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清華新聞網6月29日電 近日，清華(hua)大學能(neng)源與動(dong)力工(gong)程系張衍(yan)國教授(shou)、周會助理(li)教授(shou)課題組2018級(ji)直博生(sheng)于(yu)士杰等(deng)人在(zai)生(sheng)物(wu)質水熱轉化的(de)研究工(gong)作上取得新進展。他們通(tong)過(guo)解耦水熱反應中(zhong)的(de)溫度和壓力，實(shi)現(xian)了(le)(le)纖維素的(de)低溫快速(su)轉化，并深入探究了(le)(le)纖維素的(de)水熱轉化機理(li)，拓寬了(le)(le)生(sheng)物(wu)質水熱轉化領域(yu)的(de)認知邊(bian)界。

木質(zhi)纖維素(su)生物(wu)質(zhi)，如木材、草和(he)農業廢(fei)棄物(wu)，由纖維素(su)、半纖維素(su)和(he)木質(zhi)素(su)組成(cheng)，是(shi)一種可(ke)再生的(de)(de)碳(tan)中性資源。纖維素(su)作(zuo)為木質(zhi)纖維素(su)生物(wu)質(zhi)的(de)(de)主(zhu)要成(cheng)分，是(shi)自然界中最豐富的(de)(de)可(ke)持續碳(tan)源，同時也是(shi)紙和(he)棉基(ji)紡織(zhi)品的(de)(de)主(zhu)要成(cheng)分。因此(ci)，纖維素(su)的(de)(de)高附加值利用有望有助于緩解能源危機和(he)全球(qiu)變(bian)暖，助力我國“雙碳(tan)”目標(biao)的(de)(de)實(shi)現(xian)。

                                          圖(tu)1.負碳排放的纖維素生成亞微米碳球示意圖

在本研究(jiu)中，針對傳統水(shui)熱反(fan)應溫(wen)度壓(ya)(ya)(ya)(ya)力耦合的(de)問題，于士(shi)杰(jie)等人設計(ji)并開發(fa)了(le)一套(tao)溫(wen)度壓(ya)(ya)(ya)(ya)力解(jie)耦的(de)水(shui)熱反(fan)應系(xi)統，發(fa)現恒(heng)定高壓(ya)(ya)(ya)(ya)對于纖(xian)維(wei)(wei)(wei)素(su)轉(zhuan)化具(ju)(ju)有(you)顯著(zhu)的(de)促進作用，并基(ji)于此(ci)設計(ji)了(le)纖(xian)維(wei)(wei)(wei)素(su)的(de)低(di)溫(wen)快(kuai)(kuai)速轉(zhuan)化路線。在溫(wen)度壓(ya)(ya)(ya)(ya)力解(jie)耦的(de)路線下(xia)(xia)，纖(xian)維(wei)(wei)(wei)素(su)可以在約117℃時(shi)(shi)(shi)降解(jie)，低(di)于傳統路線近100℃。在該路線下(xia)(xia)，纖(xian)維(wei)(wei)(wei)素(su)衍生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)亞(ya)微米碳(tan)球的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)不(bu)需(xu)要(yao)(yao)任何等溫(wen)時(shi)(shi)(shi)間，與需(xu)要(yao)(yao)幾個小時(shi)(shi)(shi)的(de)傳統工藝相(xiang)比(bi)(bi)，也要(yao)(yao)快(kuai)(kuai)得多。生(sheng)(sheng)(sheng)命周(zhou)期評估表(biao)明，與傳統方法(fa)相(xiang)比(bi)(bi)，該方法(fa)顯示出更高的(de)能(neng)源效率(lv)，能(neng)夠有(you)效減(jian)少溫(wen)室氣體(ti)排(pai)放。該研究(jiu)有(you)望為具(ju)(ju)有(you)負碳(tan)效應的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)質的(de)高附加值(zhi)利用和(he)碳(tan)材料(liao)的(de)可持續生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)提供新(xin)的(de)可能(neng)性(xing)。

6月24日，《自(zi)然(ran)?通(tong)訊(xun)》（Nature Communications）期刊上(shang)刊登了該研究成果，論(lun)文的題目為(wei)“解耦溫度壓力由(you)纖維素水熱(re)合成亞微米碳球”（Decoupled temperature and pressure hydrothermal synthesis of carbon sub-micron spheres from cellulose）。

能源(yuan)與動力工程系2018級直博生(sheng)于士(shi)杰為(wei)該論文第一作(zuo)者(zhe)，張衍國(guo)教(jiao)授、周會(hui)助(zhu)理(li)教(jiao)授和西湖大學王蕾助(zhu)理(li)教(jiao)授為(wei)通訊作(zuo)者(zhe)。論文合作(zuo)者(zhe)還包(bao)括西湖大學科研助(zhu)理(li)董昕玥、清(qing)華大學能動系2019級本(ben)科生(sheng)趙(zhao)鵬(peng)、埃因(yin)霍芬理(li)工大學的駱治成(cheng)博士(shi)、北京林業大學的孫卓華教(jiao)授、清(qing)華大學能動系科研助(zhu)理(li)楊(yang)瀟(xiao)瀟(xiao)以及李清(qing)海副研究(jiu)員。

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供稿：能動系

編輯：李華山

審核：呂婷