半导体基异质结光（电）催化还原CO2研究进展

在实现碳中和可持续发展的进程中,CO₂捕获、封存和转化一直是学术界和工业界研究的重点．光（电）催化CO₂转化已被认为是解决能源短缺和缓解CO₂过量排放最有效的策略之一,同时有望实现太阳能经济和碳基经济．本文介绍了异质结催化剂在光（电）催化还原CO₂为燃料（如CH₄、C_nH_2n+1OH）或化学品（如HCOOH、CH₃COCH₃）领域的研究进展,重点综述了多种半导体基异质结体系对光（电）催化还原CO₂性能的影响,具体阐述了Ⅱ型、Z型、晶面异质结的电荷转移机制,还讨论了各类异质结体系的优势及存在的问题。为设计和合成具有出色的催化性能、优异的选择性和良好的稳定性的异质结催化剂提供新的见解．      

二氧化碳地质封存与增产油/气/热利用技术中关键热质传递问题研究进展

碳捕集、利用与封存技术（carbon capture,utilization and storage,CCUS）是指将CO₂从能源利用、工业生产或大气中分离出来,经过提纯运送到可利用或封存场地,以实现被捕集的CO₂与大气长期分离的技术。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）近期在报告中指出：CCUS技术是碳减排与碳中和的“foundation”技术。在我国碳达峰碳中和的“双碳”目标大背景下,CCUS技术被认为是我国实现碳中和目标不可或缺的关键性技术之一。该文对国际、国内主要研究团队和作者研究团队近年来在CO₂地质封存、增产致密油/页岩气/深层地热开采过程中的关键热质传递问题研究进行了综述,通过理论分析,利用分子动力学、格子Boltzmann、计算流体力学等模拟方法,和微观孔隙尺度可视化实验、岩心尺度核磁共振实验、超临界压力流体对流换热实验等实验手段,从不同尺度阐述了储层条件下超临界CO₂在微纳多孔结构中多相多组分流动与热质传递机理,分析了矿物反应、降压析出、流体变物性、尺度效应等对CO_...     

UiO-66衍生材料催化二氧化碳环加成反应研究进展

通过二氧化碳(CO₂)与环氧化物的环加成反应可以将温室气体CO₂转化为有价值的化工产品环状碳酸酯,因而对该反应具有高效、高选择性的催化材料的开发一直是材料和催化领域研究的热点。UiO-66(University of Oslo, UiO)作为一种具有较高稳定性、较大开放性孔道的金属有机骨架材料(metal-organic framework, MOFs),在催化领域一直作为催化材料被广泛研究,但对于Lewis酸、碱催化的CO₂环加成反应,UiO-66通常需要在较为苛刻的反应条件下,或在离子液体类助催化剂或溶剂存在时才能展示出一定的催化效果。通过引入功能性基团、离子液体功能化、制造缺陷和与其他材料复合等手段可增加UiO-66框架的酸、碱位点含量,从而有效提高材料对CO₂环加成反应的催化性能。     

基于“双碳”背景的CCUS技术研究与应用

对碳捕集、碳利用和碳封存技术进行综述．根据捕集阶段不同,CO₂捕集可分为燃烧前捕集、燃烧中捕集和燃烧后捕集．根据分离材料不同,燃烧后捕集方法分为吸收法、吸附法和膜分离法．不同的捕集方法存在的不同的缺陷．介绍了CO₂利用技术中矿化、物理利用、催化、共聚、生物固定等技术,若方式、机理不同,则得到的产物也不尽相同．着重介绍了催化利用,包括电催化、热催化、光催化等,其中影响催化利用的最要因素是催化剂．CO₂封存相较于利用是比较成熟的,但存在泄露与成本限制的缺点,现阶段无法大规模利用．选择新型吸收剂和吸附剂,提升CO₂利用技术,推进CCUS体系,是我国CCUS技术的未来发展趋势,也是我国进一步实现“双碳”目标的重要途径．     

电催化CO2与有机化合物耦合制备增值化学品

在温和条件下, CO₂的高效固定利用是“绿色碳科学”的重要组成部分之一.电催化CO₂与有机化合物耦合在转化利用CO₂的同时可以制备增值化学品,有利于可持续发展.本文概述了目前电催化CO₂与各类有机分子耦合制备有机羧酸、碳酸酯、氨基甲酸酯等化学品的方法.并介绍了该领域的最新研究进展和机遇:不对称电羧化反应,包括手性源的构建;其他反应物的新型反应,包括电化学开环羧化和N-甲基化反应;非牺牲阳极的电羧化反应,包括阳极氧化反应的构建和电解池的调整等;成对电合成反应等.     

