01 专刊介绍

Green Carbon是由中国科学院青岛生物能源与过程研究所（以下简称“青岛能源所”）主办的英文学术期刊，致力于报道绿色与可持续技术领域的前沿交叉成果。

二十载耕耘，薪火相传。恰逢青岛能源所成立20周年之际，Green Carbon第13期（Volume 4, Issue 3）将作为“青岛能源所建所20周年专刊”于2026年9月出版。

本专刊收录20篇主编特邀高水平文章，作者均为长期关心支持青岛能源所发展的战略科学家，以及绿色碳科学相关领域的公认领军专家。专刊涵盖绿碳科学与可持续技术领域的基础科学发现、关键技术创新、系统过程集成，以及标准与政策框架建议等内容，全面呈现该领域的代表进展与未来方向。

衷心感谢所有撰稿人为本专刊贡献前瞻性学术洞见、系统综述与标志性研究成果，以及对青岛能源所与Green Carbon期刊的大力支持！

02 Green Carbon荐读

近日，由何鸣元院士、孙予罕研究员、韩布兴院士等编著的《绿色碳科学》由科学出版社正式出版。Green Carbon编辑部有幸获得何鸣元院士亲笔签名版著作，这份珍贵的礼物，是何院士对Green Carbon深耕绿色碳科学方向的肯定与期许。

《绿色碳科学》系统凝练绿色碳科学的核心思想、学科框架与前沿方向，为Green Carbon期刊明确学科边界、规划专题方向、凝聚学术共同体提供重要理论支撑。以专著立学科之基，以期刊传前沿之声，刊著结合，共同推动绿色碳科学领域创新发展。

图书信息

书名：《绿色碳科学》作者：何鸣元 孙予罕 韩布兴等出版社：科学出版社

内容简介

绿色碳科学是以碳中和为目标，基于氧化还原化学构建新能源体系的跨学科领域，核心是解决“可持续发展-碳能源-CO₂”三元难题，推动碳资源高效利用。本书以碳氢氧三元素体系为框架，解析碳循环机理，涵盖四大技术平台（化石能源低碳化、生物质/废塑料利用、CO₂转化、人工光合作用）及六大前沿方向（碳活性物种、水化学、热化学等），面向化学、能源等领域的高校师生与科技人员，兼顾理论与应用，助力“双碳”目标下的技术创新。

