Rice化学家Andrew Barron的实验室领导了一个项目，以绘制多孔碳材料的变化及其合成条件如何影响碳捕获。他们发现了可以在改进产品的同时为工业节省资金的方面。

这项研究将于本月在皇家化学学会材料化学杂志上发表。

该实验室比较了通常以颗粒形式制造的多孔碳的特性如何影响二氧化碳捕获。Barron说，温度，压力，材料的表面积，毛孔的大小以及添加的元素都会产生影响。他说，该地图将影响从现在开始进行碳捕获研究的方式。

“传统意义上表面积越大，材料的孔隙率越大，吸附的越好，”巴伦说。“所以人们一直在合成材料，以最大化两者。事实证明，这是一个死亡的研究领域，因为一旦你达到一个关键数字，无论你得到多高，他们不会提高吸收。

“我们所做的是提供一种配方，使碳捕获材料成为最佳状态，”他说。

研究人员从粉状椰子壳和锯末等来源制作了各种多孔碳材料，并用氢氧化钾处理它们，使颗粒具有纳米级的孔隙。一些批次用氮气增强，一些用硫磺增强; 这些已被研究作为添加剂以使材料更具吸附性。研究人员使用各种前体合成多孔碳基吸附剂材料，在500至800摄氏度（932至1472华氏度）的温度下进行化学活化，并在0至30巴的压力下仔细测量其二氧化碳捕获能力。（一个柱子略低于海平面的平均大气压力。）

无论功能性添加剂如何，实验表明，一旦吸附剂材料达到每平方米2,800平方米的表面积和每克1.35立方厘米的孔体积，则表面积和较大的孔都不能使其更有效地捕获二氧化碳。

“试图制造具有更高孔隙体积的东西并没有帮助，”巴伦说。“更高的表面积没有帮助。一旦你达到某个点，无论你做什么，你都不会用某种材料变得更好。”

研究人员还发现碳捕获的最佳条件与碳和甲烷选择性之间达到最佳平衡的条件不同。巴伦说，一种理想的材料可以捕获所有二氧化碳，让所有含能量的甲烷通过。

“对于二氧化碳的总吸收量而言，它不再对你有帮助的障碍与二氧化碳和甲烷之间的选择性不同，”他说。“工业界不必制造最高表面积的材料。他们只需要制造出能够达到最大产量的表面积。”

他们确定碳含量低于90％并且通过氧气而不是氮气或硫磺增强的材料，对于碳捕获和甲烷选择性都是最佳的，特别是对于在接近800摄氏度的温度下活化的材料。表面积大于2,800平方米/克的材料在30巴的压力下吸收二氧化碳的效果优异，但是这种高表面积的优点在较低的压力下会降低。

他们发现，通过引发孔隙的氢氧化钾添加的氧气的存在与结果的相关性远远超过氮气或硫磺。

“我们理解氧气很重要，”巴伦说。“我们不明白为什么。它能稳定某些孔隙结构吗？是因为它能稳定毛孔颈部吗？它是否会改变毛孔的形状？我们不知道这是一个化学或物理问题，但现在我们知道是什么我们接下来应该学习。“