全球建筑行业正迎来一场材料革命。近日，一项发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）的最新研究揭示，一种创新型3D打印混凝土，通过巧妙融合硅藻土与周期性极小曲面（TPMS）结构，其二氧化碳捕获能力较传统混凝土提升高达142%，为全球碳减排目标带来了新的希望。

众所周知，混凝土作为全球最广泛使用的建筑材料之一，其生产过程贡献了全球约8%的二氧化碳排放。长期以来，将碳捕获与储存（CCS）技术直接融入混凝土的努力面临诸多挑战，包括碳化反应缓慢、能耗高以及在提升孔隙率以增加吸碳量的同时，往往伴随着力学性能的牺牲。

这项由国际研究团队取得的突破性进展，有效解决了上述难题。研究人员利用3D打印技术对混凝土的几何形状和材料布局进行精确控制。通过将天然丰富的多孔生物矿物质——硅藻土（Diatomaceous Earth, DE）——以7:3的重量比与波特兰水泥混合，形成了一种新型粘合剂。硅藻土独特的分级孔隙结构及其保水特性，在保持材料可打印性和结构完整性的同时，显著增强了二氧化碳的吸收能力。

更引人注目的是，研究团队创新性地引入了钻石基周期性极小曲面（TPMS）结构设计。这种复杂而精确的数学几何形状，在保持结构稳定性的前提下，极大地增加了混凝土的表面积与体积比。相比传统实心矩形结构，采用TPMS单元的3D打印混凝土可减少66%的材料用量，同时表面积与体积比提升274%；而模块化TPMS混凝土梁的材料用量甚至可减少78%，表面积与体积比提升达515%。这一设计使得二氧化碳能够更深入、更均匀地渗透并被材料捕获，这是传统混凝土难以实现的效果。

实验结果令人振奋：在饱和石灰水中固化28天后，这种新型硅藻土混凝土的抗压强度与传统波特兰水泥混凝土相当。在仅7天的时间内，3D打印的硅藻土TPMS混凝土每公斤水泥捕获了488.7克二氧化碳，相较于标准混凝土，碳吸收效率提高了142%。此外，硅藻土基结构还有助于碳酸钙晶体的成核和生长，进一步增强了材料的长期强度。

这项研究不仅证明了通过精心选择材料和采用先进数字制造技术，可以实现碳存储与建筑性能的完美结合，更重要的是，它提供了一种可规模化的策略，有望在未来建筑中实现主动减碳，同时维持甚至提升现有建筑标准。这无疑为全球应对气候变化、推动建筑行业可持续发展注入了强大动力，预示着一个更加绿色、智能的建筑时代即将到来。