本书可供化学、环境、能源、材料等专业的高年级本科生、研究生及科研人员阅读和参考，也可供行政管理人员借鉴。

图书目录

第1章 绿色碳科学导论 

1.1 引言 

1.2 绿色碳科学基础：基于三元体系的碳氧化还原

1.3 绿色碳科学的分子视角和研究方向

参考文献

第2章 氧化还原在绿色碳科学中的本原性 

2.1 引言 

2.2 氧化还原催生生命 

2.2.1 化学能驱动的生命产生历程 

2.2.2 深海热液-冷泉系统的氧化还原化学 

2.2.3 孕育生命的氧化还原单元 

2.2.4 CO₂还原的能量与还原力 

2.3 从太阳能到化学能的转变：光合作用 

2.3.1 不产氧光合作用的氧化还原化学 

2.3.2 产氧光合作用的氧化还原化学 

2.3.3 光合作用过程中天然CO₂固定的反应路径 

2.3.4 大氧化事件：还原性地球到氧化性地球的转变 

2.4 氧化与能量 

2.4.1 呼吸作用：生命的氧化过程 

2.4.2 燃烧：生命体外的氧化过程 

2.4.3 煤、石油形成过程中的氧化还原化学 

2.5 氧化还原与碳循环 

2.5.1 CO₂的直接化学还原：烷烃作为还原剂 

2.5.2 CO₂的人工光还原：水作为还原剂 

2.5.3 P2X：氢气作为还原剂的能源转换体系 

2.6 总结与展望 

参考文献 

第3章 烃在绿色碳科学中的核心地位 

3.1 引言 

3.2 烃及其转化基本过程 

3.2.1 石油烃及石化产品 

3.2.2 石油烃转化基本过程 

3.2.3 石油烃转化技术发展概况 

3.2.4 石油烃转化过程中的碳足迹和碳平衡 

3.3 烃低碳转化的化学基础和典型技术

3.3.1 裂化条件下烃转化反应的平衡 

3.3.2 烃转化反应过程的反应机理 

3.3.3 高辛烷值汽油导向生成的催化裂化技术 

3.3.4 乙烯/丙烯导向生成的催化裂化技术

3.3.5 催化裂化技术发展中化学基础的认识 

3.4 总结与展望 

参考文献

第4章 可再生碳资源：生物质加工利用

4.1 引言

4.2 生物质及其利用技术简介 

4.3 生物质的物理转化技术 

4.4 生物质的化学转化技术 

4.4.1 直接燃烧 

4.4.2 生物质气化 

4.4.3 生物质热裂解 

4.4.4 水热液化

4.5 生物质的生物转化技术 

4.5.1 微生物法 

4.5.2 发酵法 

参考文献 

第5章 可再生碳资源：废塑料加工利用 

5.1 引言 

5.2 聚烯烃低温转化的热力学和动力学 

5.3 聚烯烃低温催化升级回收的“双分子”耦合反应策略 

5.3.1 C—C键裂解与烷基化串联耦合策略 

5.3.2 C—C键裂解与加氢催化串联耦合策略 

5.3.3 C—C键裂解与环化/芳构化串联耦合策略 

5.3.4 C—C键裂解与交叉复分解反应串联耦合策略 

5.3.5 C—C键裂解与氧化反应串联耦合策略 

5.4 总结与展望 

参考文献 

第6章 可再生碳资源：工程热化学 

6.1 工程热化学简介 

6.1.1 研究背景 

6.1.2 工程热化学的定义与内涵 

6.2 工程热化学的科学基础与发展目标 

6.2.1 碳氢平衡的内涵

6.2.2 碳氢平衡的反应机理 

6.2.3 新型碳氢平衡技术的发展 

6.3 未来可高效应用于工程热化学中的能量形式 

6.3.1 微波电磁辐射

6.3.2 等离子体 

6.3.3 超临界水 

6.4 废弃物利用：循环经济必由之路 

6.4.1 废弃物类型 

6.4.2 废塑料增值回收分类 

6.4.3 废塑料增值回收的前沿研究简介 

6.5 总结与展望 

参考文献 

第7章 碳氢氧三元转化体系：合成气平台 

7.1 引言 

7.2 合成气的制备技术 

7.2.1 煤制合成气 

7.2.2 天然气制合成气 

7.2.3 生物质制合成气 

7.3 合成气的转化利用 

7.3.1 合成气制甲醇

7.3.2 合成气制乙醇

7.3.3 费托合成 

7.4 总结与展望 

参考文献 

第8章 碳氢氧三元转化体系：甲醇平台 

8.1 绿色碳科学中的甲醇 

8.2 甲醇的生产 

8.3 甲醇的下游产品 

8.3.1 甲醇燃料 

8.3.2 化学品 

8.4 甲醇转化化学 

8.4.1 甲醇转化中的碳-氢-氧 

8.4.2 甲醇转化中的氧化还原 

参考文献

第9章 碳氢氧三元转化体系：甲烷平台 

9.1 引言 

9.2 甲烷氧化偶联 

9.2.1 催化剂体系 

9.2.2 反应机理 

9.2.3 其他OCM反应过程 

9.2.4 OCM反应工艺工程

9.3 甲烷无氧转化 

9.3.1 甲烷无氧芳构化 

9.3.2 甲烷无氧偶联制烯烃/芳烃/H₂ 

9.3.3 光或光-电集成驱动甲烷无氧偶联 

9.3.4 甲烷裂解制氢 

9.4 甲烷氧化制甲醇/甲醛 

9.4.1 气相氧化 

