第172次-- 科学与技术前沿论坛

主题报告

碳基分子“精准催化”的催化体系设计与构建http://videozh.cas.cn/masvod/public/2026/01/14/20260114_19bba7e9c03_r36_1200k.mp4
王野教授厦门大学

丙烷脱氢是丙烯生产的重要途径，Pt系和Cr系催化剂是当前两类主要的丙烷脱氢催化剂。由于反应须在高温下进行，这两类催化剂面临易积碳、催化剂需频繁再生及由此带来的高排放等问题。报告人团队从具有优异C-H键活化能力的单原子Rh催化剂出发，利用分子筛限域以及In与Rh的合金化效应及In的亲氧性和动态迁移特性，构建出活性位动态形成的新型In/Rh@S-1丙烷脱氢催化剂。在该催化剂中，单原子Rh位于S-1分子筛孔内，而以浸渍法引入催化剂中的In物种通过与分子筛硅羟基作用自发迁移至孔道内并以In-Rh键稳定Rh单原子，形成分子筛限域RhInx活性中心。该活性中心又通过In-O键锚定在分子筛骨架In/Rh@S-1催化剂。In/Rh@S-1催化剂突破现有丙烷脱氢催化剂的瓶颈，显示出高活性和超高稳定性。以纯丙烷为反应原料，在550 oC的近工业反应条件下长达6000小时的连续测试中活性和选择性均保持稳定，为开发固定床无需再生的丙烷脱氢新技术提高了基础。
沸石分子筛的绿色合成http://videozh.cas.cn/masvod/public/2026/01/14/20260114_19bbad00831_r36_1200k.mp4
肖丰收* 吴勤明教授浙江大学化工与生物工程学院

沸石分子筛材料作为以石油炼制为代表的若干重要过程中的核心催化材料，对资源转化与环境保护至关重要。然而，传统分子筛材料的工业生产则属于典型的高污染与高能耗路线，三废排放量大，能耗与废水占整个石化工业的3.7%与3.2%。由于分子筛的水热合成机理尚不明确，实现其绿色制备一直是公认的挑战性难题。通过大量实验发现，沸石成核活化能远高于生长活化能的本质，有机模板的主要功能是诱导自发成核，而在随后晶体生长过程中基本不起作用。为此，提出了自发成核替代的方法，使沸石晶化过程直接进入沸石晶体生长阶段，实现无有机模板的沸石制备。进一步发现，沸石晶化过程中，硅铝物种在起始解聚阶段需要水分子作为反应物去水解硅铝物种，而这些硅铝物种在结晶过程中缩聚又产生水作为反应产物。因此提出，原料直接固相晶化的无溶剂路线，在合成过程中完全不加入水或溶剂，仅经过简单的研磨并利用部分原料中的结晶水，在适当温度下晶化制备出优质沸石分子筛。还通过计算机模拟技术，寻找与沸石骨架作用力相对较强的多种有机模板剂，采用能量最低原理，实现了若干种新型硅铝沸石晶体的合成。这些方法都大幅度降低了沸石分子筛的成本，降低了排放，实现了绿色合成。
离子微环境调控及化工过程低碳变革http://videozh.cas.cn/masvod/public/2026/01/14/20260114_19bbb12a65c_r36_1200k.mp4
张香平教授中国石油大学

离子液体为化工过程绿色化、低碳化提供了新机遇，是最具应用潜力的科技创新增长点之一。研究组以离子液体绿色介质和材料为核心，以气体分离和高效转化等过程节能减排为目标，构建了离子液体分子热力学-流动传递-系统集成的跨尺度研发体系，取得如下成果：1）发现了离子液体特殊结构和多重作用所形成独特的“离子微环境”的科学本质，揭示了其对热力学性质和流动-传递规律的影响机制；开发了基于量化参数的离子片热力学预测模型及软件，填补了商用软件空白；提出了考虑多因素的离子液体设计新方法，形成了化工反应和分离过程的共性科学基础；2）提出了阴阳离子功能位点靶向作用与纳微界面传质速率协同强化的分离新策略，突破了气体小分子精准识别、结构相似物分离、高粘液体传质及流动等难题，发明了离子液膜强化的关键装备及离子液体原位再生绿色分离新技术，成功用于碳捕集、氨分离等工业过程；3）提出了离子液体介导的高能环氧分子诱导CO2温和活化新途径，及电场作用下CO2转化新机制，突破了气泡分布-界面传质-多反应路径精准匹配难题，开发了离子微环境协同催化CO2反应器及电催化电解新器件等技术，建成了多套工业装置。上述研究形成了离子液体工业应用的系统理论和方法，推动了离子液体在低碳绿色变革技术发展。
炼铁超低碳重塑的科技挑战与应对实践http://videozh.cas.cn/masvod/public/2026/04/16/20260416_19d94440148_r36_1200k.mp4
朱庆山研究员中国科学院过程工程研究所

我国钢铁工业年碳排放约18亿吨，其中85%以上由炼铁工序排放，因此，炼铁技术超低碳变革对我国“双碳”目标的实现至关重要。绿氢直接还原炼铁和绿电电解炼铁是超低碳炼铁的两个重要发展方向，但都尚面临着巨大的技术及经济挑战。氢气直接还原炼铁虽有工业化应用实践，但因成本高、无法与高炉炼铁竞争而未能推广应用，本报告将分析进一步提高效率、降低成本背后所需解决的关键科学和技术问题，探究突破上述关键问题的可能途径，介绍本研究团队的应对实践。基于未来以可再生能源为主的能源系统场景，提出绿电柔性电解炼铁理念，介绍报告人开拓的绿电柔性电解铁-铁储能新方向，对稳定电解炼铁与柔性电解炼铁经济性进行对比分析，简述本团队在绿电柔性炼铁研发方面的初步进展，进一步提出铁能源概念，分析铁燃烧释热发电、铁空气电池发电、铁与H2O反应制氢、铁与CO2反应固碳的同时制备CO等释能途径，展望柔性电解炼铁作为间歇电力消纳、储能和铁作为能源介质的发展前景，为我国未来钢铁工业超低碳重塑提供参考。
氨的高效合成与利用
江莉龙研究员福州大学化学化工学院

氨是关系国家粮食安全、国防安全和可持续发展最重要的大宗化学品之一。区别于诺贝尔奖获得者埃特尔基于铁基合成氨催化剂提出的解离机制，福州大学研究团队发现并实验证实了基于钌基合成氨催化剂的热化学缔合新机理，遵循新机理开发的催化剂可以实现在更低温度和压力下高效合成氨，为发展变革性合成氨技术提供了重要理论基础。NH3具有含氢量高、易液化和无碳排放等优势，可作为储氢介质或直接燃料使用，发展“清洁低压合成氨-安全高效储运氨-无碳用氨”的绿色技术路线，可为我国实现双碳目标提供一条重要技术途径。目前，针对可再生能源电解水制氢耦合合成氨、低温高效氨分解制氢及氨-氢燃料电池等关键技术开展攻关，首创了高效低碳“铁串钌催化”合成氨成套技术，开发成功氨-氢燃料电池成套装置，有望形成具有完整自主知识产权的“氨-氢”能源产业技术路径。

第172次：碳中和化学化工变革性技术