NSR专题：绿色碳科学——碳中和的科学基础

2023-10-13 03:10

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《国家科学评论》（National Science Review，NSR）今年第9期出版了“绿色碳科学——碳中和的科学基础”专题（特邀编辑：谢在库、韩布兴、孙予罕、苏宝连、杨俊林、包信和、何鸣元），共收录14篇高水平论文，包含3篇Review、3篇Research Article、5篇Perspective、1篇Research Highlight和2篇Interview文章，展示了绿色碳科学的发展现状及其未来方向。

https://academic.oup.com/nsr/issue/10/9

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专题篇目

Special Topic: Green Carbon Science—A Scientific Basis for Carbon Neutrality

GUEST EDITORIAL

Green carbon science for carbon neutrality

Zaiku Xie, Buxing Han, Yuhan Sun, Bao-Lian Su, Junlin Yang, Xinhe Bao and Mingyuan He

Natl Sci Rev 2023, 10(9): nwad225

https://doi.org/10.1093/nsr/nwad225

“绿色碳科学——碳中和的科学基础”专题前言

特邀编辑

谢在库

中国石油化工集团有限公司

韩布兴

中国科学院化学研究所

孙予罕

怀柔实验室山西研究院

苏宝连

比利时那幕尔大学、武汉理工大学

杨俊林

国家自然科学基金委

包信和

中国科学技术大学

何鸣元

华东师范大学

本文是NSR“绿色碳科学——碳中和的科学基础”专题的特邀编者按。本专题包含3篇Review、3篇Research Article、5篇Perspective、1篇Research Highlight和2篇Interview文章。

RESEARCH HIGHLIGHT

Photocatalytic hydrogen production toward carbon neutrality: tracking charge separation

Bao-Lian Su

Natl Sci Rev 2023, 10(9): nwad139

https://doi.org/10.1093/nsr/nwad139

面向碳中和的光催化制氢：跟踪电荷分离

通讯作者：苏宝连

（比利时那幕尔大学、武汉理工大学）

“氢”被认为是实现“碳中和”最重要的能源体系之一，但氢气的绿色制备仍是一个重大挑战。近年来，利用太阳能进行水分解的光催化制氢收到广泛关注。然而，因为对光催化制氢过程缺乏深层次理解，目前的太阳能转换效率仍然很低。本文推介了中国科学院大连化学物理研究所李灿院士团队对于光催化制氢电荷分离过程理解的最新突破，以期为设计新型高效的光催化剂以实现氢气工业化绿色制备提供清晰的图景。

PERSPECTIVE

Challenges and opportunities for engineering thermochemistry in carbon-neutralization technologies

Guangwen Xu, Dingrong Bai, Chunming Xu and Mingyuan He

Natl Sci Rev 2023, 10(9): nwac217

https://doi.org/10.1093/nsr/nwac217

碳中和技术中工程热化学的挑战与机遇

通讯作者：许光文

（沈阳化工大学）

通讯作者：何鸣元

（华东师范大学）

本文阐述了工程热化学技术在碳中和领域的潜在应用，作者指出，在各工业领域中合理发展和使用相关技术，可以额外减少50亿吨的CO₂排放。

Hydrogen-based industry: a prospective transition pathway toward a low-carbon future

Yunlv Cheng, Renyang Zheng, Zhicheng Liu and Zaiku Xie

Natl Sci Rev 2023, 10(9): nwad091

https://doi.org/10.1093/nsr/nwad091

氢能产业：迈向低碳未来的前瞻性转型之路

通讯作者：谢在库

（中国石油化工集团有限公司）

本文指出，建立以氢（特别是绿氢）为基础的低碳工业体系，是节约化石能源、减少污染、实现高质量发展目标的一条有效途径。建立这个体系必须解决的三个重要问题：基于氢气的过程改进、氢气的储存和运输以及绿氢的多种来源。

Revolutionary technology of low-carbon chemical processes

Suojiang Zhang, Xiangping Zhang, Chunyan Shi, Ke Wang and Lei Yuan

Natl Sci Rev 2023, 10(9): nwad132

https://doi.org/10.1093/nsr/nwad132

低碳化工过程变革性技术

通讯作者：张锁江

（中国科学院过程工程研究所、河南大学）

低碳化工过程变革性技术以化学驱动力为根本变化，重构绿氢绿电驱动的低碳工艺，包括能源结构革命、原料低碳替代、催化剂/反应器创新、智能系统集成等方面。本文以三种典型化工产品为例，阐明了通过绿氢绿电及与可再生原料耦合来重构化工过程中的关键科学问题，展望了绿电绿氢驱动的低碳化工新未来。

