子点？
NU-1000由Zr?簇与芘基四羧酸配体（H?TBAPy）构筑，拥有约0.6 nm微孔与约 2.5 nm介孔的层级孔道，热稳定性、化学稳定性与耐水性都很突出，长期被看作DAC的候选材料；短板在于CO?吸附容量与选择性仍不够。碳量子点是尺寸通常小于10 nm的零维碳纳米材料，表面富集含氧官能团、分散性好。
团队分别合成CQDs（柠檬酸＋尿素水热，180℃、6 h）与NU-1000，再用一步乙醇浸渍法（40℃搅拌12 h）制得5种负载量的CQDs/NU-1000（名义负载1.0-10.0 wt%）。HRTEM 显示量子点附着在晶体表面与近表面；PXRD表明框架结晶度与长程有序保持完好。“不改框架、只调微环境”，是这套设计的核心。
CQDs与NU-1000分别水热合成，再经一步浸渍复合成CQDs/NU-1000
BET 1937 m?/g 背后：
量子点怎样优化孔道
团队在精微高博JW-BK100比表面积及孔径分析仪上完成77 K下N? 吸附-脱附等温线及CO?吸附等温线测试。BET结果表明，随CQDs负载量增加，比表面积先升后降：1.0CQDs/NU-1000（5 wt%）最高，达1937 m?/g、总孔容1.53 cm?/g，高于纯NU-1000的1505 m?/g与1.23 cm?/g。微孔基本保持不变，介孔容量则先增后减——少量量子点进入介孔会引入缺陷、增加有效表面积与吸附位点；负载过量则堵塞孔道，性能随之回落。1.0CQDs/NU-1000恰好落在“增益”与“堵孔”之间的平衡点上。
吸附量1.99 mmol/g、CO?/N?选择性 25.79：吸得多、分得清
静态等温线（25℃、100 kPa）显示，1.0CQDs/NU-1000的CO?吸附量为1.99 mmol/g，较纯NU-1000（1.11 mmol/g）提升79.2%（约1.79倍）。对照实验表明，同样的量子点负载到SiO?上只带来0.029 mmol/g的增量，说明增益主要来自量子点与MOF框架的协同，而非量子点本身。
CO?吸附等温线：0℃（a）、25℃（b）下系列样品对比，及 25 ℃下与SiO?对照（c）
在模拟空气（400 ppm CO?＋20% O?＋余量N?）的动态穿透测试中，复合材料的动态吸附容量为0.0253 mmol/g，约为纯材料（0.0050 mmol/g）的5倍；CO?/N? 动态分离因子25.79，约为纯材料（6.56）的4倍。穿透曲线从单台阶变为双台阶，提示新吸附位点的出现。
模拟空气三元混合气动态穿透曲线（a、b）与动态CO?吸附容量（c、d），改性前后对比
机理上，XPS显示Zr 3d 结合能向低能端移动约0.3-0.4 eV——富电子 CQDs 向Zr?簇转移电子，增强其Lewis碱性；表面羟基氧含量同步增加。CO?-TPD 主脱附峰上移至154℃；原位FTIR在1651、1620、1478、1426、1328 cm-1 出现新峰，对应单齿与双齿碳酸盐。物理吸附（比表面积增大）叠加化学吸附（碳酸盐化），构成了吸附量跃升的根本机制。
CQDs/NU-1000的CO?捕集机理示意：物理吸附+羟基/金属位点上的化学吸附
高湿度下保住94.5%：稳定性与产业化潜力
在0-100%相对湿度下预暴露12h后，1.0CQDs/NU-1000在100% RH仍保持1.89 mmol/g，为干燥条件（2.00 mmol/g）的94.5%，水汽竞争的影响很小。10次吸附-脱附循环（25℃吸附、120℃真空脱附）后容量从1.95降至1.70 mmol/g（-12.8%），主要源于强结合碳酸盐累积堵孔；吸附热Qst处于15-35 kJ/mol，以物理吸附为主，再生能耗低。需要说明的是，7天泡水后比表面积降至约675 m?/g，长期水稳定性仍是后续优化方向。
整套改性仅需商品化原料加一步浸渍，工艺简单、可放大，为MOF基DAC吸附剂提供了一条“轻改造、高增益”的路径。
来源注：本工作发表于Separation and Purification Technology395 (2026)137682，作者为Xujing Chen、Jing Sun（通讯）等，单位为中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室及中国科学院大学；DOI: 10.1016/j.seppur.2026.137682。N? 吸附-脱附等温线与CO?吸附等温线由精微高博 JW-BK100 比表面积及孔径分析仪完成，动态穿透测试由精微高博BTsorb-100穿透曲线与传质分析仪完成。
关于JW-BK 100型比表面积及孔径分析仪
BK 100型比表面积及孔径分析仪采用静态容量法，以低温氮气吸附测定材料比表面积与孔结构。比表面积测试下限低至0.0001 m?/g，重复性RSD ±1%；孔径分析覆盖0.35-500 nm，微孔至介孔均可精确表征，中值孔径重复性RSD ≤0.02 nm。模块化不锈钢真空气路配合高精度传感器，真空度高、防泄漏，数据稳定可靠；全自动吸-脱附流程与专用软件一体化，操作简便，广泛适用于 MOF、分子筛、催化剂等多孔材料的孔道表征与质量控制。
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关于BTsorb-100系列穿透曲线与传质分析仪
精微高博BTsorb-100系列穿透曲线与传质分析仪是一款集穿透曲线测试、多组分竞争吸附与传质动力学分析于一体的全自动动态吸附分析仪。它精准模拟工业吸附分离过程，在动态气流条件下，深入“透视”吸附材料的分离性能、竞争吸附行为、扩散速率及循环稳定性，为吸附剂筛选、工艺优化和分离机理研究提供关键数据支撑。
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精微高博成立于2004年，总部和研发中心设于北京，生产基地位于天津，在美国、德国设有子公司，是一家深耕全球市场的科学仪器制造企业。公司产品涵盖吸附类仪器、热分析仪器、X射线衍射仪及反应装置等关键领域。
作为全球材料分析仪器领域的创新推动者，精微始终秉持“为新材料的研究和制造提供高质量、高易用性、高性价比的先进测量仪器”的使命，持续探索材料表征前沿技术，加速技术迭代，为全球客户提供多元化产品及服务解决方案。
