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第一作者：Xue Ding

通訊作者：趙俊華，王璐

通訊單位：香港中文大學（深圳）

論文速覽

二氧化碳（CO₂）對維持所有生物物種的生存環境有重要作用，但隨著現代社會的發展和化石燃料的利用，大氣CO₂的濃度增加到400 ppm，導致了嚴重的溫室效應。

因此，將CO₂轉化為有價值的化學品至關重要，尤其是可再生太陽能，其以光熱催化的方式顯示出巨大的潛力。

本文綜述了光熱催化CO₂轉化技術的最新進展，特別是將CO₂轉化為太陽能燃料的方法。文中討論了催化劑設計、反應機理分析、反應器工程以及技術經濟分析。作者強調了利用可再生太陽能將CO₂轉化為有價值化學品的重要性，并為未來研究和碳循環管理提供了指導。

圖文導讀

圖1：光熱催化CO₂轉化為太陽能燃料的示意圖

圖2：逆水煤氣變換（RWGS）反應用于CO合成的示意圖

圖3：光熱CO₂甲烷化的新光熱系統的示意圖、CO₂加氫在SA Ni/Y₂O₃納米片上的產物產率與溫度的關系、光熱CO₂甲烷化在流動反應器系統中的示意圖、大型Ru-Al₂O_3-x-L微通道催化劑的SEM圖像、產物產率與流動系統中通道孔徑的關系、3D Ru-Al₂O_3-x-L微通道催化劑模型的有限元模擬、簡化的單孔模型的壓力和速度輪廓、Ni@p-SiO₂中納米尺度溫室效應的示意圖、不同催化劑在不同光照下的局部溫度估計、有和無光照射下不同溫度的CH₄形成率、以及提出的B(OH)_x表面受阻路易斯對反應途徑。

圖4：活性與光照波長的關系、可見光促進甲醇合成的提出的機理、納米晶（NC）和超結構樣品在250 °C和有/無太陽輻照下的CO₂加氫的甲醇速率、NR 14h在連續20 h測試中在大氣壓力下光照下催化CO₂加氫的甲醇速率、In₂O₃和xRu/In₂O₃催化劑在熱催化過程中（暗）和光助熱催化過程中（光）的甲醇產率、Cu/ZnO/Al₂O₃(CZA)、S1和S2在批式反應器中的光熱催化性能、S0-S4的產物產率和甲醇選擇性、以及S2的¹³CO₂標記反應的質譜。

圖5：不同CoFe-x催化劑的形成示意圖

圖6：太陽能碟系統的照片、太陽能塔燃料工廠的示意圖、太陽能塔燃料工廠在運行中的照片、用于在環境陽光照射下從甲烷蒸汽重整（MSR）中生產氫氣的太陽能加熱系統的光學圖像、屋頂太陽能集中器及其附著的反應器的照片、用于在涂覆泡沫上進行光熱CO₂氫化的環形光反應器的簡化方案、以及在太陽光照下涂覆泡沫上In₂O₃_-x(OH)_y納米棒催化的RWGS過程的物理現象的圖形表示

圖7：光熱催化CO₂轉化技術的TEA示意圖

總結展望

本文深入探討了光熱催化CO₂轉化技術，包括催化劑設計、反應機理、反應器設計和技術經濟分析。盡管存在初始投資和技術挑戰，長期的環保和低成本益使得該方法成為解決CO₂排放挑戰的可行且有利可圖的途徑。

光熱催化CO₂轉化是一個多方面的系統，需要多學科研究人員協同攻關，以促進未來的進展。這種合作涵蓋了幾個關鍵領域，包括CO₂捕獲、催化劑設計、反應器工程和過程優化。

最終，任何氣相非均相CO₂光催化過程的可行性將由其能源和經濟指標決定，特別是光子-產品轉換的成本效率。

文獻信息

標題：Photothermal CO2 catalysis towards the synthesis of solar fuel: from material and reactor engineering to techno-economic analysis

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202312093

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香港中文大學AM綜述：光熱催化CO2轉化最新進展！

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