催化反应技术在滨海电厂的CO2资源化利用和海洋防污领域的应用

刘安仓，陈川，陈建忠，陈裕忠，朱晨亮，江永，鲁福身，王双喜，钟子宜，宋一兵

（1 华能（广东）能源开发有限公司，广东 广州 510627；2 汕头大学化学系，广东 汕头 515063；3 广东以色列理工学院，广东 汕头 515063）

我国沿海地区分布着众多的大型火电厂，由于采用超超临界机组，先进的脱硫、脱硝工艺以及碳捕获和存储（CCS）技术，使得大气污染物（SO2、PM2.5）排放浓度在一定程度上得到有效的控制[1]。然而，火电行业作为温室性气体CO2的主要排放源，2019年二氧化碳排放量约为43.28亿吨，占全国碳排放总量的40%以上[2]；目前较成熟的CCS 技术只是对CO2进行捕获和存储，未能从根本上实现CO2减排的目标。为了满足生产的需求，火电厂每年要花费巨资购买额外的碳排放指标（购买费用为77.18 元/吨），经济压力巨大。另外，滨海电厂大都使用海水直流冷却技术，不可避免地遭受海洋生物污损危害，不仅会影响冷却设施的正常使用，加剧结构腐蚀和破坏，甚至引发严重的安全问题[3]。因此，CO2减排和海洋生物污损防治是滨海火电厂亟待解决的两大难题。

在燃煤火电厂原有的基础上，增加碳捕集与处理技术，将其改造成低碳属性的碳捕集电厂（carbon capture power plant,CCPP），能够有效缓解化石燃料利用与碳减排之间的矛盾，是目前多数火电厂为减少碳排放量采取的重要举措。近年来，随着材料制备科学及新能源催化反应技术的发展，研究者们开发出了众多可用于CO2吸附与分离的功能性材料，并通过催化反应将捕获的CO2转化为高价值的化合物或燃料，既能减少CO2的排放，又能实现碳资源化的循环利用[4-5]。同时，催化反应技术也已被应用于污染防治[6]、污水处理[7]及细菌灭活[8]等，并正在延伸至海洋生物污损防治领域[9]。基于滨海火电企业的生产实况和技术需求，本文介绍了近年来有关金属有机框架（MOF）材料结构改性和功能化修饰以提高CO2选择性吸附性能等方面的最新研究成果，系统地总结了热催化、光/电催化反应技术在CO2资源化利用和海洋生物污损防治领域的应用，并从环保和实用化的角度对滨海电厂在CO2减排和生物污损防治技术方面的发展趋势进行了展望。

1 二氧化碳捕集与催化转化

二氧化碳捕集与利用技术（carbon dioxide capture and utilization,CCU）是用吸附材料捕获和富集CO2，进而通过催化反应将CO2转化为高价值的化合物或燃料。由于该技术能够从根本上解决碳排放的问题，因此备受研究者的青睐，已成为材料与化工领域的研究热点[10-11]。高性能的CO2吸附材料和催化剂的设计与开发是CCU 技术的关键核心，也是科研工作者面临的重大挑战。

