专栏名称: Carbon Research

An international multidisciplinary platform for communicating advances in fundamental and applied research on carbon.

Carbon Research | C4C最新进展：将CO2转化为环状碳酸酯的碳质负载型催化剂

Carbon Research · 公众号 · 科技自媒体 · 2025-03-10 12:00

主要观点总结

文章介绍了将二氧化碳（CO2）转化为增值化学品和燃料的重要性，作为应对大气中CO2浓度不断上升的环境问题的潜在途径。通过热催化、电催化以及光（电）催化等方式，CO2可以转化为多种有价值的产品。文章特别强调了利用碳基材料作为催化剂载体的重要性及其优势。综述介绍了将CO2化学固定为五元环状碳酸酯的最新进展，并指出了面临的挑战和缺陷。文章还强调了分子建模和过程建模在商业化规模应用中的重要性。

关键观点总结

关键观点1: 文章介绍了应对大气中CO2浓度上升的环境问题的潜在途径。

通过热催化、电催化等方式将CO2转化为增值化学品和燃料，如环状碳酸酯、甲酸、甲醇等。

关键观点2: 利用碳基材料作为催化剂载体展示催化性能的提升。

碳质载体具有独特的特性，如多孔结构、高比表面积、热稳定性和化学稳定性等。

关键观点3: CO2转化为五元环状碳酸酯的方法备受关注。

这种方法具有解决环境问题和降低对化石燃料依赖的潜力，但面临CO2热力学稳定带来的挑战。

关键观点4: 综述介绍了最新研究进展和碳质负载催化体系的优势。

包括可调的多孔结构、高比表面积、热稳定性和化学稳定性等优势，并强调了分子建模和过程建模在商业化应用中的重要性。

关键观点5: 文章强调了面临的挑战和缺陷。

包括制备过程的复杂性、反应时间长、温和反应条件下的开发策略缺乏以及对低催化活性的助催化剂的需求等。

正文

摘要

将二氧化碳（ CO 2 ）转化为增值化学品和燃料是应对大气中 CO 2 浓度不断上升所引发环境问题的潜在途径之一。通过热催化、电催化以及光（电）催化等方式， CO 2 能够转化为多种有价值的产品，其中包括但不限于一氧化碳、环状碳酸酯、甲酸、甲醇、甲烷、乙醇、乙酸、丙醇、轻质烯烃、芳烃以及汽油等。在对新型 CO 2 催化转化方法的持续探索中，利用碳基材料作为催化剂载体展示了催化性能的提升。这是由于碳质载体具有独特的特性，例如可调节的多孔结构、较高的比表面积、良好的热稳定性和化学稳定性以及优异的热传导性。尽管存在其他将 CO 2 转化为增值化学品的策略，如环加成反应、甲烷化反应、氢化反应、电催化和光催化等，但将 CO 2 通过热催化转化为五元环状碳酸酯的方法，因其在解决环境问题以及降低对化石燃料依赖方面的潜力而备受关注。然而，由于 CO 2 具有较高的热力学稳定性，这种方法也面临着相当大的挑战。为了解决这些问题，本综述特别介绍了利用碳质负载催化体系（如石墨相氮化碳、石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维、多孔活性炭和碳球）将 CO 2 化学固定为五元环状碳酸酯的最新进展。这些碳质负载催化体系具有可调节的多孔结构、高比表面积以及优异的热稳定性和化学稳定性等优势。此外，碳材料可以通过引入缺陷或杂原子轻松进行改性，从而提升其催化性能。这篇综述从催化材料和这些反应中采用的各种实验条件方面提供了关于加速当前 CO 2 转化技术发展的最新研究、发展趋势以及必要途径的信息。同时，文中还强调了分子建模和过程建模在将这些技术实现商业化规模应用中起到的重要作用。该综述旨在介绍 CO 2 转化领域的最新进展，并展示碳质负载型催化剂在提高环状碳酸酯生产效率方面的潜力，进而为实现更可持续性的化学工艺做出贡献。

图文摘要

亮点

碳质材料作为多相催化有效载体的总结。
碳质载体在 CO 2 转化为五元环状碳酸酯的多相催化固定中的重要性。
不同碳质载体对其多相催化效率的影响。

要点图例

图1

用于

2 转化的各种催化过程

图2

本综述中所介绍的碳质负载材料

图3 2021年至2024年每年发表的关于在温和条件下用于

化学固定的碳质负载型催化剂的文章数量

结论

将 CO 2 化学固定为环状碳酸酯是一种将 CO 2 转化为更高价值的产品的有前景且可持续的方法，因为环状碳酸酯已被应用于工业领域以满足 “碳中和”或“负碳”法规的要求。 CO 2 的化学固定的主要挑战在于对 CO 2 的活化，这是因为 CO 2 在动力学上呈惰性且具有热力学稳定性。在极高的压力和高温条件下进行转化可能会导致副产物的生成。因此，在近几十年来，以 CO 2 作为 C1前体制备环状碳酸酯的催化体系受到广泛关注，其具有提高反应活性、稳定性和以低成本实现高可回收性等独特的特性。本综述揭示了碳材料（如石墨烯、石墨相氮化碳、碳纳米纤维和碳纳米管）作为将 C1转化为有价值的化学物质的载体的重要性。碳质材料是 CO 2 选择性化学固定的优良载体，因为它们成本低且比表面积大，这增加了活性位点的数量。他们的作用受到自身结构特点和多功能性的影响，然而仍然存在一些挑战和缺点需要克服，包括制备碳质负载型催化剂的合成过程复杂以及反应时间长。在温和反应条件下缺乏开发策略以及对低催化活性的助催化剂的需求限制了它们的广泛应用。

文章链接

：

https://doi.org/10.1007/s44246-024-00189-y