當黃色的MOFs晶體內(nèi)充滿二氧化碳后，指示分子就會變成紅色。
其實早在一年前，該化學(xué)小組就發(fā)表了他們的一項科研成果：以糖、鹽，以及酒精為原料的新納米結(jié)構(gòu)材料。而眼下他們研制的這種“海綿”，其實是一種化合物，它可以有效地檢測、捕獲和儲存二氧化碳，而且該化合物自身是碳中性的。
據(jù)美國《每日科學(xué)》報道，該小組由西北大學(xué)化學(xué)教授弗雷澤·斯托達特領(lǐng)導(dǎo)，而研究報告已發(fā)表在了《美國化學(xué)學(xué)會雜志》上。
斯托達特介紹稱，該“海綿”其實是所謂的金屬有機骨架（MOFs），不過與其它MOFs相比，它不僅是純天然成分，而且制造過程很簡單，這也是它最大的優(yōu)勢。
盡管常規(guī)MOFs也可以有效地吸收二氧化碳，但它們的原材料通常來自于原油，而且常包含有毒的重金屬。斯托達特表示，這個MOFs還有很多獨有的特點，當完全“吃掉”二氧化碳時，通身會變成紅色，而且捕獲過程還是可逆的。
事實上，MOFs誕生于1999年左右，它是一種有序的、格子框架晶體，由有機分子與節(jié)點連接而成，節(jié)點通常是銅、鋅、鎳或鈷等金屬。在它們的大孔隙里，MOFs能有效地存儲如氫氣或二氧化碳等氣體，這在工程科學(xué)上具有獨特的用處。
據(jù)悉，這個新型的MOFs主要成分是伽馬-環(huán)糊精（gamma-cyclodextrin），是來自于玉米淀粉的可再生糖分子。然后，利用苯甲酸鉀（potassium benzoate）或氫氧化銣（rubidium hydroxide）等鹽中產(chǎn)生的某種物質(zhì)，把這些糖分子固定，而糖分子在晶體中的精確排列，則是捕獲二氧化碳的關(guān)鍵。
其實，在MOFs中，均勻?qū)ΨQ非常重要。天然材料通常都不具備均勻?qū)ΨQ性，所以很難結(jié)晶成高度有序而多空間框架材料。但伽馬-環(huán)糊精解決了這一難題：它由8個不對稱的葡萄糖殘基排列成一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這本身形成了一種對稱。把伽馬-環(huán)糊精和鉀鹽溶化在水中，水分和酒精的蒸發(fā)會使混合液結(jié)晶。
“事實證明，當我們把這些相互靠近的糖分子放到堿性環(huán)境中后，意想不到的事情發(fā)生了，它們開始與二氧化碳反應(yīng)，過程類似于碳固定，也就是糖形成的過程。”研究報告的第一作者Jeremiah Gassensmith表示，“這個反應(yīng)導(dǎo)致二氧化碳被緊緊地束縛在晶體內(nèi)，但隨后我們?nèi)匀豢梢苑浅］p易地回收它。”
從MOFs與二氧化碳發(fā)生的不同尋常的反應(yīng)可以檢測出，晶體是否已經(jīng)達到滿負荷。研究小組在每個晶體內(nèi)放入一種可以通過顏色改變來檢測pH值（表示氫離子活度的）變化的指示分子，當黃色的MOFs晶體內(nèi)充滿二氧化碳后它們就會變成紅色。
這個新型的MOFs，不僅成本低廉，而且還有綠色環(huán)保的特點，這更促使他們成為商業(yè)化的候選產(chǎn)品。小組成員Ronald A. Smaldone博士后補充稱：“我想這是簡單化學(xué)能夠成功地應(yīng)用于碳捕獲和傳感儀技術(shù)等相關(guān)問題的最好證明。”
據(jù)悉，美國國家自然科學(xué)基金委員會、美國能源部、英國工程和物理科學(xué)研究理事會、沙特國王科技大學(xué)，以及韓國高級科學(xué)和技術(shù)研究所均是這項研究的支持方。
