绿色碳科学:双碳目标下的科学基础——第292期“双清论坛”学术综述

刘志成 伊晓东 高飞雪 谢在库 韩布兴 孙予罕 何鸣元 杨俊林

引用本文: 刘志成, 伊晓东, 高飞雪, 谢在库, 韩布兴, 孙予罕, 何鸣元, 杨俊林. 绿色碳科学:双碳目标下的科学基础——第292期“双清论坛”学术综述[J]. 物理化学学报, 2023, 39(1): 2112029-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB202112029 shu
Citation:  Zhicheng Liu, Xiaodong Yi, Feixue Gao, Zaiku Xie, Buxing Han, Yuhan Sun, Mingyuan He, Junlin Yang. Green Carbon Science: A Scientific Basis for Achieving 'Dual Carbon' Goal——Academic Summary of the 292nd "Shuang-Qing Forum"[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2023, 39(1): 2112029-0. doi: 10.3866/PKU.WHXB202112029 shu

绿色碳科学:双碳目标下的科学基础——第292期“双清论坛”学术综述

    通讯作者: 高飞雪, gaofx@nsfc.gov.cn; 谢在库, xzk@sinopec.com; 何鸣元, hemingyuan@126.com
摘要: 基于第292期“双清论坛”,本文阐述了“绿色碳科学”理念的科学内涵,综述了当前我国能源与材料科技领域低碳化科学技术的研究进展、相关挑战与未来机遇,凝练了双碳目标的实现路径、关键科学问题、未来研究方向,为自然科学基金委下一步制订碳中和基础研究行动计划与资助方案提供参考。

English

    1. [1]

      BP Energy Outlook: 2019 edition. Available online: https://www.bp.com/en/global/corporate/news-and-insights/press-releases/bp-energy-outlook-2019.html (accessed on 21 December 2021)

    2. [2]

      Xie, Z. K.; Liu, Z. C.; Wang, Y. D. Sci. China-Chem. 2014, 44, 1. doi: 10.1360/N032014 -00155

    3. [3]

      He, M. -Y.; Sun, Y. -H. Sci. China-Chem. 2011, 41, 925. doi: 10.1360/032011-152

    4. [4]

      He, M. -Y.; Sun, Y. -H.; Han, B. -X. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 9620. doi: 10.1002/anie.201209384

    5. [5]

      He, M. -Y.; Sun, Y. -H.; Han, B. -X. Chin. Sci. Bull. 2015, 60, 1421. doi: 10.1360/csb2015-60-16-1421

    6. [6]

      Xie, Z. K. Sci. China-Chem. 2020, 50, 155. doi: 10.1360/ SSC-2020-0012

    7. [7]

      Chen, L. -H. Nat. Sci. Rev. 2020, 7, 1759. doi: 10.1093/nsr /nwaa131

    8. [8]

      He, M. -Y. Green Carbon Science: Scientific Basis for the Efficient Utilization of Fossil Energy with Low Emission. Proceedings of the 15th National Congress on Catalysis of China, Guangzhou, China, 29 November 2010.

    9. [9]

      He, M. -Y. Green Carbon Science—Seeking Ways to Realize Carbon Neutral Balance. Proceedings of the 20th National Congress on Catalysis of China, Wuhan, China, 16 October 2021.

    10. [10]

      He, M. -Y. Catal. Today 2002, 73, 49. doi: 10.1016/S0920-5861 (01)00517-X

    11. [11]

      Werther, J. Chem. Ing. Tech. 2014, 86, 2022. doi: 10.1002/cite. 201400117

    12. [12]

      Xu, Y. -H.; He, M. -Y. Sci. China-Chem. 2020, 50, 271. doi: 10.1360/SSC-2019-0137

    13. [13]

      Yang, W. M.; Wang, Z. D.; Sun, H. M.; Zhang, B. Chin. J. Catal. 2016, 37, 16. doi: 10.1016/S1872-2067(15)60965-2

    14. [14]

