麻省理工学院化学工程师设计的一种材料，能与空气中的二氧化碳发生反应，实现自我生长、增强强度，甚至自我修复。这种聚合物未来或可用于建筑或修复材料，也可用于保护性涂层，它能持续将温室气体转化为一种碳基材料，并由此实现自我增强。
这种新材料的当前版本是一种类凝胶状合成物质，其化学过程与植物将空气中的二氧化碳吸收进生长组织的方式相似。例如，这种材料可以制成轻质基质板材，运往施工现场，仅靠接触空气和阳光即可硬化、固化，从而节省运输的能源和成本。
相关研究成果发表于期刊《Advanced Materials》论文由迈克尔·斯特拉诺教授、博士后研究员权善英（Seon-Yeong Kwak）及麻省理工学院和加州大学河滨分校的另外八位研究人员共同完成
“这是材料科学领域一个全新的概念，”斯特拉诺说，他是卡本·C·达布斯化学工程教授。他表示，“我们所说的固碳材料，目前在生物领域之外尚不存在”，并描述了一种能够仅利用阳光的力量，像植物一样，将空气中的二氧化碳转化为固态、稳定形态的材料。
研究人员指出，开发一种不仅在制造过程中无需使用化石燃料，还能实际消耗空气中二氧化碳的合成材料，对环境和气候具有显而易见的益处。斯特拉诺说：“设想一种合成材料能像树木一样生长，将二氧化碳中的碳吸收并融入材料的主链之中。”
团队在这些初步概念验证实验中使用的材料确实利用了一种生物组分——叶绿体，即植物细胞中负责捕获光能的组成部分，研究人员从菠菜叶中获取了叶绿体。叶绿体本身并无生命，但能催化二氧化碳转化为葡萄糖的反应。分离出的叶绿体非常不稳定，离开植物后往往只能工作几个小时。在论文中，斯特拉诺及其合作者展示了显著延长提取叶绿体催化寿命的方法。斯特拉诺解释说，在正在进行和未来的研究中，叶绿体正被非生物来源的催化剂所取代。
研究人员使用的材料是一种凝胶基质，由氨丙基甲基丙烯酰胺（APMA）与葡萄糖聚合而成的聚合物、一种名为葡萄糖氧化酶的酶以及叶绿体组成，随着其吸收碳，材料会变得更强。研究人员表示，目前它的强度还不足以用作建筑材料，但可能可以作为裂缝填充材料或涂层材料使用。
团队已探索出批量生产此类材料的方法，目前正着力优化材料的性能。研究人员表示，自我修复涂层和裂缝填充等商业应用在近期即可实现，而要开发建筑材料和复合材料，则需要在主链化学和材料科学方面取得进一步突破。
斯特拉诺表示，此类材料的一大关键优势在于，它们在暴露于阳光或某些室内照明下即可自我修复。如果表面出现划痕或裂纹，受损区域会自行生长以填补缝隙并修复损伤，无需任何外部干预。
尽管人们已广泛致力于开发能模拟生物体这种能力的自我修复材料，但研究人员表示，这些材料都需要外部的主动输入才能发挥作用。加热、紫外线照射、机械应力或化学处理都是激活该过程所必需的。相比之下，这些新材料只需环境光即可，并且能够吸收大气中无处不在的碳，从而增加自身质量。
克瓦克表示，这种材料最初呈液态，并补充道：“看着它开始生长并聚集成固态，实在令人振奋。”
斯特拉诺说：“材料科学从未产生过类似的东西。”他又说：“这些材料模拟了生命体的某些特性，尽管它们并不能繁殖。”由于这一发现开辟了广泛的后续研究可能性，美国能源部正在资助一个由斯特拉诺主持的新项目，以进一步开发该技术。
斯特拉诺说：“我们的研究表明，二氧化碳不必仅仅是负担和成本。在这方面，它也是一个机遇。碳无处不在。我们用碳构建世界，人体也由碳构成。制造一种能够获取我们周围丰富碳资源的材料，对材料科学而言是一个重大机遇。由此，我们的工作旨在制造不仅实现碳中和，而且实现负碳排放的材料。”
研究团队成员包括加州大学河滨分校的胡安·巴勃罗·吉拉尔多（Juan Pablo Giraldo），以及麻省理工学院的Tedrick Lew、Min Hao Wong、Pingwei Liu、Yun Jung Yang、Volodomyr Koman、Melissa McGee和Bradley Olsen。该研究由美国能源部提供支持。
