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鄂尔多斯实验室先进煤化工团队报道基于碳纳米管复合载体的跨尺度催化效应

近日，鄂尔多斯实验室执行副主任、清华大学骞伟中教授和崔超婕副研究员带领的先进煤化工团队，在国际催化期刊Applied Catalysis B： Environment and Energy(应用催化B：环境与能源)报道了基于碳纳米管复合载体的优异跨尺度催化效应（DOI: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2026.127735）。长期以来，金属与催化剂载体的相互作用主要存在于亚纳米-纳米的微观尺度。工业上所用的固定床催化剂或流化床催化剂的尺寸远超这个级别，主要通过填加粘接剂将许多微观的金属-载体单元粘接起来，以实现高机械强度，避免严重磨损与跑损。但大多数情况下，这种粘接策略削弱了微观单元的反应效率，还可能导致负面的内扩散效应。这始终是国际催化剂研究领域的一大挑战。

骞伟中-崔超婕团队长期深耕合成气转化与CO2加氢以及碳纳米管制备与应用等材料体系。团队用碳纳米管填加到这些金属-载体型催化剂中发挥其导热作用时，发现了跨尺度的复合催化效应。本工作以逆水煤气变换（reverse water–gas shift, RWGS）为例，构筑了碳纳米管、铜基活性单元与粘接剂复配挤条的固定床催化剂（直径为3毫米）。掺氮碳纳米管与Cu等位点结合，形成了新的Cu-N-C活性位，大大增强了Cu位点的活性与稳定性。在H2/CO2为1条件下，在很宽的温度与压力范围下，均能够获得接近热力学平衡的CO2转化率及极高的CO产品选择性。详细表征与分析揭示，Cu-N-C活性位有效降低了RWGS反应活化能，且主要得益于CO2与H2的吸附增强以及CO脱附增强。然而，将直径为3毫米的条状催化剂砸碎，CO2转化率将显著下降。说明高介孔率的条状催化剂的空间限域效应，对CO2深度转化的贡献很大。另外，RWGS体系长期存在着高温操作利于提升转化率，但Cu基催化剂不耐高温的矛盾。碳纳米管与氧化物的复合载体以及Cu-N-C活性位结构可以有效提高催化剂在530-600℃的热稳定性，提供了更多的调变可能。

另外，RWGS既是CO2加氢的基石，也是独立生成合成气的过程。该团队在低H2/CO2进料下，实现了接近CO2热力学平衡转化率，宏观效果是合成气具有理想比例（H2/CO=2/1~3/1），可以不经WGS过程，直接衔接下游甲醇合成、费托合成与合成天然气等重要工业过程。与以前高H2/CO2（3/1或4/1）的RWGS转化体系相比，显著降低了气体组分调制的分离能耗，增强了RWGS的实用性。

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什么是草畜平衡？

草畜平衡：是指草原上生产的、可供合理利用的饲草量与放牧牲畜所需的饲草量保持动态平衡。

休牧：是指在草畜平衡区实行季节性禁止放牧的措施。

禁牧：是指对草原实行一年以上禁止放牧利用的保护措施。（来源：鄂尔多斯林草发布）

编辑：郭燕蓉

校审：王艳

终审：陈丽敏