      Xie, K. -C. Shanxi Energy Conserv. 2009, 1, 1. doi: 10.3969/j.issn.2095 -0802.2009.01.002

    15. [15]

      Wayland, B.; Fu, X. F. Science 2006, 311, 790. doi: 10.1126/science.1123884

    16. [16]

      Lin, T. -J.; Qi, X. -Z.; Wang, X. -X.; Xia, L.; Wang, C. -Q.; Yu, F.; Wang, H.; Li, S. -G.; Zhong, L. -S.; Sun, Y. -H. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 4627. doi: 10.1002/anie.201814611

    17. [17]

      Zhong, L.; Yu, F.; An, Y. -L.; Zhao, Y. -H.; Sun, Y. -H.; Li, Z. -J., Lin, T. -J.; Lin, Y. -J.; Qi, X. -Z.; Dai, Y. -Y.; et al. Nature 2016, 538, 84. doi: 10.1038/nature19786

    18. [18]

      Pan, X. L.; Jiao, F.; Miao, D. Y.; Bao, X. H. Chem. Rev. 2021, 121, 6588. doi: 10.1021/acs.chemrev.0c01012

    19. [19]

      Zhou, W.; Kang, J. C.; Cheng, K.; He, S.; Shi, J. Q.; Zhou, C.; Zhang, Q. H.; Chen, J. C.; Peng, L. M.; Chen, M. S.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 130, 12188. doi: 10.1002/anie.201807113

    20. [20]

      Zhang, Q. H.; Kang, J. C.; Wang, Y. ChemCatChem 2010, 2, 1030. doi: 10.1002/cctc.201000071

    21. [21]

      Schwach, P.; Pan, X. -L.; Bao, X. -H. Chem. Rev. 2017, 117, 8497. doi: 10.1021/acs.chemrev.6b00715

    22. [22]

      Guo, X. -G.; Fang, G. -Z.; Li, G.; Ma, H.; Fan, H. -J.; Yu, L.; Ma, C.; Wu, X.; Deng, D. -H.; Wei, M. -M.; et al. Science 2014, 344, 616. doi: 10.1126/science.1253150

    23. [23]

      Fu, Y.; Sun, Y. -H. Sci. China-Chem. 2020, 50, 816. doi: 10.1360/SSC-2019-0160

    24. [24]

      Zhang, T.; Liu, Z. C.; Yang, W. M. Sci. China-Chem. 2021, 51, 154. doi: 10.1360/SSC-2020-0171

    25. [25]

      Wang, C. J.; Yang, B.; Gu, Q. Q.; Han, Y. J.; Tian, M.; Su, Y.; Pan, X. L.; Kang, Y.; Huang, C. D.; Liu, H.; et al. Nat. Commun. 2021, 12, 5447. doi: 10.1038/s41467-021-25782-2

    26. [26]

      Ding, Z. -K.; Wang, W. -J.; Mi, H. -J.; Zhang, G. -P.; Liu, H. Contemp. Chem. Ind. 2020, 49, 1519. doi: 10.3969/j.issn.1671-0460.2020.07.061

    27. [27]

      Wang, W. Y.; Zhu, H.; Gao, Z. P.; Li, H.; Li, B. J.; Meng, H. X. Modern Chem. Ind. 2020, 40, 80. doi: 10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2020.10.017

    28. [28]

      Zhang, H. -M.; Zhang, Y.; Liu, Z. -H.; Wang, X. -L. Prog. Chem. 2009, 21, 2333. doi: CNKI:SUN:HXJZ.0.2009-11-008

    29. [29]

      Zhang, H. -M. Funct. Mater. Inf. 2012, 9, 7. doi: CNKI:SUN:GNCX.0.2012-04-007

    30. [30]

      Hauch, A.; Kungas, R.; Blennow, P.; Hansen, A. B.; Mogensen, M. B. Science 2020, 370 (6513), 6118. doi: 10.1126/science.aba6118

    31. [31]

