日本开发CO₂响应弹性体材料

日本名古屋市立大学等机构的研究团队成功开发出一种特殊弹性体，该材料在吸收二氧化碳（CO₂）后硬度可提升千倍以上，转变为塑料般的状态；而通过加热去除CO₂后，又能恢复原有的柔软状态（注1）。

该弹性体具备多重功能特性：

可用作柔性片状CO₂吸附材料，每克材料可吸收约220毫克的CO₂。

当CO₂喷附于其表面时，表面摩擦力会瞬间降低，因此有望作为可调控摩擦特性的功能涂层材料。

吸收CO₂后，其荧光发光强度（注2）显著增强，因此具备作为光学信息显示与记录材料的潜力。

研究示意图

研究概述

近年来，为实现可持续发展社会，从空气中回收并储存主要温室气体二氧化碳（CO₂），并进一步开发回收CO₂的有效利用技术，已成为科研热点。

由岐阜大学工学部三轮洋平教授、工学研究科博士课程一年级冈田和真、自然科学技术研究科硕士课程一年级林拓海等人组成的研究团队，联合横滨国立大学中野健教授、大久保光副教授、信州大学山本胜宏教授以及名古屋市立大学高濑弘嗣博士等合作，开发出一种在吸收CO₂后会硬化并增强韧性的弹性体。该材料在吸收CO₂后荧光发射强度显著提高，因此有望应用于通过CO₂的供应与去除实现光学信息的记录与擦除。

这项研究为CO₂的有效利用开辟了“通过材料功能调控实现CO₂利用”的新视角。研究成果已于日本时间2025年11月11日（星期二）在《Nature Communications》期刊在线发表。

研究背景

在全球推动可持续发展的背景下，针对主要温室气体CO₂的捕获、储存及资源化利用技术日益受到重视。目前对回收CO₂的利用方式包括以其为原料合成甲醇和聚合物（注3）等。

三轮教授研究室长期致力于开发对CO₂具有显著响应特性的高分子材料（注4）。例如，若有一种塑料能在吹附CO₂后熔化并便于成型加工，将有助于实现节能制造。此外，利用CO₂调控表面性能的形状记忆聚合物，可开发出在使用前喷附CO₂以增强摩擦力的防滑涂层，或相反地，通过CO₂使表面光滑化以便清洁的功能涂层。更进一步，对CO₂响应变色的高分子材料可用于显示与信息记录介质。这类CO₂响应性高分子材料有望拓展CO₂的新型应用途径。

研究成果

本研究成功制备出一种在吸收CO₂后硬度可提高千倍以上、由弹性体转变为塑料的材料。该弹性体是通过在分子层级上将聚乙烯亚胺（PEI）（注5）与聚二甲基硅氧烷（PDMS）（注6）复合而成（图1）。初始状态柔软如橡皮筋，但在吸收CO₂后硬度可接近丙烯酸板。该硬化现象源于PEI与CO₂发生的化学反应。此外，由于该材料每克可吸收约220毫克CO₂，因此也可用作高效的CO₂吸附剂。

研究还发现，该弹性体在吸收CO₂后表面粘附性与摩擦性能会瞬间显著下降，而经加热去除CO₂后，这些性能又可恢复原状，表明其在功能性涂层领域具有广泛应用前景。

此外，该弹性体在CO₂存在下荧光性能显著增强（图1）。研究团队通过部分遮蔽CO₂实现了信息的写入与擦除，展示了其作为CO₂驱动型信息记录材料的应用潜力。