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光电催化用于高附加值化学品合成

Chinese Journal of Catalysis 2022年第3期43卷 595-610页

作者：苗昱聪邵明飞北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室北京100029

化石燃料的过度消耗导致了能源短缺和环境破坏,因此可再生清洁能源的开发已成为当务之急.在众多可再生能源中,太阳能因其环境友好,储量巨大且分布广泛等特点而引起了研究者们的兴趣.光电催化(PEC)是一种能够将可再生太阳能转化为化学能... 详细信息

化石燃料的过度消耗导致了能源短缺和环境破坏,因此可再生清洁能源的开发已成为当务之急.在众多可再生能源中,太阳能因其环境友好,储量巨大且分布广泛等特点而引起了研究者们的兴趣.光电催化(PEC)是一种能够将可再生太阳能转化为化学能的方法,而最受关注的是通过PEC水分解来获得高附加值的氢能源.欲使PEC系统实现水分解,理论上应利用带隙至少为1.23 eV的半导体光电极,在光激发下使产生的光生空穴和电子分别在阳极进行水的氧化以产生氧气,并在阴极实现水的还原来产生氢气.然而在此过程中,阳极发生的析氧反应(OER)是一个动力学缓慢的四电子过程,并且反应产出的氧气相对于氢气是一种低附加值的产物.这就导致了PEC水分解体系效率较低,经济性也不令人满意.实际上,除水分解之外,PEC体系还有许多其他应用,包括水氧化制过氧化氢、有机物选择性氧化、有机污染物氧化降解以及二氧化碳还原等.这些应用能够提升产物的附加值,如水能被氧化为更高价值的过氧化氢而不是氧气.此外,例如甘油这一价格低廉的有机生物质可以被氧化转化为1,3-二羟基丙酮和甘油醛等高附加值化学品,此类反应加快反应速率的特点同样能使得PEC系统的实用性提升.最近,在光阴极上进行二氧化碳还原反应同样得到了许多关注,因为它能够同时起到将太阳能转换为化学能和减少温室气体来保护环境的双重目的.但想要实现以上的目标,必须选择合适的半导体材料以满足各体系的需要.因此,在一个PEC系统中同时设计能够带来更多效益的反应和与之匹配的高效光电极是一个巨大的挑战.以往有许多优秀的文章总结了PEC水分解体系的设计和优化,但目前还缺少对如何实现PEC系统中各种高附加值产品生产以及环境处理应用的全面讨论.基于此目的,本述评聚焦于PEC系统中多种面向现实应用的反应体系,详细讨论了系统中光电极的设计制备、反应环境调控,并揭示工作机理.相信这篇关于PEC技术应用拓展的详细述评将对太阳能-化学能转化以发展清洁能源和环境保护的方向带来有效的借鉴和启示.

关键词：光电催化高附加值化学品光电极有机物氧化二氧化碳还原

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光驱动C1转换到高附加值化学品的研究进展

高等学校化学学报 2020年第4期41卷 604-615页

作者：李振华施润赵家琦张铁锐中国科学院理化技术研究所光化学转化与光电材料重点实验室北京100190 华中师范大学化学学院武汉430079

阐述了光驱动C1化学的最新研究进展,分别对光驱动费托合成、水煤气变换、二氧化碳加氢、甲烷重整和甲醇重整制氢的研究进行了综述,提出了当前研究存在的问题及发展方向.

关键词：光驱动催化 C1化学高附加值化学品费托合成二氧化碳加氢

甲醇与含碳化合物共进料制高附加值化学品研究进展

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化学反应工程与工艺 2022年第4期38卷 375-384页

作者：金润泽代成义马晓迅西北大学化工学院国家碳氢资源清洁利用国际科技合作基地陕北能源先进化工利用技术教育部工程研究中心陕西省洁净煤转化工程技术研究中心陕北能源化工产业发展协同创新中心陕西西安710069 陇东学院甘肃庆阳745000

