碳捕集与碳转化关键材料发展研究
朱锋1，刘馨雨1，李毅1, 2，罗祖伟1，吕厚甫1，范益群1, 3（1. 苏州实验室；2. 江苏大学材料科学与工程学院；3. 南京工业大学化工学院）
摘要：二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）技术作为我国实现碳中和目标技术组合的重要组成部分，不仅是我国化石能源近零排放的必由之路，也是钢铁、水泥等难减排行业深度脱碳的现实选择。发展高效低成本CCUS技术是实现碳中和目标的关键路径，关键材料的性能直接决定了碳捕集与碳转化技术的效率、经济性和适用性，开发具有高效分离与催化转化功能的新型材料是当前技术迭代与产业化的核心任务。本文围绕碳捕集与碳转化技术机理、关键材料的结构特征、应用场景与技术发展路径四个维度展开研究，针对吸收剂、吸附剂、分离膜等碳捕集材料体系，以及热催化、电催化、光催化等碳转化材料体系，系统梳理了国内外工业应用示范项目的研究进展与面临的技术瓶颈，指出材料性能提升与成本控制并重是产业化推广的关键挑战。同时分析了关键材料结构设计单一、工艺集成复杂、产业链协同不足、政策支持力度欠缺等共性问题。基于此，提出分领域实现材料体系创新突破、开展颠覆性技术的规模化示范、加强产业链上下游协同联动、完善政策支撑体系等发展建议，以推动碳捕集与碳转化关键材料的规模化应用，加速低碳流程再造与负碳体系构建，为实现碳中和目标奠定坚实基础。
关键词：二氧化碳捕集；二氧化碳转化；关键材料；化学吸收；物理吸附；膜分离；电催化；热催化；光催化
目录介绍
一、前言
二、二氧化碳捕集技术关键材料
（一）吸收法关键材料
1. 研究进展
2. 关键材料面临的问题与发展趋势
（二）吸附法关键材料
1. 研究进展
2. 关键材料面临的问题与挑战
（1）高选择性高容量吸附剂
（2）多级孔结构与传质强化
（3）降低再生能耗并引入新再生机理
（4）提升热化学循环稳定性
（三）膜分离法关键材料
1. 研究进展
2. 关键材料面临的问题与挑战
（四）电化学介导碳捕集法关键材料
1. 研究进展
（1）氧化还原活性介质
（2）电极材料与结构
（3）膜材料
2. 关键材料面临的问题与挑战
（1）阐明电化学介导碳捕集机理
（2）高稳定氧化还原活性介质设计
（3）电极结构与界面传质优化
（4）膜材料与电解质性能提升
三、二氧化碳转化技术关键材料
（一）热催化二氧化碳加氢材料体系
1. 研究进展
2. 关键材料面临的挑战与发展趋势
（二）高温电催化二氧化碳还原材料体系
1. 研究进展
2. 关键材料面临的问题与发展趋势
（1）在电解质材料方面
（2）在电极材料方面
（3）在阴阳极反应方面
（三）常温电催化二氧化碳还原材料体系
1. 研究进展
2. 关键材料面临的问题与发展趋势
（1）催化剂稳定性差
（2） 膜材料成本高
（3）能量效率低
（4） 产物分离复杂
（四）光催化二氧化碳还原材料体系
1. 研究进展
2. 关键材料面临的问题与发展趋势
（1）提高光催化剂的效率
（2）促进反应过程中电子和空穴的分离
（3）光热催化技术的结合
（4）催化剂的工程化应用
（5）反应机理的深入研究
（五）二氧化碳捕集与利用集成技术材料体系
1. 研究进展
2. 关键材料面临的问题与发展趋势
（1）材料稳定性
（2）过程匹配性
（3）实际环境适应性
四、碳捕集与碳转化关键材料发展建议
（一）碳捕集关键材料
1. 研发新型碳捕集材料系统
2. 降低碳捕集能耗与运营成本
3. 建设规模化示范项目
（二）碳转化关键材料
1. 提高碳转化材料催化效率并降低成本
2. 推动碳转化技术的产业化应用
3. 相关政策支持
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