对比了国内外生物基材料技术与产业发展现状及趋势，总结了国外生物基材料产业发展的启示，从政策和产业发展两个层面剖析了国内生物基材料发展存在的问题。从发展生物基材料的根本目的是推进碳达峰和碳中和出发，针对生物基材料原料、产品和技术路线的多样性，提出了我国优先发展的生物基材料产品和技术路线选择要遵循的六个原则，建议将生物基聚乙烯作为我国生物基材料发展的重要方向，并提出了三个方面的建议：一是尽快突破关键技术，构建成熟先进的技术链；二是努力打造稳定可靠的原料供应链；三是尽快完善具体明晰的政策措施。

生物基材料是推动化工新材料领域产业升级转型的重要支撑，本文以发酵法为核心，系统总结了生物基材料及单体模块原料端、过程端、产品端的相关进展；概括了生物制造产业背景下第二代、第三代碳源迭代更新的技术壁垒和挑战，提出构建多维生物质碳源供给体系和保障机制，以突破第一代碳源供给的局限性；围绕生物基塑料、生物基橡胶、生物基尼龙、生物基多糖材料四个模块，阐述了乙二醇、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、丁二酸、己二酸、对苯二甲酸等聚合物单体以及聚乳酸、聚羟基烷酸酯、透明质酸、细菌纤维素等聚合物材料的发酵工艺技术。本文还提出了完善发酵法生物基材料的产品体系，以实现石化材料的逐步替代，进而推动化工新材料领域的可持续发展。

靶向性治疗蛋白和肽在精准医学中发挥着越来越重要的作用，尤其在癌症、免疫性疾病等治疗领域，展示了显著的潜力。与传统的小分子药物相比，靶向性蛋白和肽具有更高的特异性和较低的副作用，能够精准靶向疾病相关的分子。然而，它们的临床应用仍然面临一系列挑战，如稳定性差、免疫原性高、药代动力学差等问题。为了克服这些挑战，工程化设计优化已经成为提升其药效、安全性和临床应用前景的关键。本文首先介绍了靶向性治疗蛋白和肽的工程化设计的步骤；简述了肽类药物、蛋白质药物的优化设计方法；探索了相关药物递送策略，列举部分药物实例；分析了靶向性治疗蛋白和肽的临床应用现状、面临的挑战和发展前景；最后指出随着技术的不断发展，靶向性治疗蛋白和肽将在精准医学中发挥更重要的作用，为多种复杂疾病提供更高效的治疗方案。

在“碳中和”目标的驱动下，以化石燃料为原料的传统生产模式正在逐渐被绿色、可持续发展的生物制造所替代。嗜盐微生物是一类需要在高盐环境中才能正常生长的微生物，因其适应极端条件的特性和在资源化利用中的潜力，近年来受到生物制造行业的广泛关注和研究。本文综述了盐单胞菌在开放式连续发酵的条件下合成可降解的生物基塑料——聚羟基脂肪酸酯（PHA）的研究进展，同时探讨了其应用廉价底物或废弃物生产多种高附加值产品的可行性，为生物制造业的可持续发展提供了有利支持。通过开发基因调控元件、优化基因编辑技术以及改造代谢通路和形态学特性，盐单胞菌作为底盘细胞低成本生产多种聚合物、小分子化合物、氨基酸和蛋白质的应用潜力进一步提升。在廉价碳源的资源化利用方面，本文介绍了嗜盐微生物利用淀粉、纤维素、乙酸、餐厨废弃物等为底物生长和生产的相关研究。最后，展望了利用盐单胞菌进行一碳资源高值化应用的潜力和前景，以推动下一代工业生物技术发展和“碳中和”目标的实现。

工业发展导致CO₂大量排放，加剧了全球温室效应和环境污染。此外，全球人口的不断增长将会导致蛋白质供应不足。通过化学催化CO₂还原合成甲醇等有机一碳化合物，进一步通过微生物将甲醇转化为多碳产物，是一条高效的CO₂固定和转化利用路线。因此，从原料和产品层面考虑，本文提出了利用化学-生物级联转化CO₂生产单细胞蛋白（single cell protein, SCP）的策略，即将CO₂通过化学转化生产甲醇，再进一步利用微生物细胞工厂代谢甲醇和无机铵生产SCP，SCP产品有望应用于饲料和食品工业。本文首先介绍了CO₂加氢可持续生产甲醇的反应过程及反应机制，总结了相关催化剂的研究进展。其次，介绍了自然界中发现的可利用甲醇的微生物及甲醇代谢途径，以及利用甲醇生产SCP的研究进展。最后，对CO₂化学-生物级联转化工业化制造SCP的瓶颈和解决方案进行了展望。

