廢棄生物質基炭材料及催化能源化應用研究獲進展

　　中國科學院生態環境研究中心劉振剛研究組在廢棄生物質基炭材料制備及其能源催化轉化研究方面取得新進展，相關研究成果近期發表于Green Chemistry、Applied Catalysis B: Environmental （2017；204:566-576）和ACS Sustainable Chemistry & Engineering （2017；5:7613-7622）。

　　廢棄生物質煉制高品質生物燃料與精細化學品是其資源化利用的重要途徑，而成本低廉、高溫穩定、活性高的催化劑的可控制備是生物質高效轉化的關鍵和難點。該研究組致力于環境友好的生物質基炭功能材料的制備及環境應用研究，已在Bioresource Technology、Chemical Engineering Journal、Journal of Hazardous Materials等發表相關研究論文。最近，研究組在前期工作的基礎上，創新性地開發了一種以廢棄生物質衍生水熱炭為催化劑載體負載納米金屬的“一步法”合成技術路線，該制備條件溫和、環境友好并可對催化活性中心的形貌、尺寸和晶型進行精準調控。催化研究表明水熱炭載體的多孔道核殼結構作為分子通道強化了反應物與納米活性中心的接觸；同時，水熱炭殼層豐富的官能團提高了納米金屬晶粒與載體之間的相互作用，從而有效抑制納米金屬高溫催化過程的燒結和失活。該方法制備的納米金屬催化劑具有非常高的反應活性，溫和條件下對焦油難降解組分去除效率高達95%，相關研究成果發表于Applied Catalysis B: Environmental；基于水熱炭介導電子轉移機制新發現的基礎上，課題組進一步開發了污泥原位“自還原”納米晶粒耦合CO2原位捕獲強化氫氣轉化的技術路線，實現了市政污泥“零焦油”氣化及富氫燃氣的定向合成，相關研究成果發表于ACS Sustainable Chemistry & Engineering；在單金屬催化體系的基礎上，研究組通過進一步精準調控，制備了系列納米雙金屬催化劑并將其應用于廢棄生物質的催化氣化，制備的催化劑均表現出非常高的催化活性和穩定性，該研究成果于近期發表在Green Chemistry上。上述系列研究表明以廢棄生物質為原料基于水熱炭介導電子傳輸新機制而制備的炭復合功能材料具有制備簡單、成本低廉、反應活性高、熱穩定性強等諸多優點，在生物質能源催化轉化中具有重要的應用價值。以上研究加深了對生物質炭化過程的認識，為廢棄生物質材料化應用提供了重要的理論指導。

　　以上研究得到了中科院“百人計劃”項目、國家自然科學基金、北京市自然科學基金等項目的支持。

不同技術路線制備水熱炭負載納米金屬催化劑對比示意圖

水熱炭負載納米雙金屬催化劑的合成機理