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浙万博梁初教授团队在CCUS领域有新突破:引入一滴水,收获一堆“碳”

来源:万博manbetx网页版发布时间:2022-01-27
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如果说20世纪是硅的世纪,那21世纪将是碳的世纪。

一方面,金刚石、石墨烯等碳材料,在电子、电器、机械、核能等工业领域已广泛应用;另一方面,空气中的CO₂是主要温室气体成分,是我们碳达峰、碳中和的主要治理对象。

如果人类能将空气中的CO₂转化成有用的碳材料,那将是变废为宝,破解“双碳”的一道密钥,这也是“双碳”路线图中最重要关键技术之一的碳捕获、利用与封存(CCUS)。

Carbon neutrality

万博manbetx网页版碳中和与能源材料研究团队负责人梁初教授创制了碳捕集与转化利用一体化技术,实现了CO₂的绿色高效节能转化和功能产品的同步开发,为解决温室效应、能源危机和环境污染等全球性挑战贡献了万博智慧和方案。


一滴水生产一堆“碳”,开发了碳材料绿色合成新路径

在室温条件下,梁初教授通过引入一滴水,CO₂即与LiH反应,并在~20 秒时间内转化为多孔碳材料。这一转化过程无有毒有害气体和温室气体产生、也无需加热,同步实现了CO₂的绿色高效节能转化和碳材料的可控合成。而且所合成的碳材料已在二次电池、超级电容器、催化剂、水和空气净化等众多领域得到了应用。



团队还研发了一条由5阶段组成的3个闭环反应,实现了除CO₂外所有反应物的再生和循环利用。相关成果已发表在Small 、Journal of Materials Chemistry A和Materials Today Nano等期刊上。


首创石墨低温绿色合成,大幅缩短电动汽车充电时间

石墨是在国民经济中有重要应用的一类碳材料,现有合成方法需排放大量温室气体和有毒有害气体,且需经历3000 °C高温长时间的石墨化过程。

梁初教授团队设计了新化学合成路径,CO₂在126 °C条件下只需3秒就一步绿色转化为石墨,无需3000 °C高温石墨化过程。特别是,合成的石墨材料用作电动汽车的锂离子电池,展现了远超商业化石墨的高倍率性能和循环稳定性,可大幅缩短电池充电时间并提升使用寿命。相关成果发表在Nature Communications上。

研究团队还发现了10余个基于CO₂绿色高效转化的新型化学反应,已授权发明专利3项,形成了一批具有自主知识产权的CO₂绿色节能高效转化新技术。

梁初教授乐观表示:“这项新技术从大规模应用角度来看,目前成本还是高于传统技术。但在部分高附加值碳材料应用领域已经可实现成本与传统技术相当。”

下一步,团队将持续致力于CO₂的低成本绿色高效转化,进一步拓展新技术合成的碳材料应用领域,真正让新技术落地,为国家“双碳”战略做出万博贡献。