作（zuò）者信（xìn）息：

1.第一作者：

  浙江大學材料科（kē）學與工程學院博士生王勝華。

2.通訊作者：

 1）浙江大學矽材料國家重點實驗室孫威研究員、楊德仁院士

 2）加拿大（dà）多倫多大學Geoffrey Ozin教授（shòu）

文章簡介：

利（lì）用各種（zhǒng）催化手段將CO₂轉化為高附加值產物（wù）理（lǐ）論上可以有效應對由CO₂過量排放帶來的環境問題以及由（yóu）化（huà）石燃料大量燃燒所帶來的（de）能源短缺問題。然而目前催化（huà）反應的驅（qū）動能源主要還是源於化石能源的燃（rán）燒，這是一個（gè）釋放（fàng）CO₂的過程。所以這裏就產生了一個問題：利用（yòng）催化能否真正實（shí）現（xiàn）CO₂負排放？

本文主要針對近年（nián）來新興的光熱催化和傳統的熱催（cuī）化，以間歇釜和流（liú）動相反應器中的逆水煤氣和Sabatier反（fǎn）應為例，討論了在這兩種催化模式下CO₂的足跡。要點如下：

    1）歸納了影響CO₂淨排放速率的幾個要素：生產（chǎn）一千瓦時電（diàn）排放的CO₂量；生產一摩爾H₂排放的CO₂量；CO₂轉化速率；催（cuī）化反（fǎn）應中各裝置的電功耗。把這些要素與（yǔ）CO₂淨排放量進行了關聯，提出了一些通用性（xìng）公式，可以用來初步評（píng）價各單獨體係的CO₂淨排放速率；

    2）分別以1）中的幾個要（yào）素為變量對（duì）熱催化和光熱催（cuī）化中的CO₂淨排（pái）放速率進行演繹，提出了幾點有助於CO₂減排的（de）途徑：①發展和升級電力生（shēng）產係統，減少發電過程中CO₂的排放；②發展節能設備；③優（yōu）化反應器排布（bù）；④設計和製（zhì）備高性能催化劑；

    3）以（yǐ）實驗室規模的（de）反應係統為例進行了（le）演算，發現（xiàn）對於間歇釜反應器，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排放量才比熱催化的小。在設備組裝和配置合理的前提下，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時就可以實現CO₂零排放。當（dāng）以太陽光作為光源（yuán）時流動（dòng）相反應器似乎比間歇釜更有優勢，實現CO₂零排放隻需CO₂轉（zhuǎn）化速率達到（dào）0.176 mol·g⁻¹·h⁻¹時即可。盡管如（rú）此，想要在達到這（zhè）個速率的同時實現高CO₂轉化率（lǜ）還是比較困難的。值得注（zhù）意的是本文提出了一條（tiáo）通往CO₂負排放的理想途徑：當選取（qǔ）太陽為光源且氫氣的生產來（lái）自於可再生能源時，以（yǐ）流動相反應器為媒介通過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（shì）以及展望對（duì）光熱催化CO₂減（jiǎn）排的未來發展會有一定的啟示性作用。文章DOI :10.1002/smll.202007025，原（yuán）文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202007025

文章中所使用的的儀（yí）器：

產品名稱：微型光熱催化微反係統

產品型號：CEL-GPPCM

CEL-GPPCM微（wēi）型光熱催（cuī）化微反係統適用於光熱協同催（cuī）化、光催化催化劑的評價及篩選，可做光催（cuī）化的反應動力學（xué）、反（fǎn）應曆程（chéng）等方麵的研究（jiū）。主要應用到高溫光熱催化反應，光熱協同催化，具（jù）體可用於半導體材料的合成燒結、催化劑（jì）材料的製備、催（cuī）化劑材料的（de）活性評價、光解水製氫、光解水製氧、二氧化碳還原、氣相光催化（huà）、甲醛氣體的光催化降解、VOCs、NOx、SOx、固氮等領（lǐng）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（xì）統采用加熱爐給反應器加熱，可保證反應過（guò）程中溫度的穩定。

