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Enabling heterogeneous catalysis to achieve carbon neutrality: Directional catalytic conversion of CO_(2) into carboxylic acids 被引量:5
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作者 Xiaofei Zhang Wenhuan Huang +4 位作者 Le Yu Max García-Melchor Dingsheng Wang Linjie Zhi Huabin Zhang 《Carbon Energy》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第3期1-35,共35页
The increase in anthropogenic carbon dioxide(CO_(2))emissions has exacerbated the deterioration of the global environment,which should be controlled to achieve carbon neutrality.Central to the core goal of achieving c... The increase in anthropogenic carbon dioxide(CO_(2))emissions has exacerbated the deterioration of the global environment,which should be controlled to achieve carbon neutrality.Central to the core goal of achieving carbon neutrality is the utilization of CO_(2) under economic and sustainable conditions.Recently,the strong need for carbon neutrality has led to a proliferation of studies on the direct conversion of CO_(2) into carboxylic acids,which can effectively alleviate CO_(2) emissions and create high-value chemicals.The purpose of this review is to present the application prospects of carboxylic acids and the basic principles of CO_(2) conversion into carboxylic acids through photo-,electric-,and thermal catalysis.Special attention is focused on the regulation strategy of the activity of abundant catalysts at the molecular level,inspiring the preparation of high-performance catalysts.In addition,theoretical calculations,advanced technologies,and numerous typical examples are introduced to elaborate on the corresponding process and influencing factors of catalytic activity.Finally,challenges and prospects are provided for the future development of this field.It is hoped that this review will contribute to a deeper understanding of the conversion of CO_(2) into carboxylic acids and inspire more innovative breakthroughs. 展开更多
关键词 carbon neutrality carboxylic acids co_(2)conversion heterogeneous catalyst in situ technology
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The Capture and Catalytic Conversion of CO_(2) by Dendritic Mesoporous Silica-Based Nanoparticles
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作者 Yabin Wang Liangzhu Huang +2 位作者 Songwei Li Chuntai Liu Hua He 《Energy & Environmental Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第2期126-151,共26页
Dendritic mesoporous silica nanoparticles own three-dimensional center-radial channels and hierarchical pores,which endows themselves with super-high specific surface area,extremely large pore volumes,especially acces... Dendritic mesoporous silica nanoparticles own three-dimensional center-radial channels and hierarchical pores,which endows themselves with super-high specific surface area,extremely large pore volumes,especially accessible internal spaces,and so forth.Dissimilar guest species(such as organic groups or metal nanoparticles)could be readily decorated onto the interfaces of the