Small | 浙江大学联合多伦多大学发表VIP文章：热和光热催化CO2转化过程中的CO2足迹- 大数跨境

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2021-03-13

导读：本文主要针对近年来新兴的光热催化和传统的热催化，以间歇釜和流动相反应器中的逆水煤气和Sabatier反应为例，讨论了在这两种催化模式下CO2的足迹。

研究背景

利用各种催化手段将CO2转化为高附加值产物理论上可以有效应对由CO2过量排放带来的环境问题以及由化石燃料大量燃烧所带来的能源短缺问题。然而目前催化反应的驱动能源主要还是源于化石能源的燃烧，这是一个释放CO2的过程。所以这里就产生了一个问题：利用催化能否真正实现CO2负排放？

文章要点

本文主要针对近年来新兴的光热催化和传统的热催化，以间歇釜和流动相反应器中的逆水煤气和Sabatier反应为例，讨论了在这两种催化模式下CO2的足迹。要点如下：

1）归纳了影响CO2净排放速率的几个要素：生产一千瓦时电排放的CO2量；生产一摩尔H2排放的CO2量；CO2转化速率；催化反应中各装置的电功耗。把这些要素与CO2净排放量进行了关联，提出了一些通用性公式，可以用来初步评价各单独体系的CO2净排放速率；

2）分别以1）中的几个要素为变量对热催化和光热催化中的CO2净排放速率进行演绎，提出了几点有助于CO2减排的途径：①发展和升级电力生产系统，减少发电过程中CO2的排放；②发展节能设备；③优化反应器排布；④设计和制备高性能催化剂；

3）以实验室规模的反应系统为例进行了演算，发现对于间歇釜反应器，只有当氙灯光源功率小于0.12 kW时通过光热途径的净CO2排放量才比热催化的小。在设备组装和配置合理的前提下，使用太阳光或清洁能源可以在CO2转化速率达到 1 mol·g−1·h−1时就可以实现CO2零排放。

当以太阳光作为光源时流动相反应器似乎比间歇釜更有优势，实现CO2零排放只需CO2转化速率达到0.176 mol·g−1·h−1时即可。尽管如此，想要在达到这个速率的同时实现高CO2转化率还是比较困难的。

值得注意的是本文提出了一条通往CO2负排放的理想途径：当选取太阳为光源且氢气的生产来自于可再生能源时，以流动相反应器为媒介通过光热催化途径总是可以实现CO2负排放。

相信本文提出的一些通用性公式以及展望对光热催化CO2减排的未来发展会有一定的启示性作用。

文章DOI :10.1002/smll.202007025，

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202007025

本文第一作者是浙江大学材料科学与工程学院博士生王胜华。

通讯作者为浙江大学硅材料国家重点实验室孙威研究员、杨德仁院士，加拿大多伦多大学Geoffrey Ozin教授。

图文简介

原文图2. 当产生每千瓦时电能的二氧化碳排放量（x1）为11.04 mol （2014年美国平均能源产量）时，对于间歇式反应器，在由太阳光驱动的光热催化过程中，净二氧化碳排放速率与二氧化碳转化速率的关系。

原文图4. （a）流动相反应器中CO2转化速率与CO2净排放量之间的关系。（b）图（a）中红色虚线圈出部分的放大图。

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致谢

感谢本文作者对该报道的大力支持。

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