9.4.2 络合物均相催化氧化 

9.4.3 气-液-固催化氧化 

9.4.4 光/电催化氧化 

9.5 CO₂甲烷化 

9.6 总结与展望 

9.6.1 甲烷直接活化转化 

9.6.2 甲烷氧化制甲醇 

9.6.3 基于CO₂甲烷化的氢能储运 

参考文献 

第10章 二氧化碳：热催化转化 

10.1 引言 

10.2 CO₂的结构特征、转化难点及分类 

10.3 CO₂的催化活化原理 

10.4 CO₂热催化转化制备能源产品 

10.4.1 CO₂加氢合成CO 

10.4.2 CO₂加氢合成甲醇 

10.4.3 CO₂与甲烷重整制合成气 

10.5 CO₂热催化转化合成化学品 

10.5.1 构建C—O键体系：环状碳酸酯 

10.5.2 构建C—N键体系： 唑啉酮 

10.5.3 构建C—C键体系：羧化反应 

10.6 CO₂热催化转化合成聚合物 

10.6.1 CO₂与环氧单体的聚合 

10.6.2 CO₂与醇单体的聚合 

10.6.3 CO₂与胺单体的聚合 

10.6.4 CO₂与炔类单体的聚合 

10.6.5 CO₂与受阻路易斯酸碱对的聚合 

10.7 总结与展望 

参考文献 

第11章 二氧化碳：电催化转化 

11.1 电催化原理概述

11.1.1 电催化反应的类型 

11.1.2 影响电催化反应的因素 

11.1.3 评价电催化性能的指标 

11.2 电催化还原二氧化碳制备燃料和化学品

11.2.1 电还原二氧化碳的概述（基本原理） 

11.2.2 电催化剂的影响 

11.2.3 电解液体系的影响 

11.2.4 反应器的设计与选择 

11.3 电催化二氧化碳耦合其他分子制备高附加值化学品 

11.3.1 电合成有机羧酸（酯）

11.3.2 电合成有机碳酸酯、氨基甲酸酯

11.3.3 有机N物种与CO₂的电催化N-甲基化反应

11.3.4 电催化合成尿素 

11.4 总结与展望 

参考文献 

第12章 二氧化碳：光催化转化 

12.1 引言 

12.1.1 自然界光合作用 

12.1.2 人工光合作用 

12.2 半导体催化剂与CO₂光还原 

12.2.1 半导体催化剂简介

12.2.2 半导体光催化基本原理 

12.2.3 常见半导体催化剂

12.2.4 高效半导体催化剂的设计策略

12.3 分子催化剂与光驱动氧化还原 

12.3.1 分子催化剂简介

12.3.2 水氧化分子催化剂 

12.3.3 氢还原与CO₂还原分子催化剂 

12.3.4 分子催化剂修饰的光电极与光电化学反应池 

12.4 总结与展望 

参考文献 

第13章 二氧化碳：工程转化 

13.1 引言 

13.2 二氧化碳化学还原 

13.2.1 干重整 

13.2.2 电催化还原二氧化碳为一氧化碳

13.2.3 二氧化碳加氢制甲烷 

13.2.4 二氧化碳加氢制甲醇

13.2.5 二氧化碳加氢制汽油及芳烃 

13.2.6 CO₂转化制备N, N-二甲基甲酰胺 

13.2.7 CO₂转化制备碳酸酯和乙二醇 

13.3 总结与展望 

参考文献

第14章 氢和水：水为氢源的转化化学和平台 

14.1 水是绿色碳科学的基础 

14.2 氧原子耦合：水解离的关键步骤 

14.3 工程方法：超临界水 

14.4 工程方法：微滴/微气泡 

14.5 催化方法：外在因素 

14.6 催化方法：内在因素 

14.7 总结与展望

参考文献

第15章 p带中间态理论：从概念到催化应用

15.1 引言 

15.1.1 经典多相催化理论 

15.1.2 限域催化 

15.2 PBIS的科学内涵 

15.2.1 PBIS的定义 

15.2.2 PBIS的形成条件 

15.2.3 PBIS的理论验证 

15.2.4 PBIS的实验验证 

15.2.5 PBIS形成的普适性 

15.2.6 PBIS形成的实际意义和实用性 

15.3 PBIS介导的电子转移在氧化还原反应中的应用 

15.3.1 选择性加氢还原 

15.3.2 小分子CO和CO₂中碳氧键的选择性活化 

15.3.3 选择性氧化 

15.4 总结与展望 

参考文献 

第16章 限域体系纳米尺度反应与传递 

16.1 纳米催化 

16.2 纳米尺度反应中的限域催化 

16.2.1 狭义限域 

16.2.2 广义限域 

16.2.3 水相中的限域催化 

16.3 纳米尺度反应中的传递/迁移 

16.3.1 扩散传质 

16.3.2 活性位点物质传递/迁移 

16.3.3 大分子碳链断裂过程限域催化获取产物选择性 

16.3.4 甲醇制烯烃反应 

16.3.5 烷基化反应 

16.4 总结与展望 

参考文献 

第17章 思考与展望 

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