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近日，中國科學院廣州能源研究所廖玉河研究員聯合比利時魯汶大學和法國道達爾能源公司，報道了一種酸堿協(xié)同催化胺法碳捕集溶劑再生的新路徑。該研究提出，固體ZrO_xH_y催化劑可顯著提升胺溶液中二氧化碳（CO₂）的脫附速率，在固定床反應器中表現出2.5倍的CO₂脫附增強效果。相關成果以Proximity-independent acid-base synergy in a solid ZrOxHy catalyst for amine regeneration in post-combustion CO₂ capture process為題，發(fā)表于《自然-催化》（Nature Catalysis）。

胺溶液吸收捕獲二氧化碳是成熟的碳捕集技術之一，當前有望廣泛應用于燃煤電廠、水泥、鋼鐵等行業(yè)。但是，該技術脫附CO₂以再生胺溶劑需要較高溫度（>120℃），導致溶劑再生過程能耗高（占整個碳捕集過程能耗的60%以上）和溶劑降解，且高溫胺溶液腐蝕設備。

針對上述問題和基于前期研究基礎（ACS Catalysis，2022，12，11485-11493），該工作通過調控溶膠-凝膠合成方法的pH值，獲得了富含橋聯羥基（-OH_b）和端位羥基（-OH_t）的ZrO_xH_y固體催化劑。原位表征和動力學研究表明無需這兩種羥基在催化劑表面的空間鄰近性，通過催化劑羥基之間的酸（-OH_b）堿（-OH_t）平衡和協(xié)同催化即可實現氨基甲酸鹽解離與質子轉移的雙循環(huán)反應，從而提升CO₂的脫附速率。在固定床實驗中，ZrO_xH_y催化劑表現出優(yōu)異的催化性能，在95℃條件下CO₂從胺溶液中的脫附速率提升2.5倍，顯著降低了溶劑再生能耗和再生溫度。該催化劑也具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性和可回收性。

ZrO_xH_y協(xié)同催化機理圖

該工作得到了國家自然科學基金面上項目等項目資助。

論文鏈接??https://www.nature.com/articles/s41929-025-01307-8