Mesh-like structure integrated core-shell-shell nanocomposites for enhanced stability and performance in carbon capture

纳米复合材料 材料科学 碳纤维 吸附 化学稳定性 化学工程 纳米技术 表面改性 烟气 图层(电子) 共价键 胺气处理 共价有机骨架 合理设计 化学改性 聚合物 化学气相沉积 聚合物纳米复合材料 纳米颗粒 树枝状大分子 纳米晶 碳捕获和储存(时间表) 比表面积
作者
Sizhuo Yang,Haiyan Mao,Chaochao Dun,Jianfang Liu,Kai-Peng Hou,Angela Cai,Jing Wang,Jane K.J. Lee,Donglin Li,Hao Lyu,Zhouyi Chen,Xudong Lv,Hao Zhuang,Xueer Xu,X. R. Zheng,Gang Ren,Jeffrey A. Reimer,Yi Cui,Jeffrey J. Urban
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 10526-10526
标识
DOI:10.1038/s41467-025-65531-3
摘要

Carbon capture is essential for mitigating climate change, yet most sorbents struggle to combine high capacity with chemical stability. Here we report core-shell-shell (CSS) nanocomposites that integrate adsorption efficiency with exceptional robustness. The design couples a metal-organic framework (MOF) core, which enriches local CO2 concentration, with a polyamine shell that is reorganized into a porous, ordered network through entanglement with an outer covalent organic framework (COF) shell. This hierarchical architecture enables dual amine functionalization via sequential "click" and Schiff-base reactions, achieving a CO2 uptake of 3.4 mmol g-1 at 1 bar. The COF outer layer also acts as a protective barrier, suppressing humidity interference and doubling cycling stability under simulated flue gas. Remarkably, the nanocomposites maintain structural integrity after one week in strongly acidic (3 M HNO3) or basic (NaOH, pH=14) environments, underscoring their chemical resilience. By uniting high capacity, cycling durability, and environmental tolerance, this CSS strategy offers a versatile platform for next-generation carbon capture materials.
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