channels and pores,realizing the functionalization of dendritic mesoporous silica nanoparticles for targeted applications.As adsorbents and catalysts,dendritic mesoporous silica nanoparticles-based materials have experienced nonignorable development in CO_(2)capture and catalytic conversion.This comprehensive review provides a critical survey on this pregnant subject,summarizing the designed construction of novel dendritic mesoporous silica nanoparticles-based materials,the involved chemical reactions(such as CO_(2)methanation,dry reforming of CH_(4)),the value-added chemicals from CO_(2)(such as cyclic carbonates,2-oxazolidinones,quinazoline-2,4(1H,3H)-diones),and so on.The adsorptive and catalytic performances have been compared with traditional silica mesoporous materials(such as SBA-15 or MCM-41),and the corresponding reaction mechanisms have been thoroughly revealed.It is sincerely expected that the in-depth discussion could give materials scientists certain inspiration to design brand-new dendritic mesoporous silica nanoparticles-based materials with superior capabilities towards CO_(2)capture,utilization,and storage. 展开更多
关键词 catalytic conversion co_(2)adsorption co_(2)capture dendritic mesoporous silica nanoparticles
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A review on electrocatalytic CO_(2) conversion via C-C and C-N coupling
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作者 Zhuangzhi Zhang Sijun Li +6 位作者 Zheng Zhang Zhou Chen Hua Wang Xianguang Meng Wenquan Cui Xiwei Qi Jiacheng Wang 《Carbon Energy》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第2期167-194,共28页
Electrochemical C-C and C-N coupling reactions with the conversion of abundant and inexpensive small molecules,such as CO_(2) and nitrogencontaining species,are considered a promising route for increasing the value of... Electrochemical C-C and C-N coupling reactions with the conversion of abundant and inexpensive small molecules,such as CO_(2) and nitrogencontaining species,are considered a promising route for increasing the value of CO_(2) reduction products.The development of high-performance catalysts is the key to the both electrocatalytic reactions.In this review,we present a systematic summary of the reaction systems for electrocatalytic CO_(2) reduction,along with the coupling mechanisms of C-C and C-N bonds over outstanding electrocatalytic materials recently developed.The key intermediate species and reaction pathways related to the coupling as well as the catalyst-structure relationship will be also discussed,aiming to provide insights and guidance for designing efficient CO_(2) reduction systems. 展开更多
关键词 C-C coupling C-N coupling co_(2) conversion ELECTROCATALYSIS urea synthesis
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Solar-assisted two-stage catalytic membrane reactor for coupling CO_(2) splitting with methane oxidation reaction
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作者 Jinkun Tan Zhenbin Gu +4 位作者 Zhengkun Liu Pei Wang Reinout Meijboom Guangru Zhang Wanqin Jin 《Green Energy & Environment》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第11期1771-1780,共10页
