零碳能源耦合二氧化碳的轉化利用技術

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轉化為有用的化學品或燃料，將同時幫助解決大氣中?CO₂濃度增加導致的環境問題、化石燃料的過度依賴以及可再生能源的存儲問題（圖?4）。汽油和航空煤油等烴類化合物是重要的運輸燃料，在世界范圍內應用廣泛、具有很高的經濟價值。諾貝爾化學獎獲得者?Olah提出了“人工碳循環”的概念，若借助零碳能源將?CO₂直接轉化為液體燃料可使得整個碳循環更加有效。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分子的化學惰性和有效催化劑體系的開發，將其轉化為含有?2?個以上碳原子的化合物仍然是一巨大的挑戰。

圖 4 零碳能源耦合二氧化碳的轉化利用路線圖

近年來，用于?CO?或?CO₂加氫轉化的高性能催化劑的開發受到廣泛關注。中國科學院大連化學物理研究所（以下簡稱“大連化物所”）葛慶杰課題組開發的催化劑，實現了?CH₄和?CO?的低選擇性，使?CO₂加氫直接合成汽油的選擇性達到?78％。大連化物所包信和課題組與廈門大學王野課題組開發的復合催化劑，發展了不經費托途徑的合成氣直接轉化制烯烴新路線，將低碳烯烴選擇性提高到?70％?以上。中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室曾杰課題組開發了新型氮化鈷催化劑，大幅提升了?CO₂加氫反應的活性。大連化物所催化基礎國家重點實驗室李燦團隊在?CO₂催化加氫制備芳烴研究方面也取得新進展，通過開發的新型催化劑體系直接將?CO₂高選擇性的轉化為芳烴，為?CO₂轉化拓展了新的思路。

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