2023年第3期最具影响力论文
文摘
科学
2024-07-12 08:46
浙江
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作者
张霄1,2，董毅1，林赛赛1,2，傅雨杰1，徐丽1，赵海涛1,2，杨洋1,2，刘鹏1,2，刘少俊1,2，张涌新1,2，郑成航1,2,3，高翔1,2,3,*
单位
1. 浙江大学 能源高效清洁利用全国重点实验室
2. 浙江大学 碳中和研究院
3. 白马湖实验室
摘要：
“双碳”背景下，加快研发高效的能源与环境催化材料有助于推进能源清洁利用和环境污染治理。传统催化材料研发模式主要依赖实验试错方法，难以满足能源与环境领域对高效催化材料的研发需求。快速发展的机器学习等数据科学技术为催化材料研发带来范式变革的契机。基于机器学习、实验数据和计算数据的有机结合，可对催化材料进行快速筛选，突破传统试错法的局限性，有利于解决催化剂研发效率低、成本高等难题。本文从催化材料的位点预测、配方筛选、构型设计以及反应路径优化等角度讨论了机器学习方法加快能源与环境催化材料创新的研究进展，分析了不同训练数据获取途径对应的机器学习方法构建及其在催化材料开发中的应用，展望了机器学习加快催化材料研究方法创新的发展趋势，以期为促进其在能源与环境领域的应用提供启示。
作者
郑友取1,2，应杰2，李国能2,*，朱亦圆2，沈融2，汤元君2，郭文文2
单位
1. 衢州学院 机械工程学院
2. 浙江科技学院 能源与环境系统工程系摘要：
节能是我国实现“双碳”目标最重要和最经济的手段之一，当前发动机效率不高，工作时有大量余热排放到环境中。基于塞贝克效应的半导体余热温差发电技术在利用发动机余热方面有独特的优势，吸引了广泛深入的研究。本文介绍了发动机余热温差发电系统的技术原理、器件结构和余热温差发电系统的构成，并对国内外研究进行了系统回顾，分析了当前热电材料和系统的发展状况、应用潜力、评价指标和存在的问题和挑战，并给出了若干个影响发动机余热温差发电系统性能的关键科学问题和初步解决思路。热端温度分布的不均匀性是当前余热温差发电系统的设计难点；此外还需要平衡余热温差发电系统中集热器的集热效率和压降之间本征矛盾关系，以便获得最大的节油率。本文还给出了作者团队在发动机余热温差发电应用示范工程中发现的新问题和获得的新数据，为后续研究提供了有意义的参考。
作者
帅永1,*，马丹妮1，颜天天1，张烁1，GUENE LOUGOU Bachirou1，张昊2，王伟1
单位
1. 哈尔滨工业大学 能源科学与工程学院
2. 哈尔滨工业大学 电气工程及自动化学院摘要：
太阳能热催化还原技术是二氧化碳资源化的重要技术路线，不同催化剂可实现CO2向CO、CH4、HCOOH、MeOH和合成气的转化。转化过程中光激发热电子及处于一定热环境中的热力系统的状态同时受到光热转化效率、材料选择性以及系统结构和工作参数的影响，直接决定了系统的转化效率。本文分析了热驱动二氧化碳催化转化相关的科学技术问题、挑战和需求，系统总结了二氧化碳热化学转化过程的反应热力学和动力学机制，以及新型反应器研发方面的重大进展。指出了考虑入射能量光谱特性与光热催化剂匹配能够实现低能量输入条件下的高转化率和高选择性，通过二氧化碳加氢生产C1+和C2+燃料能够有效扩大太阳能光热耦合利用规模并使之与化学工业接轨，具有重要的研究价值和广阔的应用前景。
作者
黄浩瑜1,2，高艳珊1,2,*，王强1,2
单位
1. 北京林业大学 环境科学与工程学院 水体污染源控制技术北京市重点实验室
2. 北京林业大学 环境科学与工程学院 污染水体源控制与生态修复技术北京市高等学校工程研究中心摘要：
