科创中国

新能源及节能技术,可再生清洁能源技术

面向国家重大战略“碳达峰，碳中和”目标需求，针对实现“双碳”目标的关键技术温室气体二氧化碳与天然气主要成分甲烷的耦合利用，存在反应温度高能耗大、副反应多、催化剂易积碳而失活等科学技术问题，通过催化剂活性位点的构筑并耦合聚光太阳能，开发出低能耗、高活性、高稳定性太阳能聚光催化二氧化碳-甲烷耦合制合成气催化剂，建立太阳能聚光催化剂与活性的构效关系，进一步开发了低能耗CO2-CH4耦合利用工艺及关键设备，形成成套系统，为实现工业化提供技术支撑。

太阳能聚光催化CO2-CH4耦合利用过程复杂，且易积碳失活，深入认识该过程才能针对性地建立催化剂构效关系，指导高活性、高稳定性CO2-CH4耦合利用催化剂设计及制备。因此，创立了多场耦合的高时空分辨现场原位表征技术。 现有CO2-CH4耦合利用工艺能耗高、碳排放量大，不能从根本上解决CO2减排问题，本成果将传统工艺变革为为绿色的太阳能聚光催化CO2-CH4耦合过程，利用太阳能聚光产生的热能和光能，协同催化CO2-CH4转化为合成气。预计可实现生产1吨合成气，吸收2吨CO2，产生显著的经济、生态和社会效益，促进我国CO2-CH4耦合利用走向实际应用，进而引领世界CO2-CH4耦合利用工业化发展具有重要的意义。 现有太阳能光热催化CO2-CH4耦合利用主要聚焦新型催化剂研究，其从实验室迈向规模化应用仍难以满足稳定供光、稳定供电、清洁低碳化生产等要求。本成果通过聚光光伏与储能技术联用，变压吸附、换热等其他关键设备集成，形成变革性CO2-CH4耦合技术的成套系统。以上太阳能聚光催化CO2-CH4耦合利用系统集成和工艺包的开发设计，在国内外均属首次。

团队带头人周莹教授于2011年回国，入选四川省“百人计划”特聘专家，加入西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，结合平台在油气资源开发利用领域的优势特色以及自身的材料科学与同步辐射表征技术研究背景，围绕太阳能驱动的能源催化新材料开展研究工作。随着研究的深度和广度的增加，先后引进了黄泽皑博士，从事太阳能催化转化与氢能生产新材料的研究工作，以构建“太阳能-储能-氢能”零碳能源系统为目标，围绕太阳能聚光催化能源转化集成系统开展工作。 经过10年的发展，团队目前拥有核心成员包括国家百千万人才工程1人、教育部青年长江学者1人。主持国家重点研发计划“变革性技术关键科学问题”重点专项课题、国家自然科学基金等省部级以上项目40余项；在Nat. Commun.,科学通报等国际、国内著名期刊发表论文300余篇；授权中国发明专利55项、美国发明专利1项；研究成果获得教育部自然科学奖二等奖等省部级科技奖励10余项；已有4项研究成果实现产业转化。

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