熔鹽具有使用溫度范圍廣、工作壓力低、傳儲(chǔ)熱性能好及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，作為一種理想的傳儲(chǔ)熱工質(zhì)，在核能、儲(chǔ)能、太陽能及高溫催化等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。在“雙碳”戰(zhàn)略背景下，利用熔鹽開展高溫二氧化碳捕獲研究可以為清潔能源關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、構(gòu)建低碳多能融合系統(tǒng)提供重要的支撐。

近日，中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所在高溫熔鹽用于二氧化碳捕獲和熱化學(xué)儲(chǔ)熱方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果以“Performance improvement of Na4SiO4 doped with Li2CO3-K2CO3 for high-temperature CO2 capture and thermochemical energy storage”為題，發(fā)表在化工類國際權(quán)威期刊《Chemical Engineering Journal》，論文第一作者為凌長(zhǎng)見副研究員，通訊作者為唐忠鋒研究員。

本研究中，研究人員通過熔鹽摻雜制備了混合熔鹽吸附劑，系統(tǒng)研究了其動(dòng)態(tài)、恒溫和循環(huán)CO2捕獲性能及熱化學(xué)儲(chǔ)熱性能。結(jié)果表明，高溫條件下，該熔鹽吸附劑的最大CO2吸附容量達(dá)到20.64%（質(zhì)量百分比），最大轉(zhuǎn)化效率和熱化學(xué)儲(chǔ)能密度分別達(dá)到95.7%和788 kJ/kg，循環(huán)性能提高50%。通過密度泛函方法計(jì)算揭示了CO2在該熔鹽共吸附表面的化學(xué)吸附機(jī)理。熔鹽摻雜可以提高其表面CO2吸附能，增強(qiáng)吸附表面C-OS共價(jià)相互作用，降低CO2/熔鹽體系CCO2原子和Osorbent原子p軌道能級(jí)，從而促進(jìn)其對(duì)CO2吸附。該工作模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值吻合良好，為高溫CO2捕獲和熱化學(xué)儲(chǔ)熱材料設(shè)計(jì)提供了新工藝思路和方法。

本研究得到了國家自然科學(xué)基金和青海省基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目的支持。

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https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146921