有害气体CO2、H2S协同转化资源化利用研究取得进展

日前，中国科学院院士、中科院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室、太阳能研究部研究员李灿以及研究员宗旭、博士马伟光等人发展电催化技术将天然气中二氧化碳（CO2）和硫化氢（H2S）资源化转化的相关研究取得进展。相关研究成果发表在《德国应用化学》（Angew Chem Int Ed）上。

天然气的主要成分为甲烷，同时伴随产生CO2和H2S等酸性气体。这些气体通常是无用甚至有害的，对天然气的开采、运输、加工和使用造成困难。更为严重的是，一些天然气田因为高浓度CO2和H2S的存在，直接导致不能开发。将天然气中CO2和H2S气体资源化转化利用不但可以 “变废为宝”，还能够解决天然气开采和使用面临的问题，是兼具经济和环境双重效益的理想策略。

长期以来，科研人员的研究主要聚焦在将H2S催化燃烧为元素硫和水来消除H2S，但是将CO2和H2S同时资源化转化的方法鲜有报道。在该研究中，该团队提出并实现了一种光电驱动的将CO2和H2S协同转化为化学品的策略。该策略以廉价非贵金属为阴极催化剂（石墨烯包裹的氧化锌）还原CO2、以石墨烯为阳极催化剂氧化媒介体EDTA-Fe2+（用于氧化H2S），利用化学环反应将H2S氧化为单质硫磺和质子，质子和电子被用于CO2电化学还原生成CO，净结果是实现了计量化学反应协同转化（H2S+CO2→CO+S+H2O）。

为解决能源和环境问题，李灿团队致力于利用可再生能源资源化转化CO2和H2S的研究。在CO2的转化研究中，最近发展了锌锆双金属固溶体氧化物系列催化剂 （Sci Adv,ACSCatal），选择性地将CO2分别转化为甲醇和低碳烯烃。在H2S研究中，曾采用光催化、光电及光伏-电催化方法（JCatal,Angew Chem Int Ed,Energy Environ Sci,ACSCatal）实现了H2S的多途径定向转化。其中，光催化分解H2S产氢的量子效率达到93%，是报道的纳米光催化剂在可见光下产氢量子效率的世界纪录。在这些基础之上，本项研究将CO2和H2S同时转化，为解决天然气规模化开采、运输和应用提供了新的技术策略。