A two-stage catalytic membrane reactor(CMR)that couples CO_(2) splitting with methane oxidation reactions was constructed based on an oxygen-permeable perovskite asymmetric membrane.The asymmetric membrane comprises a... A two-stage catalytic membrane reactor(CMR)that couples CO_(2) splitting with methane oxidation reactions was constructed based on an oxygen-permeable perovskite asymmetric membrane.The asymmetric membrane comprises a dense SrFe_(0.9)Ta_(0.1)O_(3-σ)(SFT)separation layer and a porous Sr_(0.9)(Fe_(0.9)Ta_(0.1))_(0.9)Cu_(0.1)O_(3-σ)(SFTC)catalytic layer.In thefirst stage reactor,a CO_(2) splitting reaction(CDS:2CO_(2)→2CO+O_(2))occurs at the SFTC catalytic layer.Subsequently,the O_(2) product is selectively extracted through the SFT separation layer to the permeated side for the methane combustion reaction(MCR),which provides an extremely low oxygen partial pressure to enhance the oxygen extraction.In the second stage,a Sr_(0.9)(Fe_(0.9)Ta_(0.1))_(0.9)Ni_(0.1)O_(3-σ)(SFTN)catalyst is employed to reform the products derived from MCR.The two-stage CMR design results in a remarkable 35.4%CO_(2) conversion for CDS at 900℃.The two-stage CMR was extended to a hollowfiber configuration combining with solar irradiation.The solar-assisted two-stage CMR can operate stably for over 50 h with a high hydrogen yield of 18.1 mL min^(-1) cm^(-2).These results provide a novel strategy for reducing CO_(2) emissions,suggesting potential avenues for the design of the high-performance CMRs and catalysts based on perovskite oxides in the future. 展开更多
关键词 co_(2)splitting Two-stage catalytic membrane reactor Perovskite oxide Asymmetric membrane Solar irradiation assisted
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Potential of eNose Technology for Monitoring Biological CO_(2) Conversion Processes
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作者 Muhammad Awais Syed Muhammad Zaigham Abbas Naqvi +5 位作者 Sami Ullah Khan MIjaz Khan Sherzod Abdullaev Junfeng Wu Wei Zhang Jiandong Hu 《Transactions of Tianjin University》 EI CAS 2024年第5期381-394,共14页
Electronic nose(eNose) is a modern bioelectronic sensor for monitoring biological processes that convert CO_(2) into valueadded products, such as products formed during photosynthesis and microbial fermentation. eNose... Electronic nose(eNose) is a modern bioelectronic sensor for monitoring biological processes that convert CO_(2) into valueadded products, such as products formed during photosynthesis and microbial fermentation. eNose technology uses an array of sensors to detect and quantify gases, including CO_(2), in the air. This study briefly introduces the concept of eNose technology and potential applications thereof in monitoring CO_(2) conversion processes. It also provides background information on biological CO_(2) conversion processes. Furthermore, the working principles of eNose technology vis-à-vis gas detection are discussed along with its advantages and