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成果完成人瞄準(zhǔn)1000MW超臨界二氧化碳燃煤（sCO2）發(fā)電系統(tǒng)，主持了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“超高參數(shù)高效二氧化碳燃煤發(fā)電基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究”。 本成果從系統(tǒng)和部件兩個(gè)層面進(jìn)行研究，被推薦為2020年度國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)科技成果，并在2021年1月27日科技日?qǐng)?bào)上做了報(bào)導(dǎo)。具體成果如下： 1、sCO2鍋爐模塊化設(shè)計(jì)：sCO2循環(huán)流量是水蒸氣機(jī)組的6-8倍，導(dǎo)致S-CO2鍋爐嚴(yán)重堵塞，發(fā)現(xiàn)機(jī)組效率懲罰效應(yīng)。首次提出1/8分流減阻原理，在保持吸熱量及循環(huán)流量不變條件下，將壓降降低為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的1/8，由此提出模塊化鍋爐設(shè)計(jì)，將鍋爐壓降減小到與水蒸氣鍋爐相當(dāng)或更低水平，徹底解決大壓降難題。 2、煙氣熱量全溫區(qū)吸收：針對(duì)sCO2循環(huán)適合中高溫?zé)嵩矗瑔蝹€(gè)sCO2循環(huán)無(wú)法吸收煙氣全溫區(qū)熱量，提出頂?shù)蛷?fù)合循環(huán)，實(shí)現(xiàn)熱量全溫區(qū)吸收。提出能量復(fù)疊利用原理及設(shè)備共享，完全消除頂?shù)籽h(huán)效率差并簡(jiǎn)化系統(tǒng)。1000MWe級(jí)燃煤sCO2發(fā)電效率達(dá)到～50%，比水蒸氣機(jī)組高3-4個(gè)百分點(diǎn)。 3、鍋側(cè)和爐側(cè)綜合調(diào)溫方法：針對(duì)sCO2進(jìn)入鍋爐溫度較高，抬高受熱面溫度，提出鍋側(cè)和爐側(cè)綜合調(diào)溫方法，發(fā)明“冷熱匹配、層級(jí)降溫”原理，提出“上大下小+雙爐膛+煙氣再循環(huán)”的創(chuàng)新型鍋爐設(shè)計(jì)。建成壓力達(dá)26MPa的超高參數(shù)sCO2傳熱系統(tǒng)，提出超臨界傳熱類(lèi)沸騰理論，結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出了鍋爐管發(fā)生傳熱惡化的臨界判據(jù)。誕生第一臺(tái)超臨界二氧化碳燃煤鍋爐原理樣機(jī)。 本成果闡明了能量復(fù)疊利用原理，是能量梯級(jí)利用的繼承和發(fā)展，消除了復(fù)合循環(huán)中頂循環(huán)和低循環(huán)的效率差，最大限度挖掘了sCO2燃煤發(fā)電系統(tǒng)的效率優(yōu)勢(shì)。并首次闡明超臨界流體分子尺度下的非均勻物質(zhì)結(jié)構(gòu)，顛覆了人類(lèi)對(duì)超臨界流體物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)知，首次將亞臨界壓力下的多相流體理論體系引入到超臨界傳熱中，初步實(shí)現(xiàn)了亞臨界和超臨界壓力下能量傳遞與轉(zhuǎn)換理論的統(tǒng)一，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

近年來(lái)，材料的高性能化、多功能化一直是重要的研究方向，而采用蒙托土（MMT）改性聚合物是這一研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。這其中，兩相熔融插層復(fù)合法因?yàn)槠洵h(huán)境友好以及與現(xiàn)行聚合物加工技術(shù)相容已成為最主要的聚合物基/MMT納米復(fù)合材料的制備方法之一，但加工過(guò)程中的高溫熔融易誘發(fā)基體大分子降解是該法存在的主要缺陷； 另外，已有大量研究工作采用原位聚合法制備聚合物基/MMT納米復(fù)合材料，但MMT含量高于3％時(shí)，常導(dǎo)致MMT的插層效果不均勻，體系中同時(shí)出現(xiàn)未插層、插層與剝離的情況，從而影響復(fù)合材料的性能。本項(xiàng)目提出了一種制備這類(lèi)納米復(fù)合材料的新方法：以超臨界二氧化碳（SCCO2）作為介質(zhì)，原位分散聚合制備聚合物基/MMT納米復(fù)合材料。該全新聚合工藝有如下特點(diǎn)：反應(yīng)溫度較低（60℃左右），可避免加工過(guò)程中因高溫熔融使大分子鏈降解的弊??；另外，由于SCCO2的粘度低、傳質(zhì)快，易于制得MMT含量高、且插層效果均勻的聚合物基/MMT納米復(fù)合材料；SCCO2不燃、無(wú)毒、價(jià)廉，能替代眾多有機(jī)溶劑，避免環(huán)境污染；SCCO2對(duì)單體和聚合物的溶解能力可以通過(guò)溫度和壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，故通過(guò)減壓即可實(shí)現(xiàn)反應(yīng)－分離一體化，省卻了高能耗的脫溶劑過(guò)程，因此使用SCCO2作為聚合反應(yīng)的介質(zhì)符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