甲醇等一碳化合物作为生物制造的一种绿色可持续低碳原料，不存在与人争粮的问题，具有巨大的应用发展潜力。能够天然利用甲醇的毕赤酵母研究历史长，已被广泛应用于多种重组蛋白的生物制造中，成为甲醇利用性能优良的底盘细胞工厂。近年虽然对毕赤酵母的生理学、甲醇代谢网络、蛋白分泌表达途径及关键元件挖掘开展了大量的研究，积累了大量知识，但仍存在影响其高效应用的一系列关键问题，如甲醇及其代谢物对细胞毒性的复杂影响机制认知有限、细胞鲁棒性及甲醇利用相关的“生命暗物质”挖掘能力不足、甲醇高效转化成目标蛋白的工程化手段有限等。本文综述了国内外有关毕赤酵母生物转化甲醇合成重组蛋白的研究现状，重点总结讨论了毕赤酵母细胞工厂转化甲醇及蛋白表达优化策略，最后探讨了当前毕赤酵母生物转化甲醇生产重组蛋白过程中面临的挑战，并对其未来的生物技术创新和应用进行了展望。

甲醇是第三代工业生物制造的重要原料，同时又能伴随植物生长排放到大气中加剧温室效应。甲基杆菌是一类能以甲醇作为生长碳源和能源的极具广泛应用前景的菌株。然而甲基杆菌催化转化高浓度工业甲醇和寡浓度植物甲醇的过程效率偏低，导致甲醇的碳和电子耗散，制约了甲醇的高值化利用。本文首先系统综述了甲基杆菌底盘再造强化工业甲醇有效代谢方面的最新策略，进而论述了甲基杆菌对植物源寡浓度甲醇有效氧化、同化和转化的最新认知，最后展望了甲基杆菌进一步强化甲醇利用的可行性研究方向与策略。本综述期望推动甲基杆菌作为甲醇基细胞工厂和新型植物益生菌剂的技术创新，助力工业生物制造的甲醇高值化，增强植物甲醇的固定封存，实现经济与生态环境效益的共赢发展。

白藜芦醇具有抗氧化、抗炎、抗衰老、抗癌、预防心脑血管疾病等生物活性，经羟基化、糖基化、甲基化等结构修饰后的白藜芦醇衍生物展现出更好的溶解度、稳定性、生物相容性和生物活性。目前，白藜芦醇及其衍生物在医药、化妆品、食品等领域受到广泛应用。传统的白藜芦醇及其衍生物获取方式目前主要依赖植物提取，存在含量低、植物生长周期长、易受气候影响等局限。近年来，随着合成生物学的迅猛发展，构建微生物细胞工厂以廉价、易获得的碳源为原料生产白藜芦醇及其衍生物成为近年来研究的热点，并取得了显著进展。本文综述了白藜芦醇及其衍生物的微生物合成现状，着重探讨开发有效的代谢工程策略应用于构建高效的白藜芦醇及其衍生物微生物细胞工厂，包括强化前体供应、异源合成途径酶的挖掘、筛选与优化等。本文旨在为白藜芦醇及其衍生物的大规模生物制造提供借鉴与参考。

木质纤维素被公认为是一种具有环境效益的可再生原料，对其开发和利用可以最大限度地减少食品和能源供应之间的竞争。但是，木质纤维素复杂的组分和结构需要高成本的转化技术以实现其广泛利用。而从生物炼制的角度，需要开发高性能微生物细胞工厂，实现木质纤维素原料中多碳源协同利用并转化为各种生物燃料和化学品。其中，酵母菌由于高鲁棒性和高密度发酵等优点成为了性能优异的细胞工厂底盘宿主。迄今为止，利用代谢工程和合成生物学技术构建的酵母细胞工厂广泛应用于木质纤维素生物转化。本文总结并讨论了将木质纤维素作为替代原料并使用酵母平台作为木质纤维素炼制厂的技术进展，为促进经济可行的木质纤维素原料替代提供新的见解和方向。

随着代谢工程技术的发展，微生物发酵法生产丁二酸受到广泛关注。目前，研究人员已经开发了多种高产丁二酸的工程菌株，包括大肠杆菌、产琥珀酸曼氏杆菌、产琥珀酸放线杆菌、谷氨酸棒状杆菌、解脂耶氏酵母等。然而，由于丁二酸发酵后期微生物细胞活力的不足，导致丁二酸生产效率严重下降，从而制约了丁二酸的高效生产与工业化应用。本文围绕微生物发酵生产丁二酸，探讨了提升微生物细胞活力的关键策略与方法，主要包括：基于内外源特定化合物供给的化学工程方法、基于改良细胞生长性能与环境适应性的代谢工程策略和基于发酵工程的发酵工艺优化方案。最后，对微生物发酵法生产丁二酸的产业化应用进行了展望。