大气污染物排放清单不仅能够提供大气污染物排放源的基本信息，助力大气污染防治决策的制定，还能为空气质量模式模拟提供基础数据。排放清单的准确性会极大程度上影响大气污染治理决策的有效性及模型建模的准确性，因此一份准确的大气污染物排放清单在大气污染防控工作中至关重要。本文总结了我国人为源大气污染物排放清单的研究现状，包括大气污染物排放清单编制方法、不同尺度排放清单研究现状以及排放清单评估方法三个方面，同时提出我国排放清单研究中存在的问题。在此基础上，结合我国当前“减污降碳”防治需求，分别从大气污染物排放清单与温室气体排放清单相结合，制定统一的减污降碳政策、建立即时更新的排放因子库、统一规范排放清单编制体系、统一各地精细化排放清单以及构建更精准的国家大气污染物排放清单等方面对我国人为源大气污染物排放清单的研究方向进行了展望。
作者
徐文青1，符乐1,2，杨阳1，田沁霖1,2，李超群1，王艺晰1，朱廷钰1，郝润龙2,*
单位
1. 中国科学院过程工程研究所
2. 华北电力大学摘要：
钢铁行业碳排放位列工业行业首位，其中高炉工序碳排放量最高，是钢铁行业碳减排卡脖子环节。高炉煤气循环耦合碳捕集是高炉实现碳减排的重要途径，在减少碳排放的同时，能够实现炉顶煤气的资源化利用，达到节能减排的目的。文章综述了煤气循环耦合碳捕集对高炉冶炼的影响，介绍了以煤气循环为主要特点的富氧高炉冶炼工艺，综述了高炉碳捕集技术在工业应用成熟的化学吸收法和变压吸附法，指出将煤气循环和碳捕集耦合更有利于高炉冶炼。在已发展的煤气循环耦合碳捕集应用中，两种技术耦合可使高炉碳排放降低20%～40%。未来的研究应关注煤气循环过程中高炉内反应机理变化，和适用于高炉煤气的低能耗碳捕集材料开发，并积极推进该技术在工业上的应用。
“木质素优先”策略下生物质还原催化分离技术研究进展作者
杨旭，骆治成，肖睿，张会岩*
单位
东南大学 能源与环境学院 能源热转换及其过程测控教育部重点实验室摘要：
木质纤维素生物质是地球上最丰富的可再生碳资源，有潜力替代石油来生产清洁燃料和化工产品。当前木质素组分的高效利用很困难，木质素高值化是实现生物质全组分利用的关键。为实现生物质全组分的高值化利用，本文研究了基于“木质素优先”策略的分离机制，综述了木质纤维素还原催化分离的研究进展，探索了木质素脱除率、单酚产率和选择性及碳水化合物保留率等的影响因素，分析了生物质原料、溶剂、酸碱添加剂、催化剂和反应器对“木质素优先”策略的影响规律，提出了新型催化剂和反应器的设计思路，展望了木质素还原催化分离的研究方向。分析表明：单酚产率按照硬木→草本作物→软木顺序依次递减，醇水两相体系有利于木质素和半纤维素的提取与溶解以及纤维素结构的保留，酸的加入不仅提高木质素脱除率和单体收率还能促进半纤维素的水解，半/全流动反应器有效避免后续催化剂和碳水化合物的分离。
摘要：
全球每年塑料总产量高达4亿t,使用后的塑料近80%被直接填埋或倾倒在自然界中，随之产生和释放的微塑料会对生态环境及人类健康带来巨大威胁，如何高效环保地处理废塑料已成为当下国内外共同关注和研究的热点。在众多的废塑料处理方式中，以热解为代表的化学回收技术可将高分子聚合物转变为小分子单体或低聚物等高值产品，是目前废塑料回收技术研究的前沿领域。本文详细总结了废塑料快速热解、催化热解、氧化热解、加氢热解等不同热解技术的研究和产业化进展，对目前废塑料热解研究和产业化面临的挑战和难题进行了讨论，并展望了各种热解技术未来的发展方向，以期在未来的研究中能够根据现有基础探索出更加高效、环保、经济的废塑料热解技术和方法，从而满足不断增长的环保和可持续发展需求。
