碳捕集、利用与封存(carbon capture,utilization and storage,CCUS)技术是缓解CO_(2)排放对环境影响的关键技术,CO_(2)地质封存与利用是CCUS技术的重要组成部分。分析了CO_(2)地质封存与利用技术领域的全球发展态势,从政策体系建设、...碳捕集、利用与封存(carbon capture,utilization and storage,CCUS)技术是缓解CO_(2)排放对环境影响的关键技术,CO_(2)地质封存与利用是CCUS技术的重要组成部分。分析了CO_(2)地质封存与利用技术领域的全球发展态势,从政策体系建设、项目实施、研究成果等方面梳理了我国的发展现状,通过文本分析解读了该领域的研究热点,最后对CO_(2)地质封存与利用技术的发展进行了展望。研究指出:当前CO_(2)地质封存与利用领域研究热点主要集中于枯竭油气藏封存、诱发地震机理与监测、泄漏监测与环境评价、CO_(2)封存与能源资源协同开发利用、快速矿化封存等方面;未来应重视CO_(2)封存与利用中复杂多场多相的耦合研究,致力于构建全流程智能化的CO_(2)地质封存与利用系统,并积极探索多元化的CCUS产业发展模式。展开更多
在“双碳”目标背景下,碳捕捉、利用及封存(carbon capture,utilization and storage,CCUS)是燃煤电厂实现烟气脱碳的最理想策略。在CCUS技术中,微藻固碳是极具潜力的CO_(2)利用方式。微藻不仅生长速率快而且可以将CO_(2)转化为高附加...在“双碳”目标背景下,碳捕捉、利用及封存(carbon capture,utilization and storage,CCUS)是燃煤电厂实现烟气脱碳的最理想策略。在CCUS技术中,微藻固碳是极具潜力的CO_(2)利用方式。微藻不仅生长速率快而且可以将CO_(2)转化为高附加值的微藻产/制品。然而,由于光能和CO_(2)利用率低,微藻固碳目前的经济可行性还达不到商业化要求,仍需进一步研究。基于国内外的相关研究,本文首先剖析了微藻悬浮液中烟气溶解、转化、被利用的过程以及光衰减现象;讨论了CO_(2)、光质及其强度等因素对微藻生长和固碳性能的影响。其次,从选育高固碳能力藻种、增强CO_(2)传质和优化光供给策略三方面综述了提高微藻CO_(2)固定效率和光合效率的方法;扼要地阐明了其中原理,以期为后续研究提供思路。最后,展望了微藻生物质的利用方向,为微藻固碳在实现我国“双碳”目标过程中的应用提供了参考。展开更多
碳捕集与利用(Carbon capture and utilization, CCU)技术是实现碳中和的重要途径。传统的CCU过程中,CO_(2)需经历吸收、解吸、压缩和运输等诸多步骤得到高纯气体,后续进行电化学CO_(2)还原反应(eCO_(2)RR),导致技术能耗高、成本投入大...碳捕集与利用(Carbon capture and utilization, CCU)技术是实现碳中和的重要途径。传统的CCU过程中,CO_(2)需经历吸收、解吸、压缩和运输等诸多步骤得到高纯气体,后续进行电化学CO_(2)还原反应(eCO_(2)RR),导致技术能耗高、成本投入大。对CO_(2)捕集介质直接进行电化学还原反应(cCO_(2)RR)是一种前沿性技术,可以避免再生和压缩运输等高能耗步骤,从而实现减耗降本。本文系统综述了cCO_(2)RR的研究进展,分别梳理了有机胺溶液和碱性溶液体系中电极材料、吸收液组分、添加剂等因素对cCO_(2)RR的影响及机制,并总结了cCO_(2)RR的研究现状。电极材料主要包括Au、Ag、Cu等,通过改变形貌增大电极材料表面积是提升电催化性能的主要手段;吸收液的研究主要聚焦于吸收液种类和添加剂,碱性溶液主要为NaHCO_(3)和KHCO_(3)等,而有机胺溶液主要为伯胺/仲胺/叔胺等单一有机胺;通过添加金属阳离子和阳离子表面活性剂,分别能够提高溶液的导电性和抑制析氢副反应,从而提升产物的选择性。未来的研究应重点关注催化材料的改性方法、调控产物的选择性,此外,针对有机胺相变吸收体系开展研究。展开更多
过渡金属–氮掺杂碳基材料(M-N-C)因其独特的电子结构和可调控的配位环境在电化学CO_(2)还原反应(CO_(2)RR)中展现出显著潜力,但其M-N4活性位点的高几何/电子对称性易导致产物选择性降低,且传统粉末催化剂普遍存在活性位点利用率低、结...过渡金属–氮掺杂碳基材料(M-N-C)因其独特的电子结构和可调控的配位环境在电化学CO_(2)还原反应(CO_(2)RR)中展现出显著潜力,但其M-N4活性位点的高几何/电子对称性易导致产物选择性降低,且传统粉末催化剂普遍存在活性位点利用率低、结构稳定性差及传质受限等问题,严重制约了其实际应用性能。针对上述挑战,提出一种双效协同调控策略:通过硫掺杂重构M-N4中心配位微环境打破其固有的对称性以增强本征催化活性,同时结合三维分级多孔整体式结构设计优化反应物/产物的传质动力学并提高电荷传输效率。以煤液化沥青为碳源,借助聚氨酯泡沫模板法构筑了镍–硫氮共掺杂泡沫炭整体式催化剂并研究了其CO_(2)RR性能。试验表明:S原子的引入对Ni活性中心的电子具有调控作用,同时三维互连骨架结构有利于暴露更多的活性位点,加快反应的传质过程和电荷传导,从而显著提升了CO_(2)RR性能。在0.1 mol/L KHCO3电解液中,该催化剂于-1.4 V vs.RHE电位下实现97.8%的CO法拉第效率,电流密度达到57.8 mA/cm^(2),并在-1.0~-1.8 V vs.RHE宽电位窗口内保持>90%的CO选择性,且能稳定运行15 h以上。研究通过“原子级配位调控–宏观结构设计”的双尺度优化,为开发高效、稳定的整体式CO_(2)RR电催化剂提供了新思路,同时拓展了低阶碳资源(如煤液化沥青)的高值化应用路径。展开更多
