麻省理工研制出可从空气中提取碳进行自我修复的新型材料

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麻省理工学院化学工程师设计出一种材料，它可以与空气中二氧化碳发生反应，然后生长、自我增强、甚至自我修复。 这种聚合物可能会被用作建筑材料或修补材料或保护涂层，它不断将空气中的二氧化碳转化为碳基材料，从而强化自身。

目前的新材料是一种合成凝胶状物质，其化学反应过程类似于植物进行光合作用生长的过程。例如，将该材料制成轻质面板材料，然后运输到建筑工地，让它们暴露在空气和阳光中发生硬化和固化，从而节省能量和运输成本。

Michael Strano教授，博士后Seon-Yeong Kwak和其他八位在麻省理工学院和加州大学河滨分校的研究员发现了这一材料，并将其发表在《先进材料》“Advanced Materials”杂志上。

化学工程的Carbon C. Dubbs教授斯特拉诺说：“这是材料科学中一个全新的概念，我们所说的碳固碳材料目前应该属于生物领域，因为碳材料只需要阳光就能够将环境空气中的二氧化碳转化为固态、稳定的材料，就像植物一样。

研究人员指出，开发这类碳材料，不仅可以减少化石燃料的使用，还能消耗空气中的二氧化碳，对环境和气候都有益。斯特拉诺说：“这碳材料可以像树一样生长，从二氧化碳中吸收碳，并将其固化到材料中”。

研究小组在这些最初的验证实验中确实使用过了一种生物成分 - 叶绿体，即植物细胞内进行光合作用的工厂，研究人员从菠菜叶中获得叶绿体，剥离后叶绿体并不能存活，而是催化二氧化碳与葡萄糖的反应，剥离的叶绿体非常不稳定，所以它们在从植物中移出几小时后就会死亡。 在论文中，斯特拉诺和他的同事介绍了提高叶绿体催化寿命的提取方法。 Strano解释说，在目前以及未来的工作中，叶绿体正在被非生物催化剂取代。

研究人员使用的材料是由氨基丙烯酰胺（APMA）、葡萄糖（一种葡萄糖氧化酶的酶）和叶绿体组成的凝胶基质，加入碳时变得更坚硬。 研究人员说，虽然它能起到裂缝填充或涂层材料的作用，但强度还不足以用作建筑材料。

该团队已经制定了制备此类材料的方法，目前正在研究如何优化材料的性能。他们说，短期内可以实现自修复涂层和裂缝填充等商业应用，但如果要应用到建筑材料和高强度复合材料，还需要在材料骨架化学和材料科学方面取得进一步发展。

斯特拉诺说，这种材料最关键优势是，它们可以在阳光下或室内照明时进行自我修复。如果表面被刮伤或破裂，受影响的区域会长大然后填补间隙，达到修复损坏的目的而无需任何外部操作。

研究人员表示，虽然人们已经在大力研发能模仿生物有机体自我修复的自我修复材料，但这些材料都需要额外施加激活能才能发挥作用，如用加热，紫外线，机械应力或化学处理来激活该过程。相比之下，新研发的材料除了需要环境光和无处不在的碳之外，其他什么也不需要就能自我修复，而且结合了大气中的碳的质量。

Kwak说：“这种材料最初是一种液体，然后开始生长并聚集成一个坚实的形状。”

斯特拉诺说：“材料科学领域从未产生过这样的东西，这些材料虽然没有复制出生物一样的功能，但可以模仿生物的某些功能。” 由于这一发现为后续研究开辟了新道路，为了以进一步发展它，美国能源部正在赞助由斯特拉诺指导的新计划。

斯特拉诺说：“我们的工作表明，二氧化碳不一定纯粹是人类的负担和废弃品，它可以是一种资源，到处都是碳，世界的组成缺少不了碳，人类也是由碳组成的，充分利用我们周围丰富的碳是材料科学重要的机会。我们不仅要达到碳中和，也要创造碳负性。”


文章来自phys，原文题目为Self-healing material can build itself from carbon in the air，由材料科技在线汇总整理。