Transformation of CO₂ and H₂ to C₂₊chemicals and fuels

Qingli Qian and Buxing Han

Natl Sci Rev 2023, 10(9): nwad160

https://doi.org/10.1093/nsr/nwad160

由二氧化碳和氢气合成多碳化学品和燃料

通讯作者：钱庆利

（中国科学院化学研究所）

通讯作者：韩布兴

（中国科学院化学研究所）

二氧化碳是主要的温室气体，也是一种重要的可再生碳资源。二氧化碳加氢合成多碳化学品和燃料具有重要的意义，由于需要同时实现可控加氢和碳-碳偶联，这也是挑战性难题。在本文中，我们论述了该前沿领域所取得的部分代表性进展，以及未来的机会和挑战。

Science—an important lever to tackle sustainability in the specialty chemical industry

Wen-Juan Zhou and Pascal Metivier

Natl Sci Rev 2023, 10(9): nwad193

https://doi.org/10.1093/nsr/nwad193

科学：推动特种化工行业可持续发展的关键力量

通讯作者：周文娟

（索尔维）

通讯作者：Pascal Metivier

（索尔维）

化学工业对于建立可持续的全球经济以实现碳中和至关重要。作为一家特种化学品公司，索尔维致力于解决关键的环境和社会挑战，并制定了可持续发展目标。我们的目标是通过可持续产品、绿色工艺和循环系统这三个重点领域来实现碳中和。为了实现碳中和，化学工业必须进行绿色高效的转型，而这离不开工业界与学术界的密切合作。

RESEARCH ARTICLE

Green carbon science: fundamental aspects

Mingyuan He, Kun Zhang, Yejun Guan, Yuhan Sun and Buxing Han

Natl Sci Rev 2023, 10(9): nwad046

https://doi.org/10.1093/nsr/nwad046

► 绿色碳科学基础

通讯作者：何鸣元

（华东师范大学）

通讯作者：孙予罕

（怀柔实验室山西研究院）

通讯作者：韩布兴

（中国科学院化学研究所）

“绿色碳科学”概念的提出旨在为实现“碳中和”提供科学的认识和解决方案，其要义在于碳的平衡与循环。基于“道德经”理解碳能体系运行规律，并诠释“绿色碳科学”的内涵，其核心是氧化与还原两个方面的对立和统一，由氧化和还原确定碳、氢、氧三元素在碳能体系构成和演变中的重要地位，进而指出“绿色碳科学”研究涉及的六方面科学问题。

In situ electrochemical reconstruction of Sr₂Fe_1.45Ir_0.05Mo_0.5O_6-δperovskite cathode for CO₂ electrolysis in solid oxide electrolysis cells

Yuxiang Shen, Tianfu Liu, Rongtan Li, Houfu Lv, Na Ta, Xiaomin Zhang, Yuefeng Song, Qingxue Liu, Weicheng Feng, Guoxiong Wang and Xinhe Bao

Natl Sci Rev 2023, 10(9): nwad078

https://doi.org/10.1093/nsr/nwad078

► Sr₂Fe_1.45Ir_0.05Mo_0.5O_6-_δ钙钛矿阴极原位电化学重构用于固体氧化物电解器CO₂电解

通讯作者：吕厚甫

（中国科学院大连化学物理研究所）

通讯作者：汪国雄

（中国科学院大连化学物理研究所）

通讯作者：包信和

（中国科学院大连化学物理研究所）

固体氧化物电解器阴极金属@钙钛矿界面能够实现CO₂高效电催化还原。本文通过原位电化学重构方法构建高密度、高分散IrFe@SFIrM界面，结合原位电化学谱学揭示了IrFe合金纳米颗粒的溶出、分散和再生机制，阐明了IrFe@SFIrM界面促进形成碳酸盐中间物种的反应特性，实现了兼具高活性和高稳定性的CO₂电解过程。

Visualizing the role of applied voltage in non-metal electrocatalysts

Ziyuan Wang, Jun Chen, Chenwei Ni, Wei Nie, Dongfeng Li, Na Ta, Deyun Zhang, Yimeng Sun, Fusai Sun, Qian Li, Yuran Li, Ruotian Chen, Tiankai Bu, Fengtao Fan and Can Li

Natl Sci Rev 2023, 10(9): nwad166

https://doi.org/10.1093/nsr/nwad166

非金属电催化剂中电压作用的可视化研究

通讯作者：李灿

（中国科学院大连化学物理研究所）

通讯作者：范峰滔

（中国科学院大连化学物理研究所）

在纳米尺度上理解施加电压如何促进电催化反应的发生是一项重要的科学问题。本文通过测量半导体-溶液界面的电势分布，成功演绎了半导体能带结构的演变过程，解释了原位条件下半导体高电导的来源，并把这种导电性转变与空间分辨的电催化活性的相关联，填补了纳米尺度探索电压驱动力的空白。

REVIEW

Methane-to-chemicals: a pathway to decarbonization

Nikolai Nesterenko, Izabel C Medeiros-Costa, Edwin B Clatworthy, Hugo Cruchade, Stanislav V Konnov, Jean-Pierre Dath, Jean-Pierre Gilson and Svetlana Mintova

Natl Sci Rev 2023, 10(9): nwad116

https://doi.org/10.1093/nsr/nwad116

从甲烷到化学品：一种脱碳途径