      Peng, S. P. Int. J. Coal Sci. Technol. 2021, 8, 327. doi: 10.1007/s40789-021-00443-3

    32. [32]

      Xie, W. -F.; Li, H.; Cui, G. -Q.; Li, J. -B.; Song, Y. -K.; Li, S. -J.; Zhang, X.; Lee, J. -Y.; Shao, M. F.; Wei, M. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 7382. doi: 10.1002/anie.202014655

    33. [33]

      Song, Y. J.; Li, Z. H.; Fan, K.; Ren, Z.; Xie, W. F.; Yang, Y. S.; Shao, M. F.; Wei, M. Appl. Catal. B-Environ. 2021, 299, 120669. doi: 10.1016/j.apcatb.2021.120669

    34. [34]

      Zhang, P.; Xu, J. M.; Shi, L.; Zhang, Z. Y. Eng. Sci. 2019, 1, 20. doi: 10.15302/J-SSCAE -2019.01.004

    35. [35]

      Li, X. B.; Tung, C. H.; Wu, L. Z. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 10804. doi: 10.1002/anie.201901267

    36. [36]

      Huang, C.; Qiao, J.; Ci, R. N.; Wang, X. Z.; Wu, L. Z. Chem 2021, 7, 1244. doi:10.1016 /j.chempr.2021.01.019

    37. [37]

      Qie, F. X.; Zhu, J. Y.; Rong, J. F.; Zong, B. N. Bioresour. Technol. 2019, 292, 122037. doi: 10.1016/j.biortech.2019.122037

    38. [38]

      Olah, G. A.; Goeppert, A.; Prakash, G. K. S. J. Org. Chem. 2009, 74, 487. doi: 10.1021/jo801260f

    39. [39]

      Olah, G. A.; Goeppert, A.; Prakash, G. K. S. Beyond Oil and Gas: The Methanol Economy; Wiley-VCH: Weinheim, Germany, 2006.

    40. [40]

      Shi, C. F.; Zhang, T.; Li, J. H.; Bai, C. L. Joule 2018, 2, 1. doi: 10.1016/j.joule.2018.08.016

    41. [41]

      Han, Y. M. 20 years of Adhering to Innovation and Turning "Liquid Sunlight" into Reality—China Has Built a Thousand Ton Liquid Solar Fuel Synthesis Demonstration Device. Available online: http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/10/446954.shtm (accessed on 21 December 2021)

    42. [42]

      Tian, X.; Zhang, X. -P.; Cheng, W. -G.; Huang, L.; Zhao, Y. -S.; Zhang, S. -J. Comput. Appl. Chem. 2010, 27, 1059. doi: 10.3969/j.issn.1001-4160.2010.08.015

    43. [43]

      Yin, Z.; Peng, H.; Wei, X.; Zhou, H.; Gong, J.; Huai, M.; Xiao, L.; Wang, G.; Lu, J.; Zhuang, L. Energy Environ. Sci. 2019, 12, 2455. doi: 10.1039/C9EE01204D

    44. [44]

      Wang, Y.; Yang, Y.; Jia, S. -F.; Wang, X. -M.; Lyu, K. -J.; Peng, Y. -Q.; Zheng, H.; Wei, X.; Ren, H.; Xiao, L.; et al. Nat. Commun. 2019, 10, 1506. doi: 10.1038/s41467-019-09503-4

    45. [45]

      Li, Q. H.; Peng, H. Q.; Wang, Y. M.; Xiao, L.; Lu, J. T.; Zhuang, L. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 1442. doi: 10.1002/anie.201812662

    46. [46]

      Li, Y.; Wei, X. -F.; Chen, L. -S.; Shi, J. -L. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 19550. doi: 10.1002/anie.202009854

    47. [47]

      Meng, Q.; Yan, J.; Wu, R. -Z.; Liu, H. -Z.; Sun, Y.; Wu, N. -N.; Xiang, J. -F.; Zheng, L. -R.; Zhang, J.; Han, B. -X.; et al. Nat. Commun. 2021, 12, 4534. doi: 10.1038/s41467-021-24780-8

