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博文

道法自然，变废为宝——《二氧化碳化学转化》

已有 14512 次阅读 2018-11-29 11:49 |个人分类:科学书摘|系统分类:观点评述

资源与环境是人类生存和发展的基础，目前资源短缺和环境问题日趋严重。如何使化学工业在创造物质财富的同时，不破坏人类赖以生存的环境，并充分节省资源和能源，实现可持续发展，是人类面临的重大挑战。

绿色化学作为前沿交叉学科，不仅传承化学的理论与方法，而且在观念上创新发展，要求利用化学原理从源头上消除污染，合理使用资源，开发环境友好的技术与清洁工艺，设计安全、可生物降解的产品，贡献于可持续发展。绿色化学是未来最重要的领域之一，是化学工业可持续发展的科学和技术基础，是提高效益、节约资源和能源、保护环境的有效途径。绿色化学的发展将带来化学及相关学科的发展和生产方式的变革。在解决经济、资源、环境三者矛盾的过程中，绿色化学具有举足轻重的地位和作用。

韩布兴院士

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二氧化碳通过光合作用为我们人类提供了赖以生存的食物和材料。然而，自工业革命以来，大量二氧化碳排放导致空气中二氧化碳浓度逐年升高，严重破坏了自然界的碳循环，由此带来一系列严重的环境和社会问题，因此二氧化碳减排和资源化利用引起了全球的广泛关注。

二氧化碳作为一种廉价易得、环境友好的可再生碳一资源，其资源化利用不仅可减少二氧化碳排放，而且可提供绿色的技术路线，对绿色与可持续发展意义重大。近二十年来，二氧化碳化学转化研究发展迅速，尤其是纳米材料、离子液体等新型功能材料的涌现为其化学转化提供了新的发展契机，二氧化碳的资源化利用成为自然界碳循环的有力补充。

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《二氧化碳化学转化》一书正是在此背景下编写而成，主要内容涵盖CO₂热/电/光催化还原制备能源产品，催化转化合成高附加值化学品，以及化学转化制备聚合物和无机矿化材料等，着重介绍CO₂化学转化的催化基础，揭示CO₂转化的反应机制和化学键转化规律，旨在为从事二氧化碳转化基础研究和技术研发的青年学子、研究者和企业家提供参考和指南，推动相关研究和技术的发展。

作者简介：

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刘志敏 中国科学院化学研究所研究员、中国科学院大学岗位教授、博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，中组部“万人计划”科技领军人才。

1997年毕业于中国石油大学（北京），获博士学位。1997~1999年在中国科学院化学研究所从事博士后研究工作，出站后留在该所工作至今。2003年和2006年分别赴英国诺丁汉大学和日本东北大学开展合作访问研究。兼任Elsevier出版社Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry主编、Sustainable Chemistry and Pharmacy副主编、Industrial& Engineering Chemistry Research国际顾问编委，以及《物理化学学报》、《科学通报》、《过程工程学报》等学术刊物编委。

长期从事与超临界流体、离子液体等绿色溶剂相关的研究工作，在基于绿色溶剂特性调控制备催化材料和催化二氧化碳化学转化方面取得重要研究成果。迄今，发表研究论文270余篇，论文被他人引用10000余次，申请和获授权国家发明专利30多项。先后承担国家杰出青年科学基金项目、国家自然科学基金重大/重点/面上项目、科技部“973”计划项目等多项科研项目。以第二完成人，获国家自然科学奖二等奖和北京市科学技术进步奖二等奖各1项。2011年获国家杰出青年科学基金资助，2015~2017年连续三年入选Elsevier中国高被引学者榜单，2016年入选科技部“创新人才推进计划”重点领域团队负责人，2018年入选国家“万人计划”科技创新领军人才。 内容简介

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二氧化碳热力学稳定、动力学惰性，其活化与化学转化通常需要较高的能量输入。《二氧化碳化学转化》一书的第1章介绍了二氧化碳的结构、性质和活化方法。采用热催化化学方法，将二氧化碳转化为能源产品和化学品是二氧化碳资源化利用的重要方面。新型表征技术和理论化学的发展使机理研究更加深入，在揭示二氧化碳中碳-氧键活化和转化以及反应机理方面取得重要进展。本书第2、3章主要总结了热催化转化二氧化碳的研究成果，以合成产物为序，分别介绍反应路径、催化体系以及催化反应机制等。

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二氧化碳的光/电催化转化是当今二氧化碳转化研究中的前沿领域。利用光/电催化进行二氧化碳转化，不仅可以解决二氧化碳加氢反应中氢的来源问题，而且可利用光/电可再生能源，因此引起了人们的广泛重视。本书第4、5章分别介绍电/光催化还原二氧化碳制备能源产品和合成化学品的最新研究进展，在阐述基本原理基础上，重点介绍催化反应体系，揭示光/电催化转化二氧化碳的作用机制。

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基于二氧化碳的聚合物材料和无机矿化材料绿色环保，可再生，广受欢迎。本书第6、7章分别介绍二氧化碳制备聚合物及其矿化制备无机材料的研究成果，特别关注新技术的进展情况。

CO₂作为绿色可再生的C1 资源，为重要能源产品、化学品和材料的制备提供了新的绿色路线。然而由于其热力学稳定性和动力学惰性，CO₂化学转化仍然存在诸多挑战，其资源化利用将是一项长期的重要工作。

道法自然，变废为宝。祝愿从事二氧化碳资源化利用的人们，在享受探索乐趣的同时，发掘二氧化碳的巨大潜力，使其更好地造福人类。

本文摘编自刘志敏编著的《二氧化碳化学转化》。

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二氧化碳化学转化

刘志敏编著

　（绿色化学前沿丛书）

责任编辑：翁靖一

北京：科学出版社 2018.10

ISBN 9787030585226

《二氧化碳化学转化》为韩布兴院士总主编的“绿色化学前沿丛书”之一。作为自然界碳循环的有力补充，CO₂的化学转化对可持续发展意义重大。本书针对温和条件下 CO₂的资源化利用，以其化学转化中化学键活化和转化为基础，围绕其转化为能源产品、化学品和功能材料展开论述，主要内容涉及CO₂催化加氢转化为低碳醇、低碳烃等能源产品，催化转化为酯类、酰胺类、羧酸类、氮杂环化合物等化学品，以及催化转化制备聚合物材料和矿化材料等。着重介绍了CO₂活化的催化基础，催化体系包括金属纳米催化体系、离子液体无金属催化体系、介质与催化剂耦合催化体系等，揭示了CO₂化学转化的反应机制和化学键转化规律。