近日，中国科学院广州能源研究所廖玉河研究员联合比利时鲁汶大学和法国道达尔能源公司，报道了一种酸碱协同催化胺法碳捕集溶剂再生的新路径。该研究提出，固体ZrO_xH_y催化剂可显著提升胺溶液中二氧化碳（CO₂）的脱附速率，在固定床反应器中表现出2.5倍的CO₂脱附增强效果。相关成果以Proximity-independent acid-base synergy in a solid ZrOxHy catalyst for amine regeneration in post-combustion CO₂ capture process为题，发表于《自然-催化》（Nature Catalysis）。

胺溶液吸收捕获二氧化碳是成熟的碳捕集技术之一，当前有望广泛应用于燃煤电厂、水泥、钢铁等行业。但是，该技术脱附CO₂以再生胺溶剂需要较高温度（>120℃），导致溶剂再生过程能耗高（占整个碳捕集过程能耗的60%以上）和溶剂降解，且高温胺溶液腐蚀设备。

针对上述问题和基于前期研究基础（ACS Catalysis，2022，12，11485-11493），该工作通过调控溶胶-凝胶合成方法的pH值，获得了富含桥联羟基（-OH_b）和端位羟基（-OH_t）的ZrO_xH_y固体催化剂。原位表征和动力学研究表明无需这两种羟基在催化剂表面的空间邻近性，通过催化剂羟基之间的酸（-OH_b）碱（-OH_t）平衡和协同催化即可实现氨基甲酸盐解离与质子转移的双循环反应，从而提升CO₂的脱附速率。在固定床实验中，ZrO_xH_y催化剂表现出优异的催化性能，在95℃条件下CO₂从胺溶液中的脱附速率提升2.5倍，显著降低了溶剂再生能耗和再生温度。该催化剂也具有良好的循环稳定性和可回收性。

ZrO_xH_y协同催化机理图

该工作得到了国家自然科学基金面上项目等项目资助。

论文链接  https://www.nature.com/articles/s41929-025-01307-8