    48. [48]

      Meng, Q. -L.; Hou M. -Q.; Liu, H. -Z.; Song, J. -L.; Han, B. -X. Nat. Commun. 2017, 8, 14190. doi: 10.1038/ncomms14190

    49. [49]

      Mei, Q. -Q.; Liu, H. -Z.; Shen, X. -J.; Meng, Q. -L.; Liu, H. -Y.; Xiang, J. -F.; Han, B. -X. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 14868. doi: 10.1002/anie.201710736

    50. [50]

      Liu, Y.; Luo, C.; Liu, H. -C. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 3249. doi: 10.1002/ange.201200351

    51. [51]

      Dong, L.; Lin, L. -F.; Han, X.; Si, X. -Q.; Liu, X. -H.; Guo, Y.; Lu, F.; Rudić, S.; Parker, S. F.; Yang, S. -H.; et al. Chem 2019, 5, 1521. doi: 10.1016/j.chempr.2019.03.007

    52. [52]

      Shao, Y.; Xia, Q. -N.; Dong, L.; Liu, X. -H.; Han, X.; Parker, S. F.; Cheng, Y. -Q.; Daemen, L. L.; Ramirez-Cuesta, A. J.; Yang, S. -H.; et al. Nat. Commun. 2017, 8, 16104. doi: 10.1038/ncomms16104

    53. [53]

      Xia, Q. -N.; Yang, S. -H.; Shao, Y.; Gong, X. -Q.; Wang, H. -F.; Liu, X. -H.; Parker, S. F.; Han, X.; Yang, S. -H.; Wang, Y. -Q. Nat. Commun. 2016, 7, 11162. doi: 10.1038/ncomms11162

    54. [54]

      Wang, A.; Zhang, T. Acc. Chem. Res. 2013, 46, 1377. doi: 10.1021/ar3002156

    55. [55]

      Zada, B.; Chen, M. Y.; Fu, Y. Sci. China-Chem. 2017, 60, 853. doi: 10.1007/ s11426-017-9067-1

    56. [56]

      Yan, L.; Yao, Q.; Fu, Y. Green Chem. 2017, 19, 5527. doi: 10.1039/C7GC02503C

    57. [57]

      Huang, Y. -B.; Fu, Y. Green Chem. 2013, 15, 1095. doi: 10.1039/C3GC40136G

    58. [58]

      Wang, H. -Y.; Xin, H. -S.; Cai, C. -L.; Zhu, C. -H.; Ma, L. -L. ACS Catal. 2020, 10, 10646. doi: 10.1021/acscatal.0c02375

    59. [59]

      Ma, L. -L.; Wang, H. -Y.; Zhu, C. -H.; Liu, Q. -Y.; Tan, J.; Wang, C. -G.; Liang, Z. ChemSusChem. 2019, 12, 2154. doi: 10.1002/cssc.201900172

    60. [60]

      Liu, Q. -Y.; Wang, H. -Y.; Xin, H. -S.; Wang, C. -G., Yan, L.; Wang, Y. -X.; Zhang, Q.; Zhang, X. -H.; Xu, Y.; Huber, G.W.; et al. ChemSusChem 2019, 12, 3977. doi: 10.1002/cssc.201902282

    61. [61]

      Corma, A.; Torrea, O.; Renz, M. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 6328. doi: 10.1039/C2EE02778J

    62. [62]

      Research on the Implementation Path of Carbon Peaking and Carbon Neutralization in Industrial Sector: Building Materials Industry Section. Available online: http://www.sinopecnews.com.cn/news/ content/2021-02/24/content_1845213.htm (accessed on 24 December 2021)

    63. [63]

      Liu, Z. D. Spec. Steel. Tech. 2010, 16, 1. doi: 10.16683/j.cnki.issn1674-0971.2010.01.016

    64. [64]

      Li, F.; Chu, M. -S.; Tang, Y.; Liu, Z. -G.; Zhou, Y. -S. Hebei Metall. 2019, 286, 8. doi: 10.13630/j.cnki.13-1172.2019.1002