limitations versus traditional monitoring methods. This study also provides case studies that have used this technology for monitoring biological CO_(2) conversion processes. eNose-predicted measurements were observed to be completely aligned with biological parameters for R~2 values of 0.864, 0.808, 0.802, and 0.948. We test eNose technology in a variety of biological settings, such as algae farms or bioreactors, to determine its effectiveness in monitoring CO_(2) conversion processes. We also explore the potential benefits of employing this technology vis-à-vis monitoring biological CO_(2) conversion processes, such as increased reaction efficiency and reduced costs versus traditional monitoring methods. Moreover, future directions and challenges of using this technology in CO_(2) capture and conversion have been discussed. Overall, we believe this study would contribute to developing new and innovative methods for monitoring biological CO_(2) conversion processes and mitigating climate change. 展开更多
关键词 Electronic nose(eNose) co_(2) conversion Biological monitoring Gas detection Bioelectronic nose
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超高选择性CO_(2)光还原为乙醇的CuNi异核双原子催化剂的精准设计
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作者 崔恩田 鲁玉莲 +3 位作者 江吉周 Arramel 王定胜 翟天佑 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第4期126-136,共11页
利用光催化还原技术将CO_(2)定向转化为乙醇(CO_(2)-乙醇)是解决日益严重的环境污染和能源危机的理想途径之一.然而,CO_(2)分子的高化学惰性以及C-C耦合反应的高化学能垒导致目前CO_(2)-乙醇转化反应的产率和选择性较低.因此,设计构建... 利用光催化还原技术将CO_(2)定向转化为乙醇(CO_(2)-乙醇)是解决日益严重的环境污染和能源危机的理想途径之一.然而,CO_(2)分子的高化学惰性以及C-C耦合反应的高化学能垒导致目前CO_(2)-乙醇转化反应的产率和选择性较低.因此,设计构建能够快速活化CO_(2)分子并同时促进C-C耦合的光催化材料具有重要研究意义.尽管已有研究表明,Cu+物种在促进C-C耦合方面具有一定优势,但其在催化反应过程中的不稳定性限制了其实际应用.基于上述认识,本文通过理论模拟预测发现,相比于Cu单原子,CuNi异核双原子(CuNi HDAs)不仅在CO_(2)活化及C-C耦合方面更具优势,而且能够有效锚定并固化Cu+物种.因此,本文设计了一种三步合成策略,精准地将Cu单原子锚定在(Ni,Zr)-UiO-66-NH2材料的Ni位上,合成了以CuNi HDAs为活性位点的Cu-(Ni,Zr)-UiO-66-NH2光催化材料.在可见光照射下,Cu-(Ni,Zr)-UiO-66-NH2表现出较好的催化CO_(2)-乙醇转化活性,其乙醇的产率和选择性分别达到~3218μmol·gCu^(-1)·h^(-1)和97.3%.光谱分析和密度泛函理论计算结果表明,Cu-(Ni,Zr)-UiO-66-NH2材料较好的光催化性能来源于CuNi HDAs特殊的电子结构.首先,CuNi HDAs通过CuNi-O界面化学键与吸光组分(Ni,Zr)-UiO-66-NH2相连,利用界面Cu-Ni-O键作为快速电子传输通道,CuNi HDAs能够富集到足够的光生电子用于涉及12电子的CO_(2)-乙醇转化反应,使得乙醇产率大幅提升.其次,Cu,Ni和O三种原子由于电子亲核能的差异,导致CuNi HDAs的电子分布呈现不对称性.这种不对称的电子结构能有效诱导CO_(2)分子的极化,打破其结构的对称性,从而显著降低CO_(2)分子的活化能.再次,相比于Cu单原子,CuNi HDAs对*CO中间体的吸附能力更强,这不仅增强了活性位点表面*CO中间体的覆盖度,还抑制CO的生成,为C-C耦合创造了充分条件.最后,由于Cu-Ni双活性位电子密度的差异,CuNi HDAs表面的C-C耦合反应势能较低,有利于*OCCHO中间体的快速生成,从而使乙醇产物的选择性大幅提升.综上,本文以理论计算模拟为指导,以UiO-66-NH2材料为基底,成功设计并制备了一种具有不对称电子结构的CuNi HDAs光催化材料,实现了高选择性CO_(2)光还原为乙醇.研究表明,CuNi HDAs的不对称结构在促进分子活化和降低C-C耦合反应能垒中起关键作用,同时促进了光生电子在CuNi HDAs活性位的富集.本文的研究结果为在原子尺度上设计并合成高性能的CO_(2)还原光催化剂提供了实验和理论参考. 展开更多
关键词 CuNi异核双原子 光催化 co_(2)-乙醇转化 不对称电子分配 电子富集
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可见光驱动铋单质光热协同催化CO_(2)还原
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作者 韩晓晶 王玲 《工业催化》 CAS 2024年第10期50-55,共6页