With ongoing global warming and increasing energy demands,the CH_(4)-CO_(2)reforming reaction(dry reforming of methane,DRM)has garnered significant attention as a promising carbon capture and utilization technology.Ni...With ongoing global warming and increasing energy demands,the CH_(4)-CO_(2)reforming reaction(dry reforming of methane,DRM)has garnered significant attention as a promising carbon capture and utilization technology.Nickel-based catalysts are renowned for their outstanding activity and selectivity in this process.The impact of metal-support interaction(MSI),on Ni-based catalyst performance has been extensively researched and debated recently.This paper reviews the recent research progress of MSI on Ni-based catalysts and their characterization and modulation strategies in catalytic reactions.From the perspective of MSI,the effects of different carriers(metal oxides,carbon materials and molecular sieves,etc.)are introduced on the dispersion and surface structure of Ni active metal particles,and the effect of MSI on the activity and stability of DRM reactions on Ni-based catalysts is discussed in detail.Future research should focus on better understanding and controlling MSI to improve the performance and durability of nickel-based catalysts in CH_(4)-CO_(2)reforming,advancing cleaner energy technologies.展开更多
文摘碳捕集、利用与封存(carbon capture,utilization and storage,CCUS)技术是缓解CO_(2)排放对环境影响的关键技术,CO_(2)地质封存与利用是CCUS技术的重要组成部分。分析了CO_(2)地质封存与利用技术领域的全球发展态势,从政策体系建设、项目实施、研究成果等方面梳理了我国的发展现状,通过文本分析解读了该领域的研究热点,最后对CO_(2)地质封存与利用技术的发展进行了展望。研究指出:当前CO_(2)地质封存与利用领域研究热点主要集中于枯竭油气藏封存、诱发地震机理与监测、泄漏监测与环境评价、CO_(2)封存与能源资源协同开发利用、快速矿化封存等方面;未来应重视CO_(2)封存与利用中复杂多场多相的耦合研究,致力于构建全流程智能化的CO_(2)地质封存与利用系统,并积极探索多元化的CCUS产业发展模式。
文摘在“双碳”目标背景下,碳捕捉、利用及封存(carbon capture,utilization and storage,CCUS)是燃煤电厂实现烟气脱碳的最理想策略。在CCUS技术中,微藻固碳是极具潜力的CO_(2)利用方式。微藻不仅生长速率快而且可以将CO_(2)转化为高附加值的微藻产/制品。然而,由于光能和CO_(2)利用率低,微藻固碳目前的经济可行性还达不到商业化要求,仍需进一步研究。基于国内外的相关研究,本文首先剖析了微藻悬浮液中烟气溶解、转化、被利用的过程以及光衰减现象;讨论了CO_(2)、光质及其强度等因素对微藻生长和固碳性能的影响。其次,从选育高固碳能力藻种、增强CO_(2)传质和优化光供给策略三方面综述了提高微藻CO_(2)固定效率和光合效率的方法;扼要地阐明了其中原理,以期为后续研究提供思路。最后,展望了微藻生物质的利用方向,为微藻固碳在实现我国“双碳”目标过程中的应用提供了参考。
