发布时间：2025-04-17
随着全球能源需求增长，CO2排放引发的环境问题日益严峻。传统碳捕集与利用（CCU）技术因间歇性操作导致成本高、效率低。近年来，双功能材料（DFMs）通过在同一反应器中耦合CO2捕集和转化，成为研究热点。其中，钙基DFMs凭借出色的理论CO2捕集量（17.8 mmol/g），以及相对低廉的成本，受到广泛关注与深入研究。但不可忽视的是，钙基DFMs在实际反应中极易出现烧结问题，使得其实际性能与理论预期存在较大差距，限制了其在更广泛场景中的应用。
近日，天津大学刘庆岭教授、韩瑞副教授团队创新性地提出低温氢溢流分解策略，为解决上述问题提供了有效方案。该策略通过调控亚稳态氧化钙（CaO*）在CaCO3向CaO演化过程中的存在时间，显著抑制了CaO的烧结。研究数据显示，借助该策略合成的Ni/CeO2-CaO材料（NiCa-400R）展现出卓越性能：CO2捕集量达17.8 mmol/g，几乎逼近理论极限值；CH4产率较传统方法提升192%，CH4选择性达97%。技术经济分析表明，该策略与燃煤电厂耦合后，与传统CCU技术相比，能耗降低79%，投资成本节省23%。该研究不仅为攻克钙基DFMs长期以来的性能瓶颈提供了新思路，还为食品、建筑、水泥等诸多行业中碳酸盐资源的高效利用，给出了切实可行的解决方案，有力推动了CO2资源化利用朝着低成本、高效率的方向大步迈进。
该研究以“Modulating the Evolution of Metastable CaO* for the Near-Theoretical Performance Breakthrough of Ni/CeO2-CaO in Integrated CO2 Capture and Methanation”为题发表于国际高水平跨学科期刊《Advanced Science》。天津大学环境学院2024级博士生魏骊霏为第一作者，韩瑞副教授为通讯作者，天津大学环境科学与工程学院为第一单位。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划的联合资助。
文章信息：Lifei Wei, Rui Han*, Gaoqi Han, Han Yan, Mingke Peng, Zhiyong Li, Chunfeng Song, Qingling Liu. Modulating the Evolution of Metastable CaO* for the Near-Theoretical Performance Breakthrough of Ni/CeO2-CaO in Integrated CO2 Capture and Methanation, Advanced Science, 2025, 2503086.
https://doi.org/10.1002/advs.202503086
（来源：韩瑞 编辑：田淑洁）