人工湿地耦合微生物燃料电池处理重金属废水的研究进展摘要：
人工湿地耦合微生物燃料电池(CW-MFC)是一项将人工湿地技术(CW)与微生物燃料电池(MFC)相结合的新型技术，克服了MFC无法自成体系的缺点，可以在处理各类型废水的同时产生电能，具有广阔的应用前景和研究意义。近年来，国内外关于CW-MFC处理染料废水、含盐废水、农药废水、有机化合物废水及含抗生素废水等内容开展了大量研究并取得了重要的研究进展，但在重金属废水处理上的研究内容较少且深度较浅。因此，基于现目前已有的研究，从产电性能和污染物去除效果两方面，总结归纳了CW-MFC去除铬、砷、锌、镍、铅等重金属的研究现状，并从基质、电化学、微生物及植物等方面阐明了CW-MFC中重金属的去除机理。通过研究现状及去除机理发现，CW-MFC对含高价态重金属废水(如Cr(VI))的去除效果及产电性能更好，这可能归因于高价态重金属所具有的强氧化性，增大了CW-MFC的氧化还原梯度，促进了系统产电、提高了电化学作用去除的效率。最后探讨了该技术面临的挑战并进行了展望，以期为CW-MFC技术的发展提供理论依据。
贵金属(Pt、Pd和Ru)基催化剂在含氯挥发性有机物催化降解中的研究进展作者
杨沁，徐晗，赵亚若，田明姣，何炽*
单位
西安交通大学 能源与动力工程学院 环境科学与工程系摘要：
含氯挥发性有机物(Chlorine-containing volatile organic compounds, CVOCs)由于存在来源广泛、生物/环境毒性高、易使催化剂Cl中毒失活等问题，是当前VOCs控制领域的研究重点和难点。催化降解技术具有能耗低、效率高、二次副产物少等显著优点被认为是最有效的CVOCs排放控制技术之一。高性能催化剂是该技术的核心。目前，CVOCs降解催化剂主要以Al2O3、TiO2、MgO、CeO2等单一或复合金属氧化物为载体，以Pt、Pd、Ru等为反应活性中心。在CVOCs氧化反应中，贵金属在低温下易与Cl作用，覆盖/惰化活性位，导致催化剂低温活性下降。常用的提升负载型贵金属催化剂CVOCs催化性能的策略有金属助剂掺杂、活性中心状态优化、载体性质调控、反应条件调节等。本文综述了贵金属(Pt、Pd和Ru)基催化剂在CVOCs催化氧化中的研究进展，主要集中于过渡金属引入、载体本征性质调变、反应条件调节等在CVOCs转化效率及催化剂性能改善中的作用。此外，对CVOCs催化净化催化剂的发展方向提出了展望。
摘要：
传统冷链运输的高能耗和高排放被认为是实现物流运输行业碳达峰、碳中和的重大挑战。相变储冷技术作为近年来发展的新兴技术，有望极大降低制冷负荷、减少能源消耗和温室气体排放量。本文比较传统冷链运输与相变储冷冷链运输的碳排放足迹，阐明了相变储冷技术在冷链运输低碳转型中的应用潜力，分析了不同种类冷链运输所需的储冷技术要求。相变储冷技术关键在于相变储冷材料的性能调控和封装技术，性能调控重点是调节相变温度满足不同货物的冷藏要求，而封装技术则重点解决相变材料的泄漏问题并增强其导热能力。相变储冷技术与冷链运输的集成方式多样：与冷藏车的围护结构相结合，制成共晶板置于厢体内部，与传统制冷单元相集成亦或是制成被动式冷却冷链运输箱。相变储冷冷链运输今后研究的重点是研制高性能相变储冷材料，同时实现冷链运输过程的多温区调控与智能化。
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2024年第3期
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编辑｜邵方嫄
审核｜金丽丽