温室气体CO_(2)具有较高的热力学稳定性,单纯的光驱动CO_(2)催化还原效率较低,光热协同在催化还原CO_(2)方面显现出了巨大的潜力。采用NaBH 4直接还原溶液中的Bi 3+制备铋(Bi)光催化剂。在200℃热辅助作用下,研究了Bi单质在可见光辐射... 温室气体CO_(2)具有较高的热力学稳定性,单纯的光驱动CO_(2)催化还原效率较低,光热协同在催化还原CO_(2)方面显现出了巨大的潜力。采用NaBH 4直接还原溶液中的Bi 3+制备铋(Bi)光催化剂。在200℃热辅助作用下,研究了Bi单质在可见光辐射下还原CO_(2)的过程。结果表明,单质铋在紫外、可见光区范围内具有光催化还原CO_(2)的能力。在450 nm的光辐照下,CO的生成率为5.4μmol·(g·h)^(-1),光热协同作用使单质铋具有优异的光催化活性和稳定性,4次循环使用后CO产率未见明显降低。 展开更多
关键词 催化化学 单质铋 催化 光热协同 co_(2)还原
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多种构型超临界CO_(2)循环热力学解构分析与参数优化
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作者 张斌 刘嘉楷 +1 位作者 张逸飞 辛团团 《节能技术》 CAS 2024年第2期143-149,共7页
新型超临界CO_(2)(S-CO_(2))循环可通过流程改良提高效率,构型复杂多样。为了直观阐明各种流程改良措施对循环效率提升的作用机制,本文将预压缩、后压缩、再压缩、间冷、再热等五种构型的S-CO_(2)循环解构为若干热功转换过程,建立各解... 新型超临界CO_(2)(S-CO_(2))循环可通过流程改良提高效率,构型复杂多样。为了直观阐明各种流程改良措施对循环效率提升的作用机制,本文将预压缩、后压缩、再压缩、间冷、再热等五种构型的S-CO_(2)循环解构为若干热功转换过程,建立各解构过程与循环效率之间的关联方程,进而开展流程参数优化。研究结果表明,预压缩、后压缩和再压缩方案均是通过增加压缩耗功,减少吸热量实现循环效率提升,其中再压缩方案效果最优,再压缩流量优化后循环效率提高5.1%;采用部分间冷方案,可有效降低压缩功耗,同时避免高品位热量贬值,间冷压力优化后循环效率提高2.2%;再热方案在不改变压缩耗功的前提下,增加透平出功,再热压力优化后循环效率提高1.9%;最后,循环联用再压缩、间冷和再热三种节能措施,可使效率提高9.3%。 展开更多
关键词 超临界co_(2)循环 流程改良 热力学优化 过程解构分析 热功等效转换
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鸡蛋壳负载Co_(3)O_(4)催化剂制备及其N_(2)O分解性能研究 被引量:1
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作者 胡晓波 冯林雁 +2 位作者 武瑞芳 王永钊 赵永祥 《燃料化学学报(中英文)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期707-716,共10页
采用废弃的鸡蛋壳作载体,沉积沉淀法制备了一系列不同Co_(3)O_(4)含量Co_(3)O_(4)/鸡蛋壳催化剂,并在连续流动微反装置上考察了N_(2)O分解性能。结果表明,当Co_(3)O_(4)质量分数为20%时,催化剂表现出优异的N_(2)O分解性能。在空速10000 ... 采用废弃的鸡蛋壳作载体,沉积沉淀法制备了一系列不同Co_(3)O_(4)含量Co_(3)O_(4)/鸡蛋壳催化剂,并在连续流动微反装置上考察了N_(2)O分解性能。结果表明,当Co_(3)O_(4)质量分数为20%时,催化剂表现出优异的N_(2)O分解性能。在空速10000 h^(−1)和N_(2)O含量0.1%的条件下,400℃可实现N_(2)O完全转化;其比活性约为Co_(3)O_(4)催化剂的4.3倍(反应温度为440℃);同时,该催化剂对原料气中3%O_(2)、3.3%H_(2)O和/或2.0×10^(−4)NO表现出较强的耐受性和较高的稳定性。分析催化剂的多种表征结果发现,CaCO_(3)作为鸡蛋壳的主要成分,与活性组分Co_(3)O_(4)紧密结合,两者的强相互作用导致20%Co_(3)O_(4)/鸡蛋壳催化剂中产生更多的氧空位和Co^(3+);Co_(3)O_(4)氧化还原性能得到提高,Co−O键被有效削弱;此外,该强相互作用可提高20%Co_(3)O_(4)/鸡蛋壳催化剂表面碱性位点的强度,增大碱性位点数量,更易于转移电子而促进N_(2)O分解。 展开更多
关键词 鸡蛋壳 Caco_(3) co_(3)O_(4) N_(2)O 催化分解
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烟道气CO_(2)捕集用醇胺溶液降解研究进展 被引量:1
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作者 陆诗建 王风 +5 位作者 刘玲 康国俊 贡玉萍 张娟娟 刘苗苗 王宁 《低碳化学与化工》 CAS 北大核心 2024年第7期13-22,共10页
目前在多种CO_(2)吸收捕集技术中,醇胺法是吸收量最大、经济效益最好和研究最广泛的方法。然而,醇胺法中使用的醇胺溶液吸收剂面临的降解问题是该方法的主要缺陷。针对醇胺溶液吸收剂的降解问题,首先综述了热降解和氧化降解的产物、机... 目前在多种CO_(2)吸收捕集技术中,醇胺法是吸收量最大、经济效益最好和研究最广泛的方法。然而,醇胺法中使用的醇胺溶液吸收剂面临的降解问题是该方法的主要缺陷。针对醇胺溶液吸收剂的降解问题,首先综述了热降解和氧化降解的产物、机理和控制研究进展,然后综述了金属离子催化降解的降解机理、规律和控制研究进展,最后对醇胺溶液吸收剂的降解问题进行了总结,并对未来的抗降解研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 co_(2)捕集 热降解 氧化降解 金属离子催化降解 抗降解
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弱碱性吸收剂碳捕集及CO_(2)富液生物再生性能 被引量:1
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作者 赵敏楠 张佳音 +6 位作者 张新妙 徐恒 栾金义 陆丁香 赵鹏宇 陈湘泽 武振康 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期180-188,共9页
