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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
太阳能热催化二氧化碳转化机理研究进展
  • Title

    Solar thermal catalytic CO2 conversion fundamental mechanisms: A review

  • 作者

    帅永马丹妮颜天天张烁GUENELOUGOUBachirou张昊王伟

  • Author

    SHUAI Yong;;MA Danni;YAN Tiantian;ZHANG Shuo;GUENE LOUGOU Bachirou;ZHANG Hao;WANG Wei

  • 单位

    哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院

  • Organization
    School of Energy Science and Engineering, Harbin Institute of Technology
    School of Electrical Engineering and Automation, Harbin Institute of Technology
  • 摘要
    太阳能热催化还原技术是二氧化碳资源化的重要技术路线,不同催化剂可实现 CO2向 CO、CH4、HCOOH、MeOH 和合成气的转化。 转化过程中光激发热电子及处于一定热环境中的热力系统的状态同时受到光热转化效率、材料选择性以及系统结构和工作参数的影响,直接决定了系统的转化效率。 本文分析了热驱动二氧化碳催化转化相关的科学技术问题、挑战和需求,系统总结了二氧化碳热化学转化过程的反应热力学和动力学机制,以及新型反应器研发方面的重大进展。指出了考虑入射能量光谱特性与光热催化剂匹配能够实现低能量输入条件下的高转化率和高选择性,通过二氧化碳加氢生产 C1+和 C2+燃料能够有效扩大太阳能光热耦合利用规模并使之与化学工业接轨,具有重要的研究价值和广阔的应用前景。
  • Abstract
    Solar thermal catalytic reduction technology is an important and emerging technical route for car⁃bon dioxide utilization, and different catalysts can realize the conversion of CO2 to CO, CH4, HCOOH,MeOH and synthetic gas. During the conversion process, the condition of light-induced hot-electron, aswell as the heating system in a certain thermal environment is also affected by photo-thermal conversion ef⁃ficiency, material selectivity, and system structure and working parameters, which directly determines theoverall conversion efficiency. This article analyzes the scientific and technological issues, challenges, andneeds relating to thermal-driven CO2 catalytic conversion. The reaction thermodynamics and dynamic mech⁃anisms of CO2 thermochemical conversion, as well as major progress in the development of new reactors andmaterials, are systematically summarized. It is pointed out that considering the matching energy spectrumcharacteristics and light combining thermal catalysts could achieve a high conversion rate and highselectivity under low energy input conditions. CO2 hydrogenation to C1+ and C2+ fuels production can effec⁃tively expand the scale of solar photo-thermal coupling utilization, and making it in line with the chemicalindustry has important research values and broad application prospects.
  • 关键词

    热化学催化剂CO2催化转化热力学太阳能燃料

  • KeyWords

    Thermochemistry; Catalyst; CO2 catalytic conversion; Thermodynamics; Solar fuels

  • 基金项目(Foundation)
    国家重点研发项目基金资助项目(2018YFA0702300);国家自然科学基金资助项目(52227813)
  • 文章目录

    0 引 言
    1 化学热力学
    1.1 基于铁氧体的化学热力学
    1.2 基于钙钛矿的化学热力学
    2 二氧化碳热催化还原机制和动力学
    2.1 热活化的二氧化碳催化转化机制
    2.2 二氧化碳裂解反应动力学
    2.3 掺杂强化的CO2裂解动力学
    3 总结与展望

  • DOI
  • 引用格式
    帅永, 马丹妮, 颜天天, 等. 太阳能热催化二氧化碳转化机理研究进展[J]. 能源环境保护, 2023, 37(3):13-24.
  • Citation
    SHUAI Yong, MA Danni, YAN Tiantian, et al. Solar thermal catalytic CO2 conversion fundamental mechanisms:A review[J]. Energy Environmental Protection, 2023, 37(3): 13-24.
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