零碳能源耦合二氧化碳的轉(zhuǎn)化利用技術(shù)

CO₂是一種自然界大量存在的“碳源”化合物，若能借助零碳能源（可再生能源、核能等）電解水制得的氫氣（H₂）將?CO₂轉(zhuǎn)化為有用的化學(xué)品或燃料，將同時(shí)幫助解決大氣中?CO₂濃度增加導(dǎo)致的環(huán)境問題、化石燃料的過度依賴以及可再生能源的存儲(chǔ)問題（圖?4）。汽油和航空煤油等烴類化合物是重要的運(yùn)輸燃料，在世界范圍內(nèi)應(yīng)用廣泛、具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者?Olah提出了“人工碳循環(huán)”的概念，若借助零碳能源將?CO₂直接轉(zhuǎn)化為液體燃料可使得整個(gè)碳循環(huán)更加有效。目前，CO₂資源化利用的研究主要集中在?CH₃OH、甲酸（HCOOH）、CH₄和一氧化碳（CO）等簡單小分子化合物的合成，然而，受限于?CO₂分子的化學(xué)惰性和有效催化劑體系的開發(fā)，將其轉(zhuǎn)化為含有?2?個(gè)以上碳原子的化合物仍然是一巨大的挑戰(zhàn)。

圖 4 零碳能源耦合二氧化碳的轉(zhuǎn)化利用路線圖

近年來，用于?CO?或?CO₂加氫轉(zhuǎn)化的高性能催化劑的開發(fā)受到廣泛關(guān)注。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所（以下簡稱“大連化物所”）葛慶杰課題組開發(fā)的催化劑，實(shí)現(xiàn)了?CH₄和?CO?的低選擇性，使?CO₂加氫直接合成汽油的選擇性達(dá)到?78％。大連化物所包信和課題組與廈門大學(xué)王野課題組開發(fā)的復(fù)合催化劑，發(fā)展了不經(jīng)費(fèi)托途徑的合成氣直接轉(zhuǎn)化制烯烴新路線，將低碳烯烴選擇性提高到?70％?以上。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室曾杰課題組開發(fā)了新型氮化鈷催化劑，大幅提升了?CO₂加氫反應(yīng)的活性。大連化物所催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李燦團(tuán)隊(duì)在?CO₂催化加氫制備芳烴研究方面也取得新進(jìn)展，通過開發(fā)的新型催化劑體系直接將?CO₂高選擇性的轉(zhuǎn)化為芳烴，為?CO₂轉(zhuǎn)化拓展了新的思路。

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