碳捕集转化一体化工艺能利用CO_(2)转化过程同步实现CO_(2)富液再生,有望降低碳捕集转化整体成本。为评价生物甲烷化与碳捕集耦合的可行性,首先,在填料塔中考察了以4.2 g/L NaHCO_(3)、6 g/L Na_(2)CO_(3)、微生物营养液配制的弱碱性吸... 碳捕集转化一体化工艺能利用CO_(2)转化过程同步实现CO_(2)富液再生,有望降低碳捕集转化整体成本。为评价生物甲烷化与碳捕集耦合的可行性,首先,在填料塔中考察了以4.2 g/L NaHCO_(3)、6 g/L Na_(2)CO_(3)、微生物营养液配制的弱碱性吸收剂(pH=10)对模拟烟气中CO_(2)的吸收性能;其次,在厌氧瓶内利用生物甲烷化过程对CO_(2)富液开展5个周期的循环再生试验。结果表明,填料塔气体流量≤1.0 L/min时,随液体流量增加,所有试验组CO_(2)去除率逐渐上升并能稳定在80%以上,该填料塔液体流量宜≤0.9 L/min;不同气体流量(0.4~1.2 L/min)下填料塔体积总传质系数基本稳定在17~19 mol/(h·kPa·m^(3));CO_(2)吸收导致吸收液中NaHCO_(3)增加、Na_(2)CO_(3)减少,二者变量比值在1.2~1.9。气体流量为0.6 L/min、液体流量为0.7 L/min时,在维持80%以上CO_(2)去除率的前提下,该弱碱性吸收剂可循环使用6次,此时活性组分CO_(3)^(2-)利用率达89.5%,形成的CO_(2)富液中总无机碳量为0.127 mol/L,pH为8.82,能为生物甲烷化微生物提供适宜的生长环境。CO_(2)富液循环生物再生试验表明,每次再生后的吸收剂CO_(2)吸收量基本稳定在69.6~78.6 mmol/L,且再生期间CH 4产生过程具有良好的重复性;再生试验后,Firmicutes、Actinobacteriota等耐碱性门水平细菌得到一定富集;氢营养型产甲烷菌在再生前后古菌属中占比均接近99%,但再生试验期间弱碱性环境导致Methanobrevibacter相对丰度降低了19.5%,unclassified_f_Methanobacteriaceae增加了18.7%。初步证实了碳捕集耦合生物甲烷化工艺的可行性。 展开更多
关键词 碳捕集转化一体化 吸收剂 co_(2)富液 生物再生 生物甲烷化
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CO_(2)加氢制甲醇Cu/CeO_(2)催化剂实验研究
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作者 甘泽 李传 +3 位作者 邓文安 杜峰 罗辉 李庶峰 《炼油技术与工程》 CAS 2024年第4期33-38,共6页
考察了第二金属Ni改性对CO_(2)加氢制甲醇Cu/CeO_(2)催化剂活性的影响,并通过XRD、BET、XPS、H_(2)-TPR等手段对改性前后催化剂结构进行了表征。结果表明:金属负载量为20%时,Cu/CeO_(2)的比表面积最大;Cu与Ni质量比为3∶1时,催化剂碱度... 考察了第二金属Ni改性对CO_(2)加氢制甲醇Cu/CeO_(2)催化剂活性的影响,并通过XRD、BET、XPS、H_(2)-TPR等手段对改性前后催化剂结构进行了表征。结果表明:金属负载量为20%时,Cu/CeO_(2)的比表面积最大;Cu与Ni质量比为3∶1时,催化剂碱度最大,氧空位含量最高,Cu-Ni协同作用最强;该催化剂在反应温度240℃、反应压力3 MPa、液时空速2400 mL/(g·h)、H_(2)与CO_(2)体积比为3∶1时催化CO_(2)加氢制甲醇效果较优,CO_(2)转化率为18.5%,甲醇时空产率为40.43 g/(kg·h)。 展开更多
关键词 co_(2) 加氢 甲醇 Cu/CeO_(2)催化剂 反应条件 转化率 选择性 时空产率
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利用光驱动的生物杂合系统实现CO_(2)转化生产化学品
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作者 干雅梅 柴甜甜 +5 位作者 张健 高聪 宋伟 吴静 刘立明 陈修来 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第5期294-303,共10页
太阳能作为清洁能源之一,为缓解化石燃料枯竭和温室气体排放等问题提供了一种高效、经济、可持续的解决方案.自然界中的植物和光合微生物通过自身的光合系统收集并转化太阳能,从而生产生物燃料和生物化学品.然而,由于自然光合系统存在... 太阳能作为清洁能源之一,为缓解化石燃料枯竭和温室气体排放等问题提供了一种高效、经济、可持续的解决方案.自然界中的植物和光合微生物通过自身的光合系统收集并转化太阳能,从而生产生物燃料和生物化学品.然而,由于自然光合系统存在光吸收范围相对较窄、光生电子在传输过程中易损耗等问题,限制了太阳能到化学品的转化效率.为了解决上述难题,科研人员模仿自然光合作用中的关键部分,探索构建人工光合系统,相关研究引起了广泛关注.本文通过将碲化镉量子点(CdTe QDs)与大肠杆菌(E.coli)相耦合,构建了一种光驱动无机-生物杂合系统(IBPHS),用于捕获太阳能并驱动CO_(2)转化合成高价值化学品.该系统主要由光催化模块和生物催化模块组成.在光催化模块中,通过生物合成CdTe QDs进行光能捕获,并将其转化为电子.通过敲除E.coli的Cd2+外排蛋白(ZNTA)编码基因,实现了E.coli胞内Cd2+过量积累.通过“时空耦合”方式,并借助共聚焦显微镜、高分辨率透射电镜和X射线能谱分析,确认了CdTe QDs在E.coli胞内的组装合成.利用紫外-可见分光光度计研究了光催化模块对光子的吸收能力.结果表明,光催化模块的吸收峰位于400-420 nm.利用瞬时光电流,评估了光催化模块的光生电子能力.实验发现,该模块可以产生0.07μA光电流,表明完成了光催化模块的构建.在生物催化模块中,将光催化模块产生的电子用于还原NAD+再生NADH.采用NADH生物传感器,分析了E.coli胞内NADH含量,结果表明,在蓝光照射下E.coli胞内NADH含量比黑暗条件下提高了5.1倍.在此基础上,通过表达NADH依赖型乳酸脱氢酶(LDH)将丙酮酸还原为乳酸,在蓝光光照下乳酸积累量达到了0.44 g/L,而黑暗条件下无乳酸积累,从而验证了生物催化模块的有效性.基于光催化模块和生物催化模块,进一步组装构建了IBPSH,用于驱动CO_(2)还原合成甲酸和丙酮酸.在蓝光照射下,IBPHS能够合成0.65 g/L甲酸和0.18 g/L丙酮酸,其CO_(2)利用速率分别达到51.98 mg/gDCW/h和21.92 mg/gDCW/h,超过了光合细菌.综上所述,本文利用光催化模块与生物催化模块相耦合的方式,组装构建了一种新型的人工光合系统,实现了光驱动CO_(2)还原合成高附加值化学品,为理性设计材料-生物杂合系统提供了借鉴,同时也为挖掘绿色生物制造潜力、开发太阳能化学制造平台提供参考. 展开更多
关键词 人工光合系统 co_(2)利用 光能转换 CdTe生物合成 NADH再生
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硅纳米结构阵列:光热CO_(2)催化的新兴平台
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作者 张城城 吴之怡 +2 位作者 沈家辉 何乐 孙威 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第1期20-21,共2页