1.1 CO2吸附捕集

CO2是一种非极性的酸性气体，动力学直径为0.33nm，低温高压下易液化或固化。基于CO2的物理、化学性质，开发的捕集方法与分离技术有吸附、吸收以及膜分离等。工业上一般是依据烟道气的组成特点选取合适的富集与分离技术[1]。液胺吸收法是煤电企业普遍采用的CO2捕集方法，尽管技术成熟、处理量大，但也存在能耗高、易挥发、难再生及易腐蚀设备等问题。相较于液胺吸附法，固相吸附在能效方面表现出明显的优势，这是由于固体的比热容较低、再生容易等，可以大大降低CO2捕获和分离所需的能耗[12-13]。迄今，研究者们开发出了多种类型的固态材料，用于烟气中CO2吸附捕集。根据吸附工艺条件，可分为高温吸附材料（如水滑石类化合物[14]、碱金属类化合物[15]和陶瓷材料[16]）、低温高压吸附材料（沸石分子筛[17]、多孔碳材料[18]、多孔聚合物[19]和金属有机框架化合物[20]）以及低温常压吸附材料（如固态胺[21]、聚离子液体[22]等）。在上述几类固态材料中，MOFs是一种网络结构的晶态多孔材料，具有高孔隙率、良好的稳定性及再生能量低等优势，被认为是最具潜力的CO2吸附捕集材料。大量的研究结果表明，具有开放的金属位点和特定的拓扑结构的MOFs材料往往表现出优异的CO2吸附和选择性能。Lin等[23]采用微波辐射法将Pd 渗入{[Ce(BTC)(H2O)]·DMF}n材料中，制备了Pd/Ce-MOF 复合材料；在273K 条件下，该材料对CO2吸收量可达3.5mmol/g。Qazvini等[24]设计了一种性质稳定、价格低廉且可回收利用的MUF-16材料（图1，1Å=0.1nm），并对其CO2的选择吸附性能进行了深入研究。密度泛函（DFT）计算及表征实验结果显示，MUF-16材料的孔道结构在尺寸和静电势上能与CO2匹配与互补，从而使该材料在二氧化碳与烃类的混合气氛中表现出优异的CO2选择吸附能力。

图1 MUF-16 材料的合成与结构[24]

为了进一步提高MOFs 材料对CO2的吸附量和选择性能，研究人员采用胺基功能化方法对MOFs材料进行修饰，也取得了明显的效果。Lin 等[25]选用MIL-101(Cr)和聚乙烯亚胺（PEI）为原始材料，通过简单的浸渍法制备了系列PEI 功能化的MOFs吸附剂。对比实验结果显示，纯PEI的比表面积相较于MIL-101(Cr)减少了约80%，但在同等条件下对CO2的吸附能力则有了显著的提高，并将其归因于胺基基团引入MOFs 会产生更多的Lewis 碱性位点，从而显著增强了CO2的吸附能力。他们进一步研究了PEI-MIL-101-100 材料在低压下对烟气中CO2吸附情况，证实该材料具有优异的CO2吸附选择性能。其他研究者分别使用五乙烯六胺、乙二胺及氨基等有机配体分子对MOFs材料进行功能化修饰 后， 也 得 到 了 类 似 的 结 论[26-27]。 另 外，Demessence 等[28]选用乙二胺对H3[(Cu4Cl)3(BTTri)8]裸露的二价铜功能化修饰，将CO2的吸附量从1.27mmol/g 提高到3.24mmol/g （0.01MPa、298K），而且表现出较好的CO2/N2选择吸附性。Khan等[29]用2-氨基对苯二甲酸制备了功能化的MOF（Cu-ABDCMOF）吸附剂，低温下Cu-ABDCMOF 的CO2吸附量为5.85mmol/g，而同等实验条件下，未改性的Cu-BDCMOF的CO2吸附量仅有1.15mmol/g。

上述研究表明，尽管MOFs材料比表面积因有机配体的引入而减少，但其与CO2分子的亲和力会显著增强，从而大大提高CO2的选择性和吸附能力。这主要归因于：①与MOFs中芳香环上的胺基共价接枝相比较，苯环的吸电子性可以降低氨基的碱性，将烷基胺引入MOFs 中会产生更多的Lewis碱性位点，从而显著增强低压下CO2的吸附能力；②CO2在MOFs 芳香族氨基上的吸附热通常在20～45kJ/mol范围内，对应于物理吸附，烷基胺能够与CO2发生化学反应形成氨基酸。

然而，烟道气成分复杂，水蒸气及竞争吸附性气体的存在会对MOF 的稳定性和选择吸附能力产生严重影响。另外，吸附机理是吸附特性的内在控制因子，也是设计和构建高性能吸附剂的理论依据，但目前有关CO2固体吸附剂的吸附机理仍然存在争议。因此，探究CO2吸附机理，针对常规的MOFs 固有缺陷，从功能性配体的设计与金属中心的选择出发，开发出高效的CO2固态吸附材料，对推动二氧化碳捕集与利用技术（CCU）的发展具有重要意义。