根据我国化石能源赋存现状和煤化工产业发展需要,甲醇制烯烃或芳烃等高附加值化学品研究受到越来越多的关注。其中,由于甲醇反应的放热特性与含碳化合物反应的吸热特性,甲醇与各类含碳化合物共进料制高附加值化学品也逐渐成为研究的热... 详细信息

根据我国化石能源赋存现状和煤化工产业发展需要,甲醇制烯烃或芳烃等高附加值化学品研究受到越来越多的关注。其中,由于甲醇反应的放热特性与含碳化合物反应的吸热特性,甲醇与各类含碳化合物共进料制高附加值化学品也逐渐成为研究的热点。本文综述了近年来国内外甲醇与含碳化合物共进料制高附加值化学品的相关研究进展,分别介绍了甲醇与C_(1)分子(CO,CO_(2)和CH_(4))、C_(2)^(+)分子、生物质等共进料制高附加值化学品的技术。相对于单一含碳化合物反应,甲醇耦合共进料在反应过程中由于体系物种浓度和反应温度等的变化,使得深入研究各过程反应机理具有重要意义。在此基础上,开发新的反应工艺及与之匹配的多功能催化剂,有利于扩展原料来源、丰富产品链,并提高反应原子利用率,将成为未来研究甲醇耦合共进料制高附加值化学品的重要方向。

关键词：甲醇含碳化合物耦合反应高附加值化学品

生物质光炼制生产绿氢同时制备高附加值化学品

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长江大学学报（自然科学版） 2023年第5期20卷 98-109,123页

作者：赵恒张引弟胡劲光陈掌星卡尔加里大学化学与石油工程系卡尔加里阿尔伯塔T2N 1N4 宁波东方理工高等研究院工学部浙江宁波315200 长江大学石油工程学院湖北武汉430010

生物质作为天然存在的、稳定的能源供给,是未来主导的可再生能源,其高值化应用有助于推动我国双碳战略目标。当前主流的天然生物质高值化应用平台如热催化等存在高能耗、高二氧化碳排放的缺点,相比而言,利用太阳光作为驱动力,通过光催... 详细信息

生物质作为天然存在的、稳定的能源供给,是未来主导的可再生能源,其高值化应用有助于推动我国双碳战略目标。当前主流的天然生物质高值化应用平台如热催化等存在高能耗、高二氧化碳排放的缺点,相比而言,利用太阳光作为驱动力,通过光催化方式来实现生物质高值化应用,是极具前景的技术之一。与此同时,通过对催化剂进行精细设计,在实现光催化产氢的同时,还可以选择性地转化生物质生产高附加值化学品。详细阐述了生物质光炼制的基本原理,从双功能催化剂设计、催化反应系统、生物质预处理等方面汇总分析了对生物质光炼制的影响,并展望了未来发展生物质光炼制的研究方向和重点策略。

关键词：生物质光炼制双功能催化剂氢气高附加值化学品

厨余垃圾厌氧消化合成高附加值化学品的研究进展

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生物加工过程 2023年第2期21卷 153-163,175页

作者：汤韵涵刘岩松高豪章文明蒋羽佳信丰学姜岷南京工业大学生物与制药工程学院材料化学工程国家重点实验室江苏南京211800 南京工业大学江苏先进生物与化学制造协同创新中心江苏南京211800

厨余垃圾在生活垃圾中占比巨大,已对食品安全、自然资源可持续利用和环境造成了不利影响,故亟须实现厨余垃圾的有效处理及利用。目前处理厨余垃圾最常用的方式主要包括填埋与焚烧,但存在易产生二次污染、耗能大等问题,阻碍了其大规模应... 详细信息