文摘碳捕集与利用(Carbon capture and utilization, CCU)技术是实现碳中和的重要途径。传统的CCU过程中,CO_(2)需经历吸收、解吸、压缩和运输等诸多步骤得到高纯气体,后续进行电化学CO_(2)还原反应(eCO_(2)RR),导致技术能耗高、成本投入大。对CO_(2)捕集介质直接进行电化学还原反应(cCO_(2)RR)是一种前沿性技术,可以避免再生和压缩运输等高能耗步骤,从而实现减耗降本。本文系统综述了cCO_(2)RR的研究进展,分别梳理了有机胺溶液和碱性溶液体系中电极材料、吸收液组分、添加剂等因素对cCO_(2)RR的影响及机制,并总结了cCO_(2)RR的研究现状。电极材料主要包括Au、Ag、Cu等,通过改变形貌增大电极材料表面积是提升电催化性能的主要手段;吸收液的研究主要聚焦于吸收液种类和添加剂,碱性溶液主要为NaHCO_(3)和KHCO_(3)等,而有机胺溶液主要为伯胺/仲胺/叔胺等单一有机胺;通过添加金属阳离子和阳离子表面活性剂,分别能够提高溶液的导电性和抑制析氢副反应,从而提升产物的选择性。未来的研究应重点关注催化材料的改性方法、调控产物的选择性,此外,针对有机胺相变吸收体系开展研究。
文摘过渡金属–氮掺杂碳基材料(M-N-C)因其独特的电子结构和可调控的配位环境在电化学CO_(2)还原反应(CO_(2)RR)中展现出显著潜力,但其M-N4活性位点的高几何/电子对称性易导致产物选择性降低,且传统粉末催化剂普遍存在活性位点利用率低、结构稳定性差及传质受限等问题,严重制约了其实际应用性能。针对上述挑战,提出一种双效协同调控策略:通过硫掺杂重构M-N4中心配位微环境打破其固有的对称性以增强本征催化活性,同时结合三维分级多孔整体式结构设计优化反应物/产物的传质动力学并提高电荷传输效率。以煤液化沥青为碳源,借助聚氨酯泡沫模板法构筑了镍–硫氮共掺杂泡沫炭整体式催化剂并研究了其CO_(2)RR性能。试验表明:S原子的引入对Ni活性中心的电子具有调控作用,同时三维互连骨架结构有利于暴露更多的活性位点,加快反应的传质过程和电荷传导,从而显著提升了CO_(2)RR性能。在0.1 mol/L KHCO3电解液中,该催化剂于-1.4 V vs.RHE电位下实现97.8%的CO法拉第效率,电流密度达到57.8 mA/cm^(2),并在-1.0~-1.8 V vs.RHE宽电位窗口内保持>90%的CO选择性,且能稳定运行15 h以上。研究通过“原子级配位调控–宏观结构设计”的双尺度优化,为开发高效、稳定的整体式CO_(2)RR电催化剂提供了新思路,同时拓展了低阶碳资源(如煤液化沥青)的高值化应用路径。
基金supported by the Natural Science Foundation of Shanxi Province(202203021221155)the Foundation of National Key Laboratory of High Efficiency and Low Carbon Utilization of Coal(J23-24-902)。
文摘With ongoing global warming and increasing energy demands,the CH_(4)-CO_(2)reforming reaction(dry reforming of methane,DRM)has garnered significant attention as a promising carbon capture and utilization technology.Nickel-based catalysts are renowned for their outstanding activity and selectivity in this process.The impact of metal-support interaction(MSI),on Ni-based catalyst performance has been extensively researched and debated recently.This paper reviews the recent research progress of MSI on Ni-based catalysts and their characterization and modulation strategies in catalytic reactions.From the perspective of MSI,the effects of different carriers(metal oxides,carbon materials and molecular sieves,etc.)are introduced on the dispersion and surface structure of Ni active metal particles,and the effect of MSI on the activity and stability of DRM reactions on Ni-based catalysts is discussed in detail.Future research should focus on better understanding and controlling MSI to improve the performance and durability of nickel-based catalysts in CH_(4)-CO_(2)reforming,advancing cleaner energy technologies.