1.2 二氧化碳资源化利用

1.2.1 “废热利用”——热催化

热催化CO2加氢是碳捕集与利用的重要方向，也是离实际应用最近的可能途径之一。火电厂的锅炉燃煤机组在工作过程中会产生大量的废热，若能合理利用此类热量对CO2实施热催化转化，无疑具有重要的经济价值。就热催化技术而言，可以通过提高温度促使反应发生，制备CH4、CO 和CH3OH等高附加值的化学品[30]。上述过程主要涉及CO2的加氢反应，无论从热力学还是动力学角度来看，中心对称的线性CO2分子十分稳定，因此热催化CO2加氢转化只有在比较严苛的条件下（高温、高压）才能发生。另外，该反应体系常伴生逆水煤气变换（reverse water gas shift，RWGS）反应，影响产物的选择性。以CO2甲醇化的非均相催化反应为例[31]，该过程是由放热的目标反应，式(1)和式(2)所示的RWGS组成。热力学上，低温、高压有利于目标反应(1)的进行，但从动力学和CO2的惰性特点考虑，若采用常规的Cu/ZnO/Al2O3催化剂，实际的反应条件为220～300℃和5～10MPa。此条件下存在严重的RWGS，会产生较多的副产物（CO、H2O），致使目标产物的选择性降低，造成甲醇的产率难以突破20%；同时高温易引发催化剂烧结或发生相分离失活。虽然理论上可以通过降低反应温度（≤200℃）来增加反应器单程的转化率，但是在较低的温度下使用现有的催化剂，反应速率会显著降低。因此，开发活性高、稳定性好的催化剂是热催化CO2加氢反应的研究重点。

经过研究者的不懈努力，用于CO2热催化加氢反应的催化剂研究及应用取得了长足的发展，其组分包括铜基[32]、贵金属基（Pd基、Au基）[33-34]、双金属基（合金、金属间化合物）[35-36]、氧化物[37]及复合氧化物[38]等。即便如此，该催化反应过程多数仍是在较严苛的反应条件下进行，催化剂积炭和烧结严重，因此仍需进一步提升此类催化剂的反应性能，才能有望继续扩大二氧化碳催化转化工业应用领域的成果。最近，Li等[39]报道了一种高负载量的7.5%Pt/MoS2单原子催化剂，与单个铂原子掺杂的0.2%Pt/MoS2相比，相邻铂原子掺杂的7.5%Pt/MoS2的反应活化能只有0.2% Pt/MoS2活化能的一半左右，在150℃条件下对二氧化碳加氢的TOF 值可达162.5h-1。进一步的研究表明，相邻Pt 单原子的协同作用可以有效降低反应势垒，优化了二氧化碳加氢反应途径，提高了催化反应活性，因此表现出良好的低温催化性能。针对这种“1+1>2”的现象，他们创造性地提出了“单中心邻近原子协同催化”这一概念，颠覆了人们对于单原子之间互不干扰的传统认识。CO2低温转化催化剂的研究方兴未艾，成果不断涌现。Chen等[40]通过构筑负载在金属有机框架MIL-101 上的Pt 单原子催化剂，采用DMF 溶剂，在150℃、3.2MPa的反应条件下，其TOF值为117h-1，产物甲醇的选择性高达90.3%。An 等[41]发现固载于MOFs中的分子铱配合物催化剂在常压和接近室温（85℃）条件下，可以有效地将二氧化碳转化为甲酸/甲酸盐（如图2 所示），其TOF 高达410h-1，这为实现低温、低压热催化CO2转化迈出了极其重要的一步。

图2 mbpy-[IrⅢ]-UiO和mbpyOH-[IrⅢ]-UiO催化剂的制备及结构表征[41]

