作者信（xìn）息：

1.第一作者：

  浙江大學（xué）材料科學與工程學院博士（shì）生王勝華。

2.通訊（xùn）作者：

 1）浙江（jiāng）大學矽材料國家重點實驗室孫威研究員、楊德仁院（yuàn）士

 2）加拿大多倫多大學（xué）Geoffrey Ozin教授

文章簡介：

利用各種催化手（shǒu）段將CO₂轉化為高附加值產物理論上可以有效應對由CO₂過量排放帶來的（de）環境問題（tí）以及由化石燃料大量燃燒所帶來的能源（yuán）短缺問題。然而目前催化反應的驅動能源主要還是源於化石能源的燃燒，這是一個釋（shì）放CO₂的（de）過程。所以這裏就產生了一個（gè）問題：利用催化能否真（zhēn）正實現CO₂負排放？

本文主要針對近年來新興的光熱催（cuī）化和傳統的熱催化，以間歇釜和（hé）流動相反應器中的逆水煤氣和Sabatier反應為例，討論了在這兩種催化模式下（xià）CO₂的（de）足（zú）跡。要點如下：

    1）歸納了（le）影（yǐng）響CO₂淨排（pái）放速率的幾個要素（sù）：生產一千瓦時電排放的CO₂量；生產一摩爾（ěr）H₂排放的（de）CO₂量；CO₂轉化速率；催化（huà）反應中各裝置的電功耗。把這些要素與CO₂淨排（pái）放量進行了關聯，提出了一些通用性公式，可以用來（lái）初步評價各單獨體係的CO₂淨排放速率；

    2）分別以1）中的幾個要素為（wéi）變量（liàng）對熱催化（huà）和光熱催（cuī）化中的CO₂淨排放速率進行演繹，提（tí）出了（le）幾點有助（zhù）於CO₂減排的途徑：①發展和升級（jí）電力生產係統，減少發電過程中CO₂的排放（fàng）；②發展節能設備；③優化（huà）反應器排布；④設計和製（zhì）備高性能催（cuī）化劑；

    3）以實驗室規模（mó）的反應係統（tǒng）為例進行了演算，發現對於間歇釜反（fǎn）應器，隻有當氙燈光源功率小於0.12 kW時通過光熱（rè）途徑的淨CO₂排放量才（cái）比熱催化的小。在設備（bèi）組裝和配置合理的前提（tí）下（xià），使用太陽光或清潔能源可以在CO₂轉化速率達到 1mol·g⁻¹·h⁻¹時就可以實（shí）現CO₂零排（pái）放。當以太陽光作為光源時流動相反應器似乎比間歇釜更有優勢（shì），實（shí）現（xiàn）CO₂零排放隻需CO₂轉化速率達到0.176 mol·g⁻¹·h⁻¹時即（jí）可。盡管如此，想要在達到這個速率的同時實現高CO₂轉化率還（hái）是比較困難（nán）的。值得注意的是本文提出了一條通往CO₂負排放的理想途徑（jìng）：當選取太陽為光源且氫氣的生產來自於可再生能源時，以流動相反應器為媒介通過（guò）光熱催化途徑總是可以實現CO₂負排放。

相信本文提出的一些通用性公式以及展望對光熱（rè）催化CO₂減排的未來發展會有一定的啟示性作用。文章（zhāng）DOI :10.1002/smll.202007025，原文（wén）鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202007025

文章中所使用的的儀器：

產品名稱：微（wēi）型光熱催化（huà）微反係統

產品（pǐn）型號：CEL-GPPCM

CEL-GPPCM微型光熱催化微反係統適用於（yú）光熱協同催化、光（guāng）催化催化劑的評價及篩選，可做光催化的反應動力學、反應曆程等方麵的研（yán）究。主要應用到高溫光熱催化（huà）反應，光熱協同催化，具體可（kě）用（yòng）於（yú）半（bàn）導體材料的合成燒結、催（cuī）化劑材料的製備、催化劑材料的活性評價、光解水（shuǐ）製氫、光解水製氧、二氧化碳（tàn）還原、氣相光催化、甲醛氣體的（de）光催化降（jiàng）解、VOCs、NOx、SOx、固氮等領域。