係統設計為三條氣路進料，配（pèi）有1路氣體吹掃，同時預留1路液路接口（可定量加入所需液體原料）。

係統包括：進料穩流係統（tǒng）、反（fǎn）應恒溫（wēn）係統，產物收集係統、控製係統

係統櫃體采用鋁型材製作（zuò），采用配套的螺栓、螺母固定件，美觀大方，維修拆卸方便。與管（guǎn）線連接處采用雙卡套接頭，更換反（fǎn）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（jìn）氣（可擴展至4路（lù）），默認流量100mL/min；氣體流量控製精度：±1%；配有1路吹（chuī）掃氣（qì）；配有1路液路接口。統裝（zhuāng）有配氣出口，可單（dān）獨做為配氣係統使用。
2.反應（yīng）器 ：操作壓力：微正壓（主要用於克服係統的壓力降）；設計溫度：≤800℃，配程序控溫（wēn），開式（shì）加熱爐；設計壓力：常壓, <0.6Mpa，反應區可恒定壓（yā）力；催化劑裝填量：0.1mg---100mg；材質：石英玻（bō）璃。

3.參數（shù）指標：

壓力顯示精度：±0.01MPa；溫度顯示精度：±0.1℃；溫度控（kòng）製（zhì）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（jiā）觸屏（píng）計算（suàn）機（含）聯合控製，在觸屏計算機上可（kě）實現100%儀表（biǎo）功能操作如實時讀取測量值、給定值（zhí）、設置參數、自動（dòng）/手動切換、啟動運行/停止程序，並具備（bèi）數據存儲和導出功（gōng）能。

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

6.實現對溫度、壓力的越限報警及連（lián）鎖安（ān）全保護。溫（wēn）度為兩級報警，溫度高於第一設定值時聲光報警，高（gāo）於（yú）第（dì）二設定值時自動停止加熱（rè）；壓力高於第一設定值時聲光報警，高於第二（èr）設定值時停止進料。

7.現場顯示：反應器進口設（shè）有1塊精細壓力表，用於實時（shí）顯示當前反（fǎn）應器（qì）的反應壓力，同時匹配數顯壓力傳感器控製屏顯示。

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

產品名稱（chēng）：光催化反應釜

產品型號：CEL-HPR100

CEL-HPR100光催化反（fǎn）應釜高端版采用藍寶石大視窗，采用雙點控（kòng）溫（無衝溫），標（biāo）配控溫攪（jiǎo）拌和（hé）400mm行程自動升（shēng）降平台；技術（shù）上采用新的卡環法蘭結構，模塊加熱，實現恒溫定時和（hé）運（yùn）行定時功能、在線取液體樣和（hé）氣體樣品。更安（ān）全的設（shè）計，可24小時不（bú）間（jiān）斷（duàn）工作。

產品優勢：

1)自主研發控溫係統，創新性的采用釜內（nèi）釜外雙（shuāng）控溫，杜絕溫度過衝；

2)配置藍寶石（Al2O3）晶體窗（chuāng）口，具有高強度、高硬度，耐高溫、耐磨擦、耐腐（fǔ）蝕，透光性能好（hǎo）、電絕（jué）緣性能優良；

3)內部（bù）磁力攪（jiǎo）拌：可選擇磁子懸浮（fú）攪拌，無裸露旋轉部件；

4)反應釜體內（nèi）部可采用聚四氟噴塗工藝，規避汙染；

5)釜體內部（bù）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（<10MPa）高溫(<300℃)下的材（cái）料催化；

7)法蘭雙線密封技術（shù），解決傳統（tǒng）密封泄漏問題，實現快速拆裝；

8)配置美（měi）國anlok高質量針型閥、三通球閥（fá）、壓（yā）力表，實現了靈（líng）活控製（zhì）釜體壓（yā）力；

9)配置安全卸荷閥，給實驗安全環境又（yòu）添了一（yī）道安全。

技術參數：

文章下載（zǎi）鏈接：

Small online版(supporting)-浙大孫威.pdf

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