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第一作者：Xue Ding

通訊作者：趙俊華，王璐

通訊單位：香港中文大學（深圳）

論文速覽

二氧化碳（CO₂）對維持所有生物物種的生存環(huán)境有重要作用，但隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展和化石燃料的利用，大氣CO₂的濃度增加到400 ppm，導致了嚴重的溫室效應(yīng)。

因此，將CO₂轉(zhuǎn)化為有價值的化學品至關(guān)重要，尤其是可再生太陽能，其以光熱催化的方式顯示出巨大的潛力。

本文綜述了光熱催化CO₂轉(zhuǎn)化技術(shù)的最新進展，特別是將CO₂轉(zhuǎn)化為太陽能燃料的方法。文中討論了催化劑設(shè)計、反應(yīng)機理分析、反應(yīng)器工程以及技術(shù)經(jīng)濟分析。作者強調(diào)了利用可再生太陽能將CO₂轉(zhuǎn)化為有價值化學品的重要性，并為未來研究和碳循環(huán)管理提供了指導。

圖文導讀

圖1：光熱催化CO₂轉(zhuǎn)化為太陽能燃料的示意圖

圖2：逆水煤氣變換（RWGS）反應(yīng)用于CO合成的示意圖

圖3：光熱CO₂甲烷化的新光熱系統(tǒng)的示意圖、CO₂加氫在SA Ni/Y₂O₃納米片上的產(chǎn)物產(chǎn)率與溫度的關(guān)系、光熱CO₂甲烷化在流動反應(yīng)器系統(tǒng)中的示意圖、大型Ru-Al₂O_3-x-L微通道催化劑的SEM圖像、產(chǎn)物產(chǎn)率與流動系統(tǒng)中通道孔徑的關(guān)系、3D Ru-Al₂O_3-x-L微通道催化劑模型的有限元模擬、簡化的單孔模型的壓力和速度輪廓、Ni@p-SiO₂中納米尺度溫室效應(yīng)的示意圖、不同催化劑在不同光照下的局部溫度估計、有和無光照射下不同溫度的CH₄形成率、以及提出的B(OH)_x表面受阻路易斯對反應(yīng)途徑。

圖4：活性與光照波長的關(guān)系、可見光促進甲醇合成的提出的機理、納米晶（NC）和超結(jié)構(gòu)樣品在250 °C和有/無太陽輻照下的CO₂加氫的甲醇速率、NR 14h在連續(xù)20 h測試中在大氣壓力下光照下催化CO₂加氫的甲醇速率、In₂O₃和xRu/In₂O₃催化劑在熱催化過程中（暗）和光助熱催化過程中（光）的甲醇產(chǎn)率、Cu/ZnO/Al₂O₃(CZA)、S1和S2在批式反應(yīng)器中的光熱催化性能、S0-S4的產(chǎn)物產(chǎn)率和甲醇選擇性、以及S2的¹³CO₂標記反應(yīng)的質(zhì)譜。

圖5：不同CoFe-x催化劑的形成示意圖

圖6：太陽能碟系統(tǒng)的照片、太陽能塔燃料工廠的示意圖、太陽能塔燃料工廠在運行中的照片、用于在環(huán)境陽光照射下從甲烷蒸汽重整（MSR）中生產(chǎn)氫氣的太陽能加熱系統(tǒng)的光學圖像、屋頂太陽能集中器及其附著的反應(yīng)器的照片、用于在涂覆泡沫上進行光熱CO₂氫化的環(huán)形光反應(yīng)器的簡化方案、以及在太陽光照下涂覆泡沫上In₂O₃_-x(OH)_y納米棒催化的RWGS過程的物理現(xiàn)象的圖形表示

圖7：光熱催化CO₂轉(zhuǎn)化技術(shù)的TEA示意圖

總結(jié)展望

本文深入探討了光熱催化CO₂轉(zhuǎn)化技術(shù)，包括催化劑設(shè)計、反應(yīng)機理、反應(yīng)器設(shè)計和技術(shù)經(jīng)濟分析。盡管存在初始投資和技術(shù)挑戰(zhàn)，長期的環(huán)保和低成本益使得該方法成為解決CO₂排放挑戰(zhàn)的可行且有利可圖的途徑。

光熱催化CO₂轉(zhuǎn)化是一個多方面的系統(tǒng)，需要多學科研究人員協(xié)同攻關(guān)，以促進未來的進展。這種合作涵蓋了幾個關(guān)鍵領(lǐng)域，包括CO₂捕獲、催化劑設(shè)計、反應(yīng)器工程和過程優(yōu)化。

最終，任何氣相非均相CO₂光催化過程的可行性將由其能源和經(jīng)濟指標決定，特別是光子-產(chǎn)品轉(zhuǎn)換的成本效率。

文獻信息

標題：Photothermal CO2 catalysis towards the synthesis of solar fuel: from material and reactor engineering to techno-economic analysis

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202312093

原創(chuàng)文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2024/05/03/446976328a/

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香港中文大學AM綜述：光熱催化CO2轉(zhuǎn)化最新進展！

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