“来自天空的钻石”化学作用将温室气体转化为有价值的纳米碳材料

（Nanowerk Spotlight）碳纳米洋葱（CNOs）是碳纳米材料形态研究较少的一种奇异结构，具有非凡的性能和广泛的应用。文献中提到了这种碳形态-嵌套的同心布基球-带有各种术语，例如洋葱状结构，碳纳米洋葱，碳洋葱，碳球或嵌套的富勒烯。
乔治华盛顿大学化学教授斯图尔特·利希特（Stuart Licht）对Nanowerk表示： “碳纳米洋葱具有广泛的应用前景，但由于其合成成本高，这些应用已被很大程度上忽略了。” “ CNO应用通常集中在可充电表面的受限高表面积或它们的形态对称性。例如超高功率超级电容器具有异常高的电荷存储；最大的阳极容量锂电池；增加的容量气体和能量存储材料；提高的活动性非均相催化；以及超强“微型滚珠轴承”形式的固体润滑剂。”

到目前为止，生产CNO的高成本和碳足迹（通过处理可商购的纳米金刚石，通过萘的燃烧或通过化学气相沉积）已成为其应用的相当大的限制。
我们已经报道了Licht小组以前的工作，他们使用熔融碳酸盐化学方法将大气中的二氧化碳（CO 2）转化为有价值的产品，例如碳纳米管或碳纳米纤维。
利希特（Licht）将这种方法称为“空中钻石”，指的是大气中的CO 2是前驱物，碳是构成钻石的材料，也暗示了产品的高价值。
将温室气体CO 2转化为有价值的产品的过程会刺激其从工业烟道气或直接从空气中的“开采”和清除，并可能成为缓解气候变化工具的重要组成部分。
在高级可持续发展系统（“ 通过熔融电解直接从CO 2直接制得的碳纳米洋葱以减少温室气体”中）报道的新工作中，Licht的团队将其“空中钻石”化学作为高产途径来生产廉价的，直接来自二氧化碳的稳定碳纳米洋葱。二氧化碳反应物代替纳米金刚石作为反应物以形成纳米洋葱。
在以前的Nanowerk Spotlight中，我们报告了该团队将CO 2熔融碳酸盐电解转化为CNT的高产率（称为C2CNT工艺）。在他们的新研究中，研究人员首次提供了对熔融碳酸盐电解CNT生长初始阶段的探索，显示了它们与发现和引入替代的高产率碳纳米洋葱合成的相关性。
通过排除CNT过渡金属成核种子，C2CNT工艺（现在可能更好地称为C2CNO）产生了高产率的稳定碳纳米洋葱。与以前的CNO合成方法相反，唯一的前体是使用CO 2而不是金刚石。

从CO碳纳米洋葱的高产电解合成2，无论是直接从空气或从烟囱CO 2，在熔融碳酸盐。图片：乔治华盛顿大学利希特集团）
产生这些CNO 的CO 2的来源可以是工业烟气的消耗或直接从空气中捕获的CO 2的消耗。
本文中进行的一项经济评估表明，这一新过程极具吸引力。Licht指出：“通过熔融碳酸盐电解生产CNO的新化学新方法（不包括待确定的阳极成本）的最高估计值为每吨1000美元，比其他方法要低几个数量级。”
该团队目前正在努力实现CNO的大规模生产，以加快该工艺对气候缓解工作的贡献，例如在他们正在进行的C2CNT Carbon XPrize最终示范工厂中。

利希特总结说：“我们的C2CNT研究团队正在努力实现以碳为基础的经济，其变化可与引入塑料经济相提并论。” “碳经济将有普通产品，例如润滑剂，电池和结构材料，将被更坚固，功能更强的碳产品所取代，并为从人为碳循环中去除温室气体二氧化碳提供基础。”

信息来源：nanowerk