近日，南京理工大学钟秦、张舒乐、丁杰团队联合美国怀俄明大学Maohong Fan团队和中国科学院上海有机化学研究所田佳团队，在二氧化碳资源化利用与关键碳材料制备方面取得新进展。相关成果以“CO2-Derived Graphite: A Critical Material for Terrestrial and Martian Sustainability”为题，发表于《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）。
针对传统人造石墨制备温度高、能耗大的问题，研究团队利用NaBH4的还原与放热特性，构建了以CO2、水和硼酸盐为资源基础的石墨合成体系。在220 ℃、5.0 MPa CO2条件下，石墨选择性达到79.2%，产物纯度达到93.1 wt.%，所得材料具有良好的晶体结构、导电性和热学性能（图1）。
原位表征、同位素示踪和理论计算表明，CO2先转化为甲烷、乙烯和丙二烯等小分子，随后经脱氢、环化和聚合形成芳香族中间体，并最终有序生长为石墨。与商业石墨相比，CO2衍生石墨表面具有更丰富的-OH、C-O、C=O和COO-等含氧基团。这些位点可与锌形成更强的Zn-O-C相互作用，降低锌成核能垒，并诱导均匀沉积。以该石墨构建的锌基电池在1.0 A·g-1下循环2500圈后仍保持90.9%的初始容量，表现出良好的循环稳定性。
此外，副产物NaBO2可通过电化学方法再生为NaBH4，为“硼酸盐—CO2转化—NaBO2—NaBH4”的闭环物料循环提供了实验基础（图2）。该反应在模拟火星大气中的效率和产物性质未发生明显变化，表明该体系具有适配火星环境的潜力。
本研究不仅为CO2资源化转化与碳封存提供了新的技术路径，也将地球低碳制造与火星原位资源利用相衔接，为关键碳材料的可持续制备提供了重要参考。
图1 CO2制石墨的产物结构表征
图2 地球—火星双场景下的CO2资源转化与物料循环