人口的快速增长和高能源需求产业造成了严重的环境问题。太阳能等替代性的清洁能源对于缓解能源危机和温室效应至关重要。光催化是一种很有前途的方法,但它在转化率、效率和规模化方面存在局限性。光热催化则结合了光化学和光热效应,是... 人口的快速增长和高能源需求产业造成了严重的环境问题。太阳能等替代性的清洁能源对于缓解能源危机和温室效应至关重要。光催化是一种很有前途的方法,但它在转化率、效率和规模化方面存在局限性。光热催化则结合了光化学和光热效应,是在温和条件下有效催化化学反应的新概念。近年来,与传统的光热催化剂相比,硅纳米结构阵列在光热CO_(2)还原反应中表现出独特的催化性能优势。作为一种平台,它表现出优异的光收集能力、高比表面积以及多样化的材料复合选择。本文综述了光热催化CO_(2)转化的概念和原理,硅纳米结构阵列的功能,以及利用硅纳米结构阵列在光热催化CO_(2)转化方面的最新进展,最终将为高性能纳米结构阵列光热CO_(2)催化剂的发展方向提供指导。 展开更多
关键词 光热催化 硅纳米结构阵列 co_(2)转化 太阳能燃料
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Cu/TiO_(2) Photocatalysts for CO_(2) Reduction: Structure and Evolution of the Cocatalyst Active Form 被引量:1
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作者 Andrey A.Saraev Anna Yu.Kurenkova +3 位作者 Denis D.Mishchenko Alexandr L.Trigub Evgeniy Yu.Gerasimov Ekaterina A.Kozlova 《Transactions of Tianjin University》 EI CAS 2024年第2期140-151,共12页
Extensive work on a Cu-modified TiO_(2) photocatalyst for CO_(2) reduction under visible light irradiation was conducted. The structure of the copper cocatalyst was established using UV-vis diff use refl ectance spect... Extensive work on a Cu-modified TiO_(2) photocatalyst for CO_(2) reduction under visible light irradiation was conducted. The structure of the copper cocatalyst was established using UV-vis diff use refl ectance spectroscopy, high-resolution transmis- sion electron microscopy, X-ray absorption spectroscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy. It was found that copper exists in different states (Cu 0 , Cu^(+) , and Cu^(2+) ), the content of which depends on the TiO_(2) calcination temperature and copper loading. The optimum composition of the cocatalyst has a photocatalyst based on TiO_(2) calcined at 700℃ and modified with 5 wt% copper, the activity of which is 22 μmol/(h·g cat ) (409 nm). Analysis of the photocatalysts after the photocatalytic reaction disclosed that the copper metal on the surface of the calcined TiO_(2) was gradually converted into Cu_(2) O during the photocatalytic reaction. Meanwhile, the metallic copper on the surface of the noncalcined TiO_(2) did not undergo any trans- formation during the reaction. 展开更多
关键词 PHOTOCATALYSIS Photocatalytic co_(2)conversion Visible light Titanium dioxide copper copper oxides Methane formation Photocatalyst transformation
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CO_(2)催化加氢制备C_(1)产物的反应路径与催化剂研究进展 被引量:2
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作者 黄艳 王贵文 +2 位作者 杨龙 徐冬 高腾飞 《低碳化学与化工》 CAS 北大核心 2024年第3期1-8,共8页
通过二氧化碳(CO_(2))催化加氢制备碳基燃料和高值化学品是一种极具应用前景的碳减排技术,但其工业化仍面临许多挑战。针对CO_(2)催化加氢制备的C_(1)产物,包括甲酸(HCOOH)、一氧化碳(CO)、甲醇(CH_(3)OH)和甲烷(CH_(4)),从反应路径、... 通过二氧化碳(CO_(2))催化加氢制备碳基燃料和高值化学品是一种极具应用前景的碳减排技术,但其工业化仍面临许多挑战。针对CO_(2)催化加氢制备的C_(1)产物,包括甲酸(HCOOH)、一氧化碳(CO)、甲醇(CH_(3)OH)和甲烷(CH_(4)),从反应路径、催化工艺等方面综述了相关研究进展。首先,总结了CO_(2)催化加氢生成不同C_(1)产物的反应路径及其竞争关系。随后,针对CO_(2)催化加氢催化剂的改性方式,讨论了不同催化剂的催化性能。最后,对CO_(2)催化加氢催化剂的未来发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 co_(2) C_(1)产物 催化加氢 反应路径 催化剂
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RuCu/Al_(2)O_(3)对CO_(2)选择性催化加氢
