二氧化碳化学转化的科学基础及其路径

何良年, 李红茹, 谢汶均, 武安国, 赵兰, 张永康, 姚向阳, 陈金梅 （南开大学化学学院, 元素有机化学国家重点实验室）

摘要：二氧化碳(CO2)是主要的温室气体, 也是丰富的可再生资源, 通过催化转化可定向制备为化学品、能源产品与功能材料, 即实现“变废为宝、高值化利用”的资源化利用过程. 因此, 面向资源化/能源化利用的二氧化碳化学研究, 对于可持续发展具有重要意义及应用前景. 二氧化碳资源化利用的贡献不仅仅局限于减排的绝对量, 更重要的意义与价值在于: (1) 减缓化工生产对化石资源的依赖; (2) 提供更加环境友好的生产方法, 减少化工生产对环境的影响; (3) 在一定程度上调节碳循环. 我们试图从热力学、动力学角度分析CO2转化反应所涉及的CO2活化、能量问题、作用机制和催化剂的理性设计等科学基础, 并提出相应的转化途径. 本文基于CO2分子活化原理认识及转化路径分析, 介绍CO2资源化领域的现状, 分析所面临的挑战; 主要包括热催化转化及反应类型、电催化CO2还原及电羧化反应、光催化CO2还原及光驱动CO2参与的有机反应, 并简要介绍过程耦合、接力催化等策略及生物催化和耦合策略、等离子体催化技术在二氧化碳资源化中的应用. 总之, 对于二氧化碳化学的基础科学认识, 为发展二氧化碳资源化新反应、新方法与新技术提供理论支撑, 推动二氧化碳基产品的规模化生产与工业应用.

关键词：二氧化碳, 资源化, 催化活化, 反应机理, 转化途径