係統采用石英反應器，可滿足透光的要求，能進行高溫的實驗。係統采用加熱爐（lú）給反（fǎn）應器加熱，可保證反應過程中溫度（dù）的穩定。

係統設計為三條氣路進料，配有1路氣體吹掃，同時預留1路液路接口（kǒu）（可（kě）定量加入所（suǒ）需（xū）液體原料）。

係統包括：進料穩（wěn）流係統、反應（yīng）恒溫係統，產物收集（jí）係統（tǒng）、控製係統

係統（tǒng）櫃體采用鋁型材製作，采用（yòng）配套的螺栓（shuān）、螺母（mǔ）固定件，美觀大方（fāng），維修（xiū）拆卸方便。與管線連接處采用雙卡套接頭，更換反應器即可做高壓實驗和常規熱催化反應。

技術參數：

1.進料係統：3路反應進氣（可擴展至4路），默認（rèn）流量100mL/min；氣體流量控（kòng）製精（jīng）度：±1%；配有1路吹掃氣；配有1路液路接口。統裝有配氣出口，可（kě）單獨做為配氣係統使用。
2.反應器 ：操作壓力：微正壓（主要用於克服係（xì）統的壓力降）；設計溫（wēn）度：≤800℃，配程序控溫（wēn），開式加熱爐；設計壓（yā）力：常壓, <0.6Mpa，反應區（qū）可恒定壓力；催化劑裝填量：0.1mg---100mg；材（cái）質：石英玻璃。

3.參數指標：

壓力顯示精度：±0.01MPa；溫度顯示精度：±0.1℃；溫度控製精度：±1℃；流量控製精度：±1%F.S

4.控製係統：

係統采用控製模塊加觸屏計算機（含）聯合控製，在觸屏計算機上可實現100%儀表功能操（cāo）作如實時讀取測量值、給定值、設置參數（shù）、自動/手動切換、啟動運行（háng）/停止程序，並具備數據存儲和導出功能。

5.過程監視控製：實現對反應器的溫度、氣體流量的控製和顯示。實現（xiàn）對反應過程中壓（yā）力和反應器床層溫度的（de）監視。

6.實現對溫度（dù）、壓力的（de）越限報警及連鎖（suǒ）安全保護。溫度為兩級報警，溫度高於第一（yī）設（shè）定值時聲光報警，高於第二設定值時自動停止加熱；壓力高於第（dì）一（yī）設（shè）定值（zhí）時聲光報警，高於第二設定值時停止進料。

7.現場（chǎng）顯示：反應器進口設有1塊精細壓力表，用於實時顯示當前反應器的反應壓力，同時匹配數顯（xiǎn）壓（yā）力傳感器控製屏顯示。

8.控製（zhì）界麵：控製界麵有帶控製點的控製（zhì）流程圖、參數設置表、程序升溫設置、報警窗口、曆史數據以及各控製點的實時曲線和（hé）曆（lì）史曲線，曆史曲線保留時間永久。

產品名稱：光催化反應釜（fǔ）

產品型號：CEL-HPR100

CEL-HPR100光催化反應釜高端版采用（yòng）藍寶石大視窗，采用雙點控溫（wēn）（無衝溫），標配（pèi）控溫攪拌和（hé）400mm行程自動升降平台；技（jì）術上采用新的卡環法蘭結構，模塊加熱，實現恒（héng）溫定時和運行定時（shí）功能、在（zài）線取液體樣和氣體樣（yàng）品。更安全的設計，可24小時不間斷工作。

產品優勢：

1)自（zì）主研發控溫（wēn）係統，創新性的采用釜內釜外雙（shuāng）控溫，杜絕溫度過衝；

2)配（pèi）置藍寶石（Al2O3）晶（jīng）體窗口，具有高強度、高硬度，耐高溫、耐磨擦（cā）、耐腐蝕，透光（guāng）性能好（hǎo）、電（diàn）絕（jué）緣性能優良；

3)內部磁力攪拌：可選擇磁子懸浮攪拌，無裸露旋轉（zhuǎn）部（bù）件；

4)反應釜體內部可采用聚四（sì）氟噴塗工藝，規避汙染；

5)釜體內部即可實現氣固液反應，也可以實現氣固反應；

6)實現在高（gāo）壓（yā）（<10MPa）高溫(<300℃)下的材（cái）料催化；

7)法蘭雙線密封技術，解決傳統密封泄漏問題，實現快速拆裝；

8)配置美國anlok高質（zhì）量針型閥、三通球閥、壓力表，實現了靈活控製釜體（tǐ）壓力（lì）；

9)配置安全（quán）卸荷閥，給實驗安（ān）全環境又添了一道安全。

技術參數：

文章下載鏈接：

Small online版(supporting)-浙大孫威.pdf

Small online版-浙大孫威（wēi）.pdf