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作者 鲍世东 孙敬雅 郑寿荣 《环境化学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1204-1210,共7页
将温室气体CO_(2)通过催化加氢的方式生产合成气具有重要的环境意义和经济价值.本文分别采用微乳液法和浸渍法制备了Ru-Cu双金属催化剂.通过不同分析手段对催化剂结构进行了表征,并考察了催化剂对CO_(2)催化加氢的性能.表征结果表明,在... 将温室气体CO_(2)通过催化加氢的方式生产合成气具有重要的环境意义和经济价值.本文分别采用微乳液法和浸渍法制备了Ru-Cu双金属催化剂.通过不同分析手段对催化剂结构进行了表征,并考察了催化剂对CO_(2)催化加氢的性能.表征结果表明,在微乳液法合成的催化剂(ME-0.2Ru1Cu/Al_(2)O_(3))中Ru和Cu紧密接触,且钌铜纳米粒子尺寸均匀,而浸渍法合成的催化剂(im-0.2Ru1Cu/Al_(2)O_(3))存在单独的Ru和Cu纳米粒子.催化实验结果说明,Ru对Cu的掺杂可提高其催化活性但会降低CO选择性.采用微乳液法合成的双金属催化剂表现出比浸渍法更高的CO选择性.此外,固定钌铜比不变,提高负载量可以有效提高活性,而CO选择性无明显下降. 展开更多
关键词 co_(2) 催化加氢 双金属 微乳液法
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非均相单宁酸-锆介孔材料制备及其CO_(2)环加成反应催化性能
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作者 冯帮满 岳成光 +2 位作者 王美岩 王悦 马新宾 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期2803-2810,共8页
CO_(2)和环氧化物的环加成反应是一种有效且可持续的CO_(2)化工转化策略,其产品环碳酸酯在锂离子电池、高分子材料等领域具有广泛应用。其中环氧化物的开环被认为是该反应的关键步骤,因此构筑具有高效环氧化物吸附活化位点的催化剂至关... CO_(2)和环氧化物的环加成反应是一种有效且可持续的CO_(2)化工转化策略,其产品环碳酸酯在锂离子电池、高分子材料等领域具有广泛应用。其中环氧化物的开环被认为是该反应的关键步骤,因此构筑具有高效环氧化物吸附活化位点的催化剂至关重要。本文通过单宁酸与锆离子的配位作用,“一锅法”制备同时含有锆金属中心作为Lewis酸位点和酚羟基作为氢键作用位点的非均相单宁酸-锆介孔材料TA-Zr-2。XPS和环氧丙烷TPD-MS结果表明,与同为锆基多孔材料的UiO-66相比,TA-Zr-2的锆金属中心具有更强的Lewis酸性,对环氧丙烷具有更强的吸附活化作用。在TA-Zr-2的基础上通过冷冻干燥优化处理得到了具有更大比表面积和合适孔体积的TA-Zr-2-FD材料,25℃下催化性能提升1倍,24h的碳酸丁烯酯收率达97.6%。本文使用简单绿色的制备方法,构建了具有较大比表面积的单宁酸-锆介孔材料,锆Lewis酸位点和酚羟基氢键位点的耦合使其具有良好的环氧化物吸附活化作用,利于环氧化物的开环,使得该催化剂在25℃下表现出良好的CO_(2)环加成反应催化性能。 展开更多
关键词 co_(2)转化 环加成反应 环状碳酸酯 介孔材料
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三维碳凝胶基催化剂在CO_(2)催化转化中的应用研究进展
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作者 包通宇 沈淑玲 +2 位作者 王有杰 上官栋 秦伟业 《有色金属材料与工程》 CAS 2024年第5期41-51,共11页
随着化石能源的过度消耗和CO_(2)的大量排放,能源与环境问题日渐严重。将温室气体CO_(2)催化转化为高附加值的燃料和化学品,是解决能源短缺和环境问题的理想途径。光催化、电催化和热催化是CO_(2)催化转化的常用策略。在各种催化过程中... 随着化石能源的过度消耗和CO_(2)的大量排放,能源与环境问题日渐严重。将温室气体CO_(2)催化转化为高附加值的燃料和化学品,是解决能源短缺和环境问题的理想途径。光催化、电催化和热催化是CO_(2)催化转化的常用策略。在各种催化过程中,普遍存在载流子复合率高、催化剂团聚和催化剂回收困难等问题。三维碳凝胶因具有高导电性、高比表面积、高孔隙率、高CO_(2)吸附性、资源丰富和环境友好等特点,被应用于各类催化反应体系中。重点介绍了CO_(2)催化转化的理论基础以及光催化、电催化和热催化CO_(2)的原理、三维碳凝胶基催化剂在三类CO_(2)催化转化体系中的最新进展,并提出了三维碳凝胶基催化剂未来发展的机遇和挑战。 展开更多
关键词 三维碳凝胶 co_(2)催化转化 光催化 电催化 热催化
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基于密度泛函理论的团簇Co_(2)Mo_(2)P_(3)催化性质研究
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作者 吴庭慧 方志刚 +2 位作者 刘立娥 宋静丽 宋嘉 《广西师范大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第5期141-149,共9页
基于拓扑学原理和密度泛函理论,本文探究团簇Co_(2)Mo_(2)P_(3)的催化反应作用机理及其活性产生的原因,使用Gaussian09程序,在B3LYP/Lanl2dz水平下,对团簇的初始构型进行全参数优化和运算分析。对Co_(2)Mo_(2)P_(3)中各个原子对其HOMO和... 基于拓扑学原理和密度泛函理论,本文探究团簇Co_(2)Mo_(2)P_(3)的催化反应作用机理及其活性产生的原因,使用Gaussian09程序,在B3LYP/Lanl2dz水平下,对团簇的初始构型进行全参数优化和运算分析。对Co_(2)Mo_(2)P_(3)中各个原子对其HOMO和LUMO轨道的贡献进行研究,得到Co对其前线轨道的贡献率为53.511%、59.013%,Co原子在该团簇中是潜在的活性位点。通过观察态密度图和HOMO-LUMO图,发现Co原子是引起费米能量级两边峰值的主要因素。进一步的能隙差和库普曼斯定理分析显示,构型1(4)和3(4)具有较强的得失电子能力,并且拥有比其他构型更强的催化活性,这些结果为深入理解团簇Co_(2)Mo_(2)P_(3)的催化性能提供了有力支持。本研究的发现为团簇Co_(2)Mo_(2)P_(3)在催化反应中的应用机制和活性产生的原因提供了重要理论依据,为进一步优化催化性能,设计高效催化剂提供了有益参考。 展开更多
关键词 团簇co_(2)Mo_(2)P_(3) 密度泛函理论 前线轨道 催化性质 态密度 能隙差 库普曼斯定理
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