研究概述

将二氧化碳（CO2）排放转化为有价值的三维（3D）打印碳基材料，为缓解气候变化和资源利用提供了一种变革性战略。

2024年12月4日，圣路易斯华盛顿大学焦锋（Feng Jiao）教授、美国特拉华大学付堃（Kelvin Fu）助理教授在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《Transforming CO2 into advanced 3D printed carbon nanocomposites》的研究论文，Bradie S. Crandall、Matthew Naughton、Soyeon Park为论文共同第一作者，焦锋教授、付堃助理教授为论文共同通讯作者。

在这里，作者使用集成系统将CO2电化学转化为CO，然后通过热催化过程合成碳纳米管（CNT），最后将其3D打印成高密度碳纳米复合材料。

研究人员将200平方厘米的电解槽与热化学反应器集成在一起，稳定运行超过45小时，累计从CO2中合成了37克CNT。

技术经济分析表明，与当前基准相比，工业规模的CNT生产成本降低了90%，凸显了该系统的商业可行性。

作者开发了一种3D打印工艺，可以实现高纳米复合材料CNT浓度 (38 wt%)，同时通过CNT排列增强复合材料的结构属性。随着对碳纳米复合材料需求的迅速增长，这种CO2转化为纳米复合材料的过程可以对全球碳减排工作产生重大影响。

图文解读

图1：将CO2转化为有价值的材料

图2：热化学反应器和CO2电解器性能

图3：集成CO2衍生CNT生产系统设置和性能

图4：CNT/环氧树脂复合材料的3D打印和后处理

图5：CO2衍生CNTs和碳复合材料的更广泛影响

文献信息

Crandall, B.S., Naughton, M., Park, S.et al.Transforming CO2into advanced 3D printed carbon nanocomposites.Nat. Commun.15, 10568 (2024).https://doi.org/10.1038/s41467-024-54957-w.