1.2.2 “光电耦合”——光电催化

光电催化反应技术以清洁能源（太阳能、电能）为反应驱动力，在常温、常压下可实现CO2催化加氢并转化为对人类有益的碳氢化合物燃料。相较于单一的光或电催化反应技术，其优势如下。①提高了催化反应活性。在外加电场作用下，光生载流子定向迁移和半导体能带弯曲，有效遏制电子-空穴的复合速率，从而提高了CO2的转化效率。②降低了反应能耗。半导体材料经太阳能诱导、激发产生光生载流子，进而参与氧化还原反应，最终实现对CO2的催化转化，这一过程极大减少了外部能量的投入。③有利于从微观上评价催化剂的活性，并探究CO2催化还原反应机理。因此，光电耦合催化CO2转化[42]受到了人们广泛的青睐，且有望成为实现碳循环经济目标的有力手段。

光电催化反应技术的关键核心也在于催化剂的设计与开发以及催化反应体系的构建。1978 年，Halmann[43]首次报道了使用C 作为阳极，p-GaP 半导体材料作为阴极，通过光电耦合催化将CO2还原为HCOOH、HCHO 和CH3OH 等小分子有机物。随后，科研人员对于CO2光电耦合催化反应体系中光电极材料改性、反应器设计、反应路径等进行了众多有益的探索，并对相关工作进行归纳总结，极大推进了光电催化CO2转化的规模化应用进程。周威等[44]从强化光吸收、载流子分离以及界面反应三个角度出发，阐述了增强光电催化CO2还原反应效率的基本策略。Zhang 等[45]从光电阴极的精细结构出发，总结了包括提高光利用率、提供催化活性位点和控制反应路径等策略，并且概述了各种新颖的光电催化CO2还原反应装置。张甄等[46]从光电催化的优势、反应机理、研究现状、催化剂、最新研究成果等方面综述了光电催化CO2能源化利用的研究进展，探讨了光电体系的电极材料组成、电解液组分以及常见的光电催化剂对整个光电催化体系催化性能的影响。

近期，国内外研究团队在构建光阴极用于CO2还原转化的研究方面有了新的突破。他们使用染料敏化、Pd沉积、功能化修饰等手段[47-50]，有目的地对光阴极的光吸收、载流子分离及界面反应进行强化，从而提高催化反应的活性和目标碳氢化合物的产率。譬如，Xu 等[48]合成一些经Pd、EosinY 二钠盐修饰的TiO2光阴极，能够很好地将CO2催化转化为甲醇、乙醇和丙酮等产物，其中活性最好的催化剂甲醇生成速率为43.6µmol/(L·h·cm2)、选择性接近100%；在此基础上，Wang 等[49]采用泡沫镍负载的胺功能化TiO2作光阴极，设计了如图3所示的电解池体系（BiVO4用作光阳极）。在该反应体系中，不仅甲醇的生成速率提高到了153µmol/(L·h·cm2)，而且光量子效率达到了1.2%，是自然界植物的2倍。然而，大部分光电催化剂中都含有贵金属材料，不利于光电催化技术的工业推广。针对上述不足，Asadi 等[50]制备了一种高效的过渡金属二硒化钨（WSe2）二维纳米片催化剂，将CO2光电催化转化成合成气（CO 和H2），其中生成CO 的效率（TOF）是Ag 纳米催化剂的1000倍。高效CO2还原体系归结为WSe2纳米片的低过电位和高效的电子转移特性以及离子液体提高了局部CO2浓度。值得注意的是，这种二维WSe2纳米片催化剂的合成成本仅为贵金属催化剂的1/20，显示出良好的应用前景。

图3 胺功能化TiO2光电催化CO2还原[49]

另外，MOFs 材料因易于组装成新的结构，能够使用合适的光活性结构单元，且可以为各种催化反应提供活性位点等，引起了研究者的关注。Deng 等[51]报道了一种在Cu2O 光电阴极表面原位生长包覆Cu3(BTC)2涂层的简便方法。实验研究表明，MOFs涂层既能有效防止Cu2O光电极的光腐蚀，又能为CO2还原反应提供活性位点。利用超快光谱分析可知，MOFs与Cu2O所形成的界面能有效促进光生电荷的分离和转移，从而显著提高Cu2O 在光电催化CO2还原中的活性和稳定性。这一成果为利用MOFs 设计先进的光电极提供了一种具有前景的策略，同时也突出了界面电荷动力学在光电催化CO2还原中的重要作用。总的来说，如何将光能、电能耦合协调好，并设计、构建出高效非贵金属基或非金属基的光电催化剂和其反应体系，是未来光电催化技术工业推广亟待解决的重点方向。

