Biomimetic aerogels with hierarchical honeycomb architecture for superior CO2 adsorption, selectivity, and structural integrity

吸附 结构完整性 蜂巢 材料科学 选择性 化学工程 气凝胶 建筑 纳米技术 复合材料 化学 有机化学 结构工程 工程类 催化作用 视觉艺术 艺术
作者
Sucharita Pal,Edward P.L. Roberts,Milana Trifkovic,Giovanniantonio Natale
出处
期刊:Communications materials [Nature Portfolio]
卷期号:6 (1): 130-130 被引量:2
标识
DOI:10.1038/s43246-025-00861-9
摘要

In structured adsorbents, achieving mesoporosity, crucial for efficient gas adosorption, is challenging, which restricts mass transport and accessibility to active sites. Here, we address this limitation by developing the first hierarchically porous honeycomb aerogels that replicate hexagonal pores at both the macro-level and micro-level wall structure. This design, inspired by nature's most efficient patterns, enables us to achieve CO₂ adsorption capacity (3.94 mmol g-¹ at 298 K and 1 bar), selectivity (65.2 CO₂/N₂), and high specific surface area (370 m² g-¹). The honeycomb aerogels are constructed from manganese dioxide (MnO₂) functionalized electrochemically exfoliated graphene (MEEG) and chitosan (CS). By optimizing the MnO₂ loading and the MEEG to CS weight ratio, we achieved dual-scale hexagonal porosity, enabling a hybrid physical and chemical adsorption mechanism. The hybrid adsorption leverages the rapid kinetics of chemisorption and ease of regeneration characteristic of physisorption, making these materials highly efficient. This highlights the synergy between enhanced surface accessibility of primary amine groups and selective adsorption properties, setting a new standard for hierarchically structured materials.
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