气候变化背景下，大气中二氧化碳（CO2）浓度上升被认为是推动全球变暖的重要因素之一。来自化石燃料燃烧（如发电、交通）以及工业活动的排放，使得CO2持续进入大气并造成热量积聚。
CCUS与固体吸附路径
碳捕集、利用与封存（CCUS）是减少化石燃料相关排放的路径之一，核心在于通过技术手段捕集CO2，降低其进入大气的规模。现有捕集方式包括液体化学吸收、膜分离以及固体材料吸附等。业内虽已在部分场景应用相关分离技术，但仍面临能耗较高、开发成本偏高以及制备工艺复杂等问题。
在固体吸附材料中，多孔碳因具备微孔结构、可在表面捕获CO2而受到关注。不过，一些多孔碳吸附剂的开发过程可能涉及腐蚀性或有毒材料，并产生需要妥善处置的废水，带来环境管理压力。
以牛粪为前体的多孔碳方案
印度理工学院甘地讷格尔分校（IITGN）研究人员提出一种低成本、可持续且可规模化的牛粪衍生多孔碳制备路线，相关成果近期发表于期刊《Surfaces and Interfaces》。研究团队将牛粪视为可再生生物质前体，用于制备面向环境修复的功能材料。研究指出，在印度等牛只养殖规模较大的国家，牛粪日常产量可观，在部分农村地区也常被用作肥料或炊事燃料。
氮掺杂多孔碳的制备方法
论文第一作者、IITGN化学工程系博士生Ranjeet Kumar介绍，团队设计并制备了氮掺杂多孔碳（NDPC）用于CO2吸附。制备过程中，研究人员将牛粪与三聚氰胺（氮源）以及碳酸氢钾混合，其中碳酸氢钾被描述为较温和、腐蚀性较低的活化剂，用于获得高比表面积结构。
混合物在无氧环境下于高温炉中加热完成热解，形成用于捕集CO2分子的NDPC。共同作者、IITGN材料工程系博士生Sree Harsha Bharadwaj H表示，氮元素的引入提升了材料对CO2的吸引能力；其并通过分子级模拟对实验制备材料进行验证。
比表面积与循环稳定性数据
研究人员通过调整牛粪与三聚氰胺的配比制备不同样品。IITGN化学工程系教授、ChemiGlyphic实验室负责人Chinmay Ghoroi表示，性能最佳的样品NDPC-1含氮量为2.95%，比表面积达到1153平方米每克。
Ghoroi进一步称，与未经活化的热解牛粪碳相比，NDPC-1性能提升58%；同时该材料在10个吸附—解吸循环后仍能保持初始CO2捕集能力，显示出较好的循环稳定性。
模拟与实验结合解释吸附机理
为解释材料性能来源，团队采用实验与计算相结合的方法。IITGN材料工程系副教授、计算分子工程组负责人Raghavan Ranganathan表示，研究结合反应性分子动力学计算模拟与大正则蒙特卡洛模拟，并与实验结果对照，用于阐明影响CO2吸附的结构—性能关系。研究认为，这一框架有助于理解氮功能性与孔结构等特征在吸附过程中的作用，并支持进一步开发纹理与化学性质更优化的多孔碳材料。
应用条件与工艺特征
研究团队表示，该材料采用一步干法简易合成路线，减少化学品使用与加工成本；在30°C条件下具备较好的吸附能力与再生稳定性。研究同时指出，相比部分需要在400–700°C条件下实现选择性CO2吸附的固体吸附剂，该材料在较低温度下的表现具有特点。
此外，研究称其制备过程废水产生量较少，并使用相对温和的活化剂。论文还提到，该研究与联合国可持续发展目标13“气候行动”以及印度国家气候变化行动计划（目标于2070年实现净零排放）相关联。