2 海洋生物污损治理

2.1 海洋生物污损

我国滨海电厂大都采用海水直流冷却技术，污损生物附着、栖息在电厂冷却设施上，会引起水流通量下降，导致冷却效能的降低，此外还会造成设备腐蚀，带来严重的安全隐患[52-53]。目前解决污损的主要方法有物理滤沥/清除法、高分子材料涂覆和化学防污法[54]。这些方法在防污治理中虽具有一定的实效，但也存在着局限性。譬如，物理滤沥/清除法仅适用于体型较大的污损生物，且需人力或机械定期清除。高分子材料涂覆和化学法虽然防污效果较好，但前者在使用过程中可能会产生海洋“微塑料”；后者则需要定时投放大量的化学试剂（次氯酸盐等），对环境和生态造成损害。因此，针对污损问题提出切实可行、绿色环保的解决方案，是滨海电厂亟待解决的重要科学和实践命题。

了解滨海电厂附近海域的生态环境，污损实况及污损生物黏附、生长过程是污损防护的前提与基础。先期的实地调研中发现，造成污损的主要有贻贝、藤壶及藻类等。研究表明，海洋生物污损过程大致分为四个阶段[55]。①“基膜”（conditioning film）的产生。固体基材浸入水下短时间内，海水中的有机分子，如多糖、蛋白、糖蛋白及一些无机化合物通过范德华力、氢键和静电等相互作用力沉积在基体表面，构成“基膜”。②“生物膜”（biofilm）的形成。细菌、硅藻等微生物聚集在基膜上，通过胞外大分子物质（EPS）与基膜黏结，形成生物膜。③海洋孢子、原生动物及大型污损生物幼体的附着与群落演变。此阶段，生物的种类和个体数不断增多，群落演替现象明显，密度大、生长迅速的物种将成为污损群落中的优势种。④稳定期。个体大的优势种类充分生长，经优胜劣汰后，群落结构趋于稳定。由此可知，要想抑制生物污损，就需要阻断上述链条，即构建出不利于其附着与生长的局域环境。

2.2 污损治理

低表面能涂料防污是生物污损防治领域内的一个研究热点[56-57]，它是基于海洋生物具有向触性（即喜欢吸附于粗糙的表面）开发的一种物理防护方法。Kendall 模型[57]和模拟实验结果表明，涂层表面能和弹性模量越低，污损生物脱附越容易；当涂层厚度远小于污损生物半径时，涂层材料越厚越利于污损生物脱附。据此开发出的低表面能涂料有有机硅弹性体、有机氟聚合物、含硅或含氟的嵌段聚合物、嵌段双亲性聚合物交联网络等。这些材料表面能低，具有超强的疏水性和表面光洁、纹理细腻的特点，使得海洋生物难以牢固黏附其上，在海水冲蚀下容易剥落。然而，这类材料存在价格偏高、与基底黏附力差等问题，限制了其规模化应用。

对生态环境影响小且具有“杀生”效果的化学防污涂料是海洋生物污损防护领域的另一个主流发展方向。含氧化铜或者氧化亚铜的高分子材料是目前研究较多、应用最为广泛的防污涂料[58-60]。在海水冲蚀下，防污涂层缓慢释放出的铜离子能够使海洋生物赖以生存的主酶失去活性，或使生物细胞蛋白质絮凝产生金属蛋白质沉淀物，导致生物组织发生变化而死亡。Ashraf 等[59]将甲基丙烯酸羟乙酯、聚乙二醇甲基丙烯酸酯按照1∶1 的质量比混合，再添加适量的氧化铜制得纳米氧化铜水凝胶防污剂，而后喷涂于渔网表面，防污损测试效果显著。最近，华南理工大学海洋工程材料团队[60]制备了含有防污剂的生物可降解型自抛光聚合物，一定程度上缓解了“微塑料”产生的环保问题，而且在“挂片”防污实验中也表现出明显的防污效果。但此类环保防污涂料的有效防污期较短，通常为3～6 个月，还无法在航海及海洋工程产业中普遍使用。可以预见，新型、环保、长效的防污材料仍是今后海洋防污领域的研发重点。