本研究設(shè)計(jì)并合成了無(wú)定型 Ag-Bi-S-O 修飾的 Bi 0 納米顆粒，將其應(yīng)用于二氧化碳電還原反應(yīng)中 （圖 1 ） 。 該研究工作首先通過(guò)溶劑熱法制備了 AgBiS 2 納米棒，并將其在空氣中煅燒處理，得到了組成為 Ag 0.95 BiS 0.75 O 3.1 的雙金屬硫氧復(fù)合物納米棒。在進(jìn)一步電化學(xué)還原預(yù)處理后，該復(fù)合物被轉(zhuǎn)化為無(wú)定型 Ag-Bi-S-O 修飾的 Bi 0 納米顆粒。這種新型二氧化碳電還原催化劑在僅有 450 mV  的過(guò)電位下，實(shí)現(xiàn)了高達(dá) 94.3% 的甲酸法拉第效率和 12.52 m A/ cm 2 的甲酸部分電流密度。通過(guò)與 AgBiS 2 、 Bi 硫氧復(fù)合物及 Bi 2 S 3 參比樣品進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在電化學(xué)還原預(yù)處理過(guò)程中，金屬硫化物中的 -2 價(jià)硫會(huì)轉(zhuǎn)化為 H 2 S 并離開(kāi)電極表面，只有金屬硫氧復(fù)合物中被氧化為 +6 價(jià)的硫能保留在催化劑中。后續(xù)實(shí)驗(yàn)表明 ，這一部分硫能促進(jìn)水的解離，而甲酸形成過(guò)程中所需的 H + 正是來(lái)自于 H 2 O 。因此，甲酸的生成被極大程度地促進(jìn)。另一方面， Ag-Bi-S-O 修飾 Bi 0 納米顆粒中的 Ag ，有利于電荷在電極中傳遞，提高了催化劑的電流密度。在過(guò)電位為 450 mV  時(shí)，更大的電流密度可以提高陰極附近的局域 pH ，而更大的局域 pH 能進(jìn)一步提升硫促進(jìn)水解離的效用，同時(shí)抑制氫析出反應(yīng)的發(fā)生。因此，無(wú)定型 Ag-Bi-S-O 修飾的 Bi 0 納米顆?？梢栽跇O低的過(guò)電位下將二氧化碳高活性、高選擇性地轉(zhuǎn)化為甲酸。

項(xiàng)目簡(jiǎn)介： 針對(duì)現(xiàn)有碳收集、儲(chǔ)存（CCS）方法中二氧化碳的壓縮、脫附過(guò) 程的高能耗問(wèn)題，我們采用碳收集與利用（CCU）的策略，將二氧化 碳的捕集、活化與轉(zhuǎn)化利用相結(jié)合，為碳收集、儲(chǔ)存及其活化利用提 供新方法。設(shè)計(jì)并合成高效、可活化二氧化碳的吸附材料，以利于在 捕集時(shí)活化二氧化碳分子，將二氧化碳的分離技術(shù)與二氧化碳（即活 化的二氧化碳分子）的轉(zhuǎn)化反應(yīng)相耦合，避免能耗高的脫附過(guò)程，從 而實(shí)現(xiàn)低壓、溫和條件下將捕集的二氧化碳的原位催化氫化反應(yīng)，以 制備能源類(lèi)產(chǎn)品甲酸、甲醇