钴配合物催化CO2氢化为甲醇的“氢质子和氢负离子”同时转移机理

全球二氧化碳(CO₂)过度排放,由此引发的温室效应日益严峻.将CO₂选择性加氢为甲醇,可以将丰富、安全的碳源转化为有价值的化学品和燃料.文中采用密度泛函理论对半三明治结构钴配合物催化CO₂加氢制甲醇的反应机理及新型催化剂的设计进行计算研究.计算结果表明,形成甲二醇分子时金属Co上的氢负离子和吡啶配体中的氢质子同时转移至甲酸分子上的过程是该反应的决速步,总反应能垒为122.2 k J·mol^-1(2→TS_8,11).此外,通过不同的取代基取代酰胺氮原子和吡啶配体上的氢原子,设计了6种钴配合物,计算预测了它们催化CO₂加氢到甲醇的活性.在所有新提出的钴配合物中,1a,1b,1c有潜力在温和条件下高效催化CO2加氢到甲醇,它们的总自由能垒分别为107.5,109.2和111.7 k J·mol^-1.     

金属硫化物在电催化二氧化碳还原反应中的应用

金属硫化物作为催化剂材料具有高稳定性、金属边缘活性和硫空位的协同效应等特点，特别是对二氧化碳(CO₂)电还原反应表现出良好的活性和选择性，有望成为高效的CO₂电还原催化剂.鉴于此，综述了金属硫化物在电催化CO₂还原反应中的研究进展，分别归纳了第四周期、第五周期及第六周期中主要的金属硫化物电催化CO₂还原反应的性能、还原产物特点及影响因素等；特别分析了金属硫化物中S组分调控对催化性能的影响规律，以期实现更高效的电催化CO₂还原转化过程.此外，总结分析了目前金属硫化物催化剂存在的主要问题和瓶颈，并展望未来的研究重点和发展方向.     

ZIF-8基仿生碳酸酐酶构建及对CO2高效矿化

为了提高碳酸酐酶纳米酶的催化活性,基于碳酸酐酶活性中心结构将碳酸酐酶中常见的氨基酸天门冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)原位植入ZIF-8骨架中,成功合成仿生碳酸酐酶材料ZIF-Asp、ZIF-Glu,并搭建了CO₂矿化装置实现了CO₂的连续化制备。结果表明：ZIF-Asp、ZIF-Glu的催化能力显著提高,分别是原始ZIF-8的1.38、1.27倍,所设计的CO₂连续矿化装置能实现CO₂的连续转化矿化,1 h能生成1 171 mg的微米尺度碳酸钙并实现72.3%的CO₂转化率。     

高浓度CO2对红松幼苗及土壤碳氮特征的影响

为探知红松苗对未来大气CO₂浓度的碳、氮响应策略,系统了解不同CO₂浓度下红松幼苗及其土壤碳、氮特征,采用生长箱培养法,分别研究了350、700 μmol/mol CO₂浓度下红松幼苗主要器官碳、氮浓度与积累(吸收)量变化,并分析其培养土壤的碳、氮含量。结果表明:与低浓度CO₂处理相比,高浓度CO₂处理并未对红松幼苗根、茎及叶的碳浓度产生显著影响,但导致叶碳积累量显著增加37.63%; 高浓度CO₂培养导致红松幼苗根、茎、叶氮浓度显著降低,茎氮吸收量显著下降27.45%,根、茎、叶的碳氮比升高,土壤溶解性有机碳含量显著增加28.82%,总有机碳、微生物量碳、全氮、微生物量氮及水解性氮含量均未发生显著变化,碳氮比增加。总体上,3年生的红松幼苗氮浓度、碳氮比、叶碳积累量及土壤溶解性有机碳对CO₂升高响应迅速。     

钙铜复合吸收剂CO2捕集性能优化研究进展

开发高效、低成本的CO₂捕集技术是我国实现“碳达峰、碳中和”目标的重要途径。基于钙铜复合吸收剂的钙循环耦合化学链燃烧工艺是一种改进的钙循环技术,通过耦合化学链燃烧来替代钙循环技术中高能耗的空气分离器,可显著降低系统能耗、提高其经济性,受到了国内外学者的广泛关注。介绍了钙循环耦合化学链燃烧工艺的基本原理,阐述了目前钙循环耦合化学链燃烧工艺面临的重大挑战——钙铜复合吸收剂CO₂捕集性能在循环过程中的急剧衰减;综述了提高钙铜复合吸收剂CO₂捕集性能的改性措施,主要包括载体负载法、水蒸气活化、高温热预处理等;综合分析了各种改性方法的优缺点并指明了今后的研究方向。     