厨余垃圾在生活垃圾中占比巨大,已对食品安全、自然资源可持续利用和环境造成了不利影响,故亟须实现厨余垃圾的有效处理及利用。目前处理厨余垃圾最常用的方式主要包括填埋与焚烧,但存在易产生二次污染、耗能大等问题,阻碍了其大规模应用。厨余垃圾具有有机质含量高的特性,通过生物炼制合成高附加值化学品(如有机酸等),不仅可实现产品的清洁生产,也可提高厨余垃圾的经济价值。本文首先概括了国内外厨余垃圾的处理现状及处理方法,其中厌氧消化法可清洁生产高附加值产品,展示出巨大的研究潜力。因此,对厌氧消化厨余垃圾合成化学品进展进行详细综述,最后对构建人工混菌培养体系和生物膜调控在厨余垃圾生物制造领域的应用提出了展望。

关键词：厨余垃圾生物制造厌氧消化高附加值化学品混菌培养

功能化离子液体催化CO_(2)转化合成高附加值化学品综述

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青岛科技大学学报（自然科学版） 2023年第1期44卷 12-26页

作者：刘福胜程鑫何亮瓮士为刘猛帅青岛科技大学化工学院山东青岛266042

CO_(2)既是造成温室效应的主要气体,也是储量丰富、价廉、低毒且有望成为人类替代石油和天然气作为未来“碳源”的重要资源,CO_(2)的高效、清洁资源化利用已显示出重要的科技与经济价值。鉴于CO_(2)自身的热力学稳定性和动力学惰性,催... 详细信息

CO_(2)既是造成温室效应的主要气体,也是储量丰富、价廉、低毒且有望成为人类替代石油和天然气作为未来“碳源”的重要资源,CO_(2)的高效、清洁资源化利用已显示出重要的科技与经济价值。鉴于CO_(2)自身的热力学稳定性和动力学惰性,催化剂的设计与开发成为温和条件下CO_(2)高效率、高选择性转化的关键。离子液体作为一类新型的软介质和功能材料,在催化CO_(2)转化领域展现出广阔的应用前景。本工作综述了近五年离子液体在催化CO_(2)转化合成各种高附加值化学品中的应用,阐明了不同阴阳离子结构对CO_(2)活化及转化性能的影响,分析了离子液体介质中CO_(2)与不同底物的反应机理,为新型离子液体在CO_(2)捕集与转化中的应用与发展提供了重要指导。

关键词：功能化离子液体 CO_(2)转化高附加值化学品均相催化

CO_(2)催化制备高附加值化学品研究进展

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水泥技术 2022年第6期 68-76页

作者：赵琳刘庆岭周伟韩辉代中元天津大学天津300072 天津水泥工业设计研究院有限公司天津300400

介绍了近年来国内外CO_(2)催化转化制备甲醇、甲酸、低碳醇、低碳烯烃、碳酸二甲酯、甲酰胺和可降解塑料等高附加值化学品的研究方法、思路、研究结果以及规模化应用的前景,展望了CO_(2)转化及新型多功能催化剂的研究方向。

关键词： CO_(2)排放量催化转化高附加值化学品

非酶催化转化半纤维素生成能源及高附加值化学品

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化工进展 2012年第8期31卷 1721-1725,1766页

作者：李慧玲任俊莉彭新文王帅阳孙润仓华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室广东广州510640

利用非酶工艺将半纤维素转化成能源及高附加值化学品具有技术上和经济上的可行性。本文详细介绍通过水热法、微波辅助法、离子液体以及复合型固体催化剂将半纤维素催化转化成乙醇、丁二醇等能源以及糠醛、酸、呋喃类高附加值化学品的国... 详细信息

利用非酶工艺将半纤维素转化成能源及高附加值化学品具有技术上和经济上的可行性。本文详细介绍通过水热法、微波辅助法、离子液体以及复合型固体催化剂将半纤维素催化转化成乙醇、丁二醇等能源以及糠醛、酸、呋喃类高附加值化学品的国内外研究进展。非酶催化工艺克服传统酶催化反应条件苛刻、酶成本高等缺点,但对反应设备要求高,反应机理不明确,反应选择性低。因此,深入研究反应机理、改善反应条件成为今后研究方向。

关键词：半纤维素非酶催化能源高附加值化学品

水滑石基纳米光催化材料合成太阳燃料及高附加值化学品

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