铋系半导体材料因具有优良的可见光催化活性、化学性质稳定等优点，使其成为光催化防污研究的热点。张盾课题组[64-66]通过化学沉积法、离子交换、化学浸蚀等方法构建了多种铋系半导体材料用于光催化防污。例如，BiOI/BiVO4复合材料[64]在500W氙灯的照射下，120min后催化杀菌率能够达到99.99%；β-AgVO3/BiVO4复合材料[65]光照30min对革兰氏阴性菌（P.aeruginosa）杀菌率能够达到99.99%，远高于单体β-AgVO3和BiVO4。尤为重要的是，他们通过晶体原位生长的方法首次实现了BiOI纳米分级结构薄膜材料在柔性基底304SS网表面的原位生长[66]，所制备的BiOI薄膜材料对大肠杆菌（E.coli）和金黄色葡萄球菌（S.aureus）在光照120min后的杀菌性能均超过了99.9%。采用实验室模拟挂片的方法进一步探究了在304SS片表面所制备的BiOI 薄膜材料对微藻（Chlorella vulgaris）在日常光照（昼夜交替）条件下的光催化防附着性能。当挂片时间较短时（2 周以内），薄膜在全光谱照射下具有良好的防藻类附着行为，Chlorella vulgaris难以在基片表面附着生长，防污性能良好。该研究有利于解决铋系光催化剂粉体在实际海洋环境中的应用难题，同时也为其他光催化剂粉体在环境友好海洋防污领域的应用提供了理论依据。

近年来，本文作者课题组设计并合成了系列铋基和铜基光催化材料，研究了它们的光学性质和有机物催化降解性能，并对部分样品的细菌灭活及抗污效能进行了评测，如图4 所示。在铋系样品中，“夹心”结构的BiOI/Bi/TiO2[67]表现出优异的有机物光催化降解活性，这归因于半导体的能带弯曲及费米能级的拉平效应，导致了材料的氧化还原能力显著提升；界面处形成的金属Bi 微晶促进了光生载流子的分离，使其光量子效率得到有效提升。“花瓣”形貌的氯氧化铋（BiOCl）对结构中含偶氮或苯环基团的有机物分子具有选择性的光催化降解能力，同时也表现出一定的抗污损功能。铜基材料普遍表现出较好的光学活性和抑菌灭活性能，尤其是高能晶面结构的氧化亚铜多面体的光学抗污性能优异。可见光照射2.5h，对S.aureus的杀菌率高达99.98%，是无光条件下的2 倍左右。上述结果表明，海水中化学稳定性较好的铋基或铜基复合型材料在海洋防污中极具应用潜力。

图4 铋系及氧化亚铜半导体材料的微观形貌和部分材料的抗菌性能

光电耦合催化防污也有所报道。Xiong 等[68]采用Cu2O 薄膜对E.coli进行灭活性能测试，得益于Cu2O 特殊性质，使其在光照和黑暗条件均有较好的抗菌性能，如图5所示。进一步进行光电催化反应，结果发现杀菌性能得到了极大提高。此外，Srevarit 等[69]使用TiO2/CuO 异质结构半导体作为光电阴极，BiVO4/WO3作为光电阳极，通过光电催化反应22min，对大肠杆菌的灭活效率可达100%。在该体系中，TiO2/CuO能够高效产生H2O2，促进了对大肠杆菌的灭活过程。Rather 等[70]采用g-C3N4/Ag/AgCl/BiVO4（CAB-1）薄膜复合材料作为光电阳极，以实际污水为电解质，结果发现对大肠杆菌具有较好的光电催化灭活效果。曲艺[71]采用制备的改性MoS2作为电极，利用在可见光电催化下产生多种活性氧物质，成功对浓度为106CFU/mL 的大肠杆菌实施灭活，反应2h杀菌率可达99.99%。