高效结晶型DMC催化剂制备及其催化性能

以ZnO,Zn(OH)₂,ZnCO₃,碱式ZnCO₃为前体,采用沉淀转化方法制备基于Zn₃[Co(CN)₆]₂的双金属氰化络合物催化剂,研究了前体制备方法对其催化环氧丙烷与CO₂共聚催化性能的影响.结果表明,以Zn(OH)₂为前体制备的催化剂催化活性有最高,达到4 400 g /g以上,约为传统的溶液沉淀法制备的催化剂催化效率的2倍.该前体的凝聚态结构对催化剂效率影响很大,以ZnCl₂和NaOH溶液制备得到的Zn₅(OH)₈Cl₂·H₂O相能高效转化为催化剂活性结构,得到高效结晶型催化剂.催化剂催化活性也与前体的粒径有关,前体粒径大于75 μm时,催化效率明显下降.     

石墨相氮化碳光催化还原CO2研究进展

半导体光催化可以利用太阳能驱动CO₂光催化还原制备碳氢燃料,成为研究热点.石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有制备简便和可见光响应性能的优点,是CO₂还原的热门光催化材料。但是它具有缺陷多、比表面积小和光生载流子易复合等缺点,光催化CO₂还原性能不高.为此,介绍了高CO₂还原活性的g-C₃N₄研究进展,内容包括：(1)g-C₃N₄研究基础(分子结构、制备方法与电子能带结构);(2)高活性g-C₃N₄的分子设计策略(缺陷调控、元素掺杂、表面等离子体处理、单原子催化和异质结构建等),重点讨论了改性方式对g-C₃N₄的光吸收、光电性能和CO₂还原产物选择性的影响.最后建议未来聚焦结晶氮化碳的修饰改性研究,强调利用原位和瞬态表征技术指导高CO₂还原活性...     

BiOBr光催化还原二氧化碳研究进展

近年来，温室效应导致的环境问题日趋严重，科学家们致力于研究高效转化CO₂等温室气体的技术.以太阳能为驱动力的光催化技术，可以将CO₂转化成甲烷、甲醇、甲酸等高附加值的碳氢燃料，从而缓解环境污染和能源危机.BiOBr因其具有独特的层状结构，成为光催化还原CO₂领域的研究热点.综述了BiOBr实现CO₂高效转化的研究进展，重点分析了BiOBr的结构和性质，从分子反应过程、原位红外技术和密度泛函理论(DFT)计算3个方面探讨了BiOBr光催化还原CO₂的反应机理，最后展望了BiOBr在CO₂光还原领域的研究前景和发展趋势.     

Cu基催化剂电化学还原CO2合成乙醇的研究进展

用电化学还原法将二氧化碳(CO₂)转化为高能量密度的多碳化学品最近成为一个研究热点,在所有的电化学还原二氧化碳(ERCO₂)催化材料中,Cu基材料因为对中间体CO良好的吸附性能表现出较高的C₂产物选择性.为此首先介绍了ERCO₂反应机理以及常见的反应器类型;再总结了5种代表性的Cu基催化剂(单金属、氧化物衍生、金属有机框架、合金和非金属修饰)及其在ERCO₂选择性合成乙醇方面的最新进展;并阐述了Cu基高活性催化剂的设计策略,如缺陷工程、形貌控制、晶面工程以及他们之间的协同效应等;最后展望了高效ERCO₂催化剂制备乙醇所面临的挑战和今后的发展方向.     

电极活化二氧化碳诱导合成碳酸二甲酯

 针对近年来利用甲醇和CO₂直接反应制备碳酸二甲酯研究中反应条件苛刻、工艺设备复杂、甲醇转化率低等不足问题,本文研制一种固碳溶液,其CO₂饱和质量浓度达0.528 g/mL;在固碳溶液中用电解的方式对CO₂进行活化,并在电解过程中不断补充CO₂至饱和,得到电解活化液;用碘甲烷作诱导剂,使其与甲醇在60℃回流120 min,制得碳酸二甲酯,纯度为99.0%,转化率为99.6%（以甲醇质量计）,反应过程环保、条件温和。     

