熔融碱金属盐的加入，通过生成MgCO3，极大地加速了MgO捕集CO2的动力学。然而，目前人们对其生长机制、MgCO3形成的性质以及熔融碱金属盐在CO2捕获过程中的确切作用仍然不清晰，这阻碍了开发更有效的MgO基CO2吸附剂。
近日，苏黎世联邦理工学院Elena Willinger，Paula M. Abdala，Christoph R. Müller报道了利用原位X射线反射仪（XRR）-掠入射X射线衍射（GIXRD）和非原位扫描电镜（TEM）和高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）观察到的一种CO2模型吸附剂，即包覆NaNO3促进剂的MgO(100)在相应的CO2捕集条件下表面和界面上发生的形态和结构的变化。研究发现为阐明碱金属盐（AMS）在MgO快速吸收CO2中的作用提供了重要的拼图。
文章要点
1）在实际的CO2捕获条件下，研究人员观察到了MgO表面的粗化和MgCO3微晶的形成，这些微晶在MgO(100)表面沿择优取向生长。这是MgCO3在MgO/NaNO3界面生长良好的原位证据，这一发现将影响更有效的MgO基CO2吸附剂的设计和合理发展。
2）当在惰性条件下（330 °C）处理时，NaNO3促进的MgO的表面粗糙度比原始的MgO(100)晶体增加了约4 Å，这可能是由于MgO溶解到熔体中所致。当涂层样品也暴露在CO2中时，表面粗糙度急剧增加。SEM表征结果显示，MgCO3晶体呈二维岛状生长，呈扇形片状生长，产物厚度小于2 μm。其形貌与MgO表面非均相成核机制相吻合，晶体随后在MgO表面生长。此外，研究人员还观察到了金字塔形微米大小的凹坑，这些凹坑通常是在MgO酸性蚀刻后形成。在CO2气氛中，表面MgO在(熔融)NaNO3促进剂中的溶解明显增强，这可能是由于其酸性所致。
3）HRTEM分析提供了对MgCO3/MgO界面原子排列的关键洞察力，揭示了碳酸盐层的外延生长。此外，MgCO3薄膜通过失配位错来缓解其和氧化物晶体之间的晶格失配。
这项研究强调了结合X射线和电子显微镜技术的重要性，以提供原子到微米尺度的洞察力，从而了解在反应条件下复杂界面上发生的变化。
参考文献
Peering into buried interfaces with X-rays and electrons to unveil MgCO3 formation during CO2, capture in molten salt-promoted MgO, PNAS, 2021
DOI: 10.1073/pnas.2103971118
https://doi.org/10.1073/pnas.2103971118