图5 光/电催化杀菌体系及催化灭活E.coli性能[68]

综上，TiO2、Cu2O、BiOX 等半导体是常用的光触媒材料，在海水环境中，受光激发其表面会发生一系列的光化学反应，生成羟基自由基（·OH）和其他类型的氧物种（O-2、O2-2等）。这些物种氧化能力强、反应活性高，既能氧化硬质污损生物贻贝足丝蛋白中的黏附基元（3，4-二羟基苯丙氨酸，DOPA），又能杀伤直接接触的活体细胞。另外，海水环境中某些金属化合物半导体会发生光腐蚀和部分溶解，释放出对污损生物具有毒理功效的金属离子（如Cu2+、Zn2+等），而离子的释放速度则可以通过调变涂层材料的配伍、制备工艺及涂覆方式等进行调控[72-73]。基于滨海电厂水下静态设施污损实况，结合日照充分、水浅清澈以及由潮汐造成的水下静态设施周期性暴露在日光下现象，针对性地研发适合于海水环境的光触媒材料，通过在防护对象表面涂覆，营造出具有强氧化性的化学局域微环境，阻断污损生物的黏附过程，并对附着孢子、菌丝等实施杀生灭活，破坏污损生物生长、繁殖所需的营养物质基础，有望为海洋工程设施防污，尤其对解决滨海电厂的水下静态设施的生物污损问题注入新动力，开辟新途径。

值得注意的是，由于海洋环境的复杂性，加之生态、环保的要求，限制了催化材料的可选范围，增大了高效光催化剂研制的难度，对催化剂稳定性也提出了严峻的挑战。在鲜有文献可借鉴的情况下，研制出适用于海水环境的高效光催化剂，理清并分析其构效关系、作用机制将是今后要探究的关键科学问题。同时从实用的角度出发，如何实现金属离子的缓释可控、平衡光触媒材料的稳定性与防污实效性也是有待攻克的技术难题。

3 结语

二氧化碳（CO2）是一种温室性气体，过量的排放将对生态环境造成严重的危害。同时，它也是一种重要的碳资源，可用于制备甲醇、烷烃等高附加值的燃料或化学品。火电厂是CO2排放强度最为集中的行业，就社会责任和经济效益而言，开展CO2减排与增效势在必行。在燃煤火电厂原有的基础上，增加碳捕集与利用技术（CCU）能够从根本上实现CO2的减排和增效。高性能的CO2固体吸附捕集材料和低温的CO2转化催化剂的研发是CCU技术的核心，而热催化CO2转化是最贴近于实际应用的可行途径。

近年来，人们对环境问题的广泛关注和海洋防污技术环境友好化的迭代需求推动了新能源催化反应技术的快速发展。研究者开发出了众多可用于CO2吸附与分离的功能性材料，并通过光、电催化反应将捕获的CO2进行资源化转化，促进了碳资源化的循环利用；光催化技术在海洋生物污损防治领域的应用也已初显端倪，但作为一种刚刚兴起的新技术，许多研究工作尚处于起步阶段，存在着大量的科学问题及技术难题，需要深入地探索和逐步解决。这对广大的科研工作者来说既是机遇，更是挑战。海洋环境的复杂性、污损生物的多样性以及防护对象的差异性等对光催化材料的性能提出了更高的要求。因此，研发工作应从实际出发，针对不同的防护设施，分析、理清污损的成因及生物黏附与生长机制，筛选出适用于海水环境的高效光触媒材料；同时以应用为导向，聚焦光触媒涂层材料组分的配伍及制备工艺，着力提升涂层的海水耐受性，以期实现光触媒涂层的长效抗污损的功效。综上所述，为了实现高效、绿色催化反应技术在滨海火电行业的碳减排和防污的规模化应用，需要更多学者坚持不懈地深入研究。希望本文能对拓宽催化反应技术的应用起到一定的引导作用。