    65. [65]

      Zhang, L. -W.; Nie, Z. -R.; Xi, X. L.; Ma, L. -W; Xiao, X. J.; Li, M. Metall. Mater. Trans. B 2018, 49, 334. doi: 10.1007/s11663-017-1125-3

    66. [66]

      Nie, Z. -R.; Liu, Y.; Sun, B. X.; Wang, Z. H.; Zuo, T. Y. Mater. China 2016, 35, 161. doi: 10.7502/j.issn.1674-3962.2016.03.01

    67. [67]

      Xu, G. W. POD—Basis and Technology of Decoupled Thermochemical Conversion; Science Press, Beijing, China, 2016.

    68. [68]

      Valera-Medina, A.; Amer-Hatem, F.; Azad, A. K., Dedoussi, I. C.; Costa, M. Energy Fuels 2021, 35, 6964. doi: 10.1021/acs.energyfuels.0c03685

    69. [69]

      Jiang, L. -R.; Lin, J. X.; Wei, K. M. Research, Practice and Prospect of High Efficiency Ammonia Synthesis Catalyst. Proceedings of the 19th National Congress on Catalysis of China, Guangzhou, China, 14 October 2019.

    70. [70]

      Wang, X. -Y.; Peng, X. -B.; Chen, W.; Liu, G. -Y.; Zheng, A. -M.; Zheng, L. -R., Ni, J.; Au, C. -T.; Jiang, L, -L. Nat. Commun. , 2020, 11, 1. doi: 10.1038/s41467-020-14287-z

    71. [71]

      Chai, T. Y.; Rong, L.; Ma, Q. Y. Metall. Ind. Automat. 2000, 1, 7. doi: 10.3969/j.issn.1000- 7059.2000.01.002

    72. [72]

      Nørskov, J. K.; Bligaard, T.; Rossmeisl, J.; Christensen, C. H. Nat. Chem. 2009, 1, 37. doi: 10.1038/nchem.121

    73. [73]

      Chen, Z.; Wang, H.; Su, N. -Q.; Duan, S.; Shen, T. -H.; Xu, X. ACS Catal. 2018, 8, 5816. doi: 10.1021/acscatal.8b00943

    74. [74]

      Chen, Z.; Wang, H.; Liu, Z. -Y.; Xu, X. ACS Catal. 2021, 11, 3830. doi: 10.1021/acscatal.0c05070

    75. [75]

      Zhou, X.; Chen, F.; Wu, K. High Resolution Surface Analysis Technology based on Scanning Probe Microscope Coupling Thermochemical Transformation Basis and Technology. In Advances in Chemometrics; East China University of Technology Press: Shanghai, China, 2022.

    76. [76]

      Chen, H. -R.; Zhu, H.; Huang, Z. -C.; Rong, W. -H.; Wu, K. Adv. Mater. 2019, 31, 1902080. doi: 10.1002/adma.201902080

    77. [77]

      Zhou, X.; Shen, Q.; Yuan, K. -D.; Yang, W. S.; Chen, Q. -W.; Geng, Z. H.; Zhang, J. -L; Shao, X.; Chen W.; Xu, G. -Q; et al. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 554. doi: 10.1021/jacs.7b10394

    78. [78]

      Su, B. -L; Sanchez, C.; Yang, X. -Y. Hierarchically Structured Porous Materials: From Nanoscience to Catalysis, Bomedicine, Optics and Energy; Wiley-VCH, Weinheim, Germany, 2011.

    79. [79]

      Li, J. -H. Engineering 2016, 2, 276. doi: 10.1016/J.ENG.2016.03.001

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  84
  • HTML全文浏览量:  7
文章相关
  • 发布日期:  2023-01-15
  • 收稿日期:  2021-12-20
  • 接受日期:  2021-12-20
  • 修回日期:  2021-12-20
  • 网络出版日期:  2021-12-24
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章