CO2的大規(guī)模工業(yè)利用是目前國(guó)內(nèi)外研究的重要課題，提出了一種新的 CO2 化學(xué)利用技術(shù)路線(xiàn)，即通過(guò) CO2 與氨反應(yīng)得到三聚氰酸等固體產(chǎn)品。這樣， 不僅可實(shí)現(xiàn) CO2的封存，而且能夠?qū)崿F(xiàn) CO2的高值有效利用。對(duì) CO2的減排具 112 有重要意義。 CO2氨化反應(yīng)特點(diǎn)： CO2氨化礦化生成三聚氰酸所需原料用量少（一份重量的氨可固定 2.5 份 CO2）； 原料轉(zhuǎn)化率高,(轉(zhuǎn)化率達(dá) 95%以上)； 礦化反應(yīng)設(shè)備投資少，在現(xiàn)有煤化工裝置基礎(chǔ)上，添加部分設(shè)備，通過(guò)改 變反應(yīng)過(guò)程和目標(biāo)產(chǎn)品即可實(shí)現(xiàn) CO2的氨化礦化，礦化產(chǎn)品利用價(jià)值大。

聚氨酯是重要高分子合成材料，用于制造泡沫塑料、纖維、彈性體、合成革、涂料、膠黏 劑、鋪裝材料和醫(yī)用材料等，廣泛應(yīng)用于交通、建筑、輕工、紡織、機(jī)電、航空、醫(yī)療衛(wèi)生等 領(lǐng)域。目前，全世界生產(chǎn)聚氨酯都是采用光氣異氰酸酯路線(xiàn)，本項(xiàng)目首創(chuàng)的綠色生產(chǎn)技術(shù)，以 二氧化碳替代劇毒的光氣，與有機(jī)胺、多元醇、聚酯多元醇、聚醚多元醇等為原料，具有原料 成本低 (比光氣異氰酸酯路線(xiàn)低20～30％) 、轉(zhuǎn)化率高、過(guò)程清潔等特點(diǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)異，優(yōu)級(jí) 品含量大于99.5％，經(jīng)濟(jì)性好，具有最強(qiáng)的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。隨著環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排的日益 重視，該項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，對(duì)于節(jié)約寶貴的能源、利用二氧化碳廢氣、促進(jìn)節(jié)能減排、經(jīng)濟(jì)社會(huì)和 諧發(fā)展具有非常重要的意義。 5萬(wàn)噸/年HDI型聚氨酯，總投資26000萬(wàn)元。

通過(guò)將酞菁銅（CuPc）分子與碳納米管復(fù)合，得到了高效的二氧化碳電催化劑。它可以在較低過(guò)電位下將二氧化碳高選擇性地還原為甲烷，其法拉第效率達(dá)到66%（圖3），是目前產(chǎn)甲烷的活性最高的電催化材料。不同于該課題組此前報(bào)道的單分散的CoPc/CNT催化劑（Nat. Commun. 2017,8,14675），CuPc分子晶體以堆積狀態(tài)分散于CNT之中（圖3b）。原位在線(xiàn)X射線(xiàn)吸收（XAS）研究發(fā)現(xiàn)，堆積狀態(tài)下的CuPc分子在催化工作電位下會(huì)自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)槌叽鐬?nm左右的銅納米團(tuán)簇，是高催化活性位點(diǎn)；當(dāng)停止催化反應(yīng)后，銅納米團(tuán)簇又會(huì)可逆地回到CuPc分子結(jié)構(gòu)（圖3c-e）。不同于CuPc，另外兩種銅配合物HKUST-1和[Cu(cyclam)]Cl2在催化反應(yīng)電位下都不可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘巽~微米枝晶，因此催化活性和選擇性遠(yuǎn)低于CuPc/CNT

成果創(chuàng)新點(diǎn) 主要技術(shù)創(chuàng)新路徑：一步催化二氧化碳加氫高選擇性 制備高品質(zhì)（清潔）汽油 核心解決問(wèn)題、核心優(yōu)勢(shì)：一步催化二氧化碳加氫高 選擇性制備汽油,即緩解能源危機(jī)又能改善環(huán)境問(wèn)題。催化 劑由金屬氧化物和分子篩兩部分組成，金屬氧化物可以較 大規(guī)模制備，分子篩的價(jià)格也比較低廉，催化劑穩(wěn)定性較 好，有工業(yè)推廣前景。 這種方法所制備的汽油有別于傳統(tǒng)石油裂解制備的汽 油，其不含硫或磷，