CO2—水雾协同抑制瓦斯爆炸的数值模拟研究

为解决CO₂—水雾协同抑制瓦斯爆炸过程中重要物理、化学参数变化等问题,以20L球形爆炸罐为研究对象,采用数值模拟方法研究了不同浓度CO₂(0%、2%、4%、6%)、CO₂—水雾协同抑爆过程中压力时程、爆炸温度与活性自由基的变化。研究结果表明：CO₂—水雾协同抑爆效果要优于同等浓度或压力下的CO₂抑爆或水雾抑爆,且CO₂—水雾协同抑爆不仅能延迟到达爆炸温度峰值的时间,还可以使温度峰值降低,活性自由基·OH和H·也处在相对较低的水平。研究结论对丰富协同抑爆理论与技术创新有一定意义。     

注二氧化碳促排煤层瓦斯机制转化过程实验研究

为了厘清注CO₂促排煤层瓦斯机制及主导作用,采集了豫西荥巩煤田二煤层构造软煤煤样,利用大尺度煤层注气促排瓦斯模拟实验平台,进行了注 CO₂促排瓦斯实验.实验结果表明:注CO₂促排煤层瓦斯是一个动态演化过程,结合国内外专家对煤层注气驱替瓦斯机理的认识,给出了置换效应和驱替效应定义.以出气口CH₄体积分数的变化规律,将注气过程分为3个阶段对煤层注CO₂驱替瓦斯机制转化过程进行了研究.在CO₂突破腔体以前,主要表现为置换效应,注入CO₂的置换效应占主导地位;CO₂突破腔体之后,注入的CO₂一部分与CH₄发生置换吸附,另一部分与CH₄流出腔体,此时置换和驱替效应共存.针对整个实验过程,CO₂置换效应表现得更为明显,起主导作用.     

B掺杂介孔C/SiO2复合材料的自组装法合成及其CO2吸附性能

采用溶胶-凝胶结合协同自组装法,以三嵌段共聚物F127为模板剂,以正硅酸乙酯为硅源,以酚醛树脂为碳源,改变硼酸三异丙酯硼源的投料量,制备了一系列具有丰富介孔结构的新型B掺杂介孔C/SiO₂复合材料(BC/SiO₂),研究B的掺杂量对BC/SiO₂复合材料CO₂吸附性能的影响,采用3种等温吸附模型(Langmuir、Freundlich和DSL)分别对CO₂等温吸附曲线进行拟合分析。结果表明:BC/SiO₂复合材料呈球形,且具有较高的比表面积和均一的孔径分布;在BC/SiO₂复合材料中,大部分B原子已被均匀掺入到碳骨架中,从而产生极性位点;BC/SiO₂复合材料对CO₂的吸附能力不仅与材料比表面积大小有关,同时也与B掺杂所产生极性位点数量相关;B掺杂的BC/SiO₂复合材料对CO₂分子存在2种不同强弱的吸附位点,CO₂吸附等温线符合DSL等温吸附模型。     

海上CO2驱研究进展及潜力评价

 概括了国内外海上CO₂驱技术研究成果和已开展项目实施经验,总结了海上CO₂驱方案设计、实施工艺和监控措施等方面获得的技术突破与经验。在此基础上运用油藏工程、数值模拟技术手段,设计了目标油田的CO₂驱方案,并评估了提高采收率与埋存的潜力。研究表明,该技术在提高海上油藏采收率的同时可提高天然气资源利用率。     

海洋微藻碳酸酐酶研究进展

海洋藻类通过光合作用同化CO₂和H₂O,贡献了全球初级生产力的46%,对其固碳机制的探索研究意义重大.受限于水环境中的无机碳理化性质以及固碳关键酶对底物CO₂的低亲和力，海洋光合藻类演化出碳浓缩机制(CCM)以提高固碳效率.碳酸酐酶(CA)是CCM中的关键酶，能催化HCO₃^-与CO₂的可逆转化.得益于近年来藻类基因组学和转录组学的快速发展，藻类CA的鉴定、生理特性及其与CCM的关系研究深入到分子水平，人们基于多样性特征，包括不同亚细胞定位、基因序列多样性、蛋白结构多样性以及功能多样性，将CA划分为不同家族.本文综述不同光合微藻的CA基因家族多样性、生理活性及其在CCM中作用的研究进展，提出未来需进一步拓展CA基因家族在不同微藻CCM中生理功能多样性与环境响应机制的研究，包括：加强海水升温与酸化、大洋环境中金属离子共限制对微藻CA活性及CCM的影响等方面的研究；在具有重要生态意义与珊瑚共生的虫黄藻中深入开展CA研究；分析CA结合不同金属辅因子的生态学影响；并...