户外设施表面覆冰问题严重影响了其正常运行。传统除冰方法（如加热、化学除冰剂及机械除冰）存在高能耗、环境不友好以及对设备的潜在损害等问题。因此，亟需开发绿色、经济且长效的防冰策略。近年来，构建防冰涂层已成为应对覆冰问题的重要需求，也成为了防冰领域的研究热点。本综述梳理了当今防冰涂层的前沿研究进展，并讨论了防冰涂层的生物基原料替代的可能性。首先，综述了防冰涂层的主要类型（包括超疏水、超润滑、光热、电热以及活性防冰涂层）及其发展现状。其次，重点介绍并分析了自愈合防冰涂层的研究进展，讨论了自愈合特性给防冰涂层带来的重要价值。然后，总结了抗冻蛋白（AFP）的防冰作用机制与AFP防冰涂层的研究现状。最后，对防冰涂层的未来发展方向进行了展望。

(S)-1-(4-氟苯基)乙醇是一种重要的手性药物中间体，被广泛用于阿尔兹海默症治疗等多种药物的合成当中。目前，利用生物不对称还原法合成该手性醇时普遍存在制备效率低下的问题。为建立(S)-1-(4-氟苯基)乙醇酶法高效合成工艺，本研究对实验室包含323种醇脱氢酶的酶库进行筛选，得到了具备高立体选择性（e.e.=99.9%）和相对活性的短链醇脱氢酶DpADH，随后通过半理性设计经过多轮迭代突变成功获得了催化效率提高30.8倍的优良变体M₃（N164C/S195W/F157A）。为进一步提高生物催化效率，构建了醇脱氢酶突变体M₃与葡萄糖脱氢酶BsGDH的共表达菌株，在100g/L底物投料下可于7h内实现99.6%的转化率。分子动力学模拟结果显示，M₃变体增加了与底物间有利的π-π相互作用并稳定了底物结合构象。本研究为(S)-1-(4-氟苯基)乙醇的制备提供了经济高效的合成途径，并为醇脱氢酶DpADH的分子改造和机制解析提供了指导，提高了该酶的工业应用潜力。

生物质能是世界第四大能源，具有零碳、绿色、可再生的特点。生物质能源的高值化利用，即将生物质通过化学、生物、物理转化等途径转化为高附加值气体、液体、固体燃料（生物天然气、生物甲醇、生物乙醇等），对推动我国“双碳”目标、能源革命、乡村振兴、生态文明建设等国家重大战略都具有重要意义。本文较为系统地介绍了生物质合成气生产、生物质制生物天然气、生物质制绿色氢气、生物质制绿色甲醇、生物质制绿色乙醇等生物质能源高值利用关键技术的研究进展，重点分析了对应关键技术研究的重点及所面临的难点，具体讨论了生物质化学链气化技术、沼气催化重整等核心催化反应的优点及应用，并对生物质能源的高值化利用未来的研究方向进行了展望。

可持续航空燃料是当前航空业减排和应对气候变化的重要解决方案之一。本文详细概述了中石化石油化工科学研究院有限公司开发的油脂加氢生产生物航煤（SRJET）技术，同时系统评述了在可持续航煤领域其他相关技术的新进展，并对我国未来可持续航空燃料技术的发展作出展望。文中指出中石化石油化工科学研究院有限公司开发的油脂加氢生产生物航煤技术为我国可持续航空燃料领域的发展奠定了基础。与石油基航煤相比，生物航煤全生命周期二氧化碳减排效果达到75%以上。油脂加氢生产生物航煤技术可作为我国近期的发展方向；生物质气化-费托技术、醇制航煤、糖平台技术和废塑料油技术可作为我国中期的发展方向；二氧化碳加氢技术可作为我国远期的发展方向。

木质素是自然界储量最丰富的可再生芳香族化学资源，通过催化降解制备适用于下游生产的单酚是实现其高值化的关键点，对“双碳”目标的推进具有重要意义。然而，由于木质素自身结构的复杂性、不均一性及多样性，导致其在高效、高选择性制备可分离的芳香单体并用于开发高值产品方面仍面临诸多挑战。本文介绍了不同植物中木质素的结构特性及差异性，结合本文作者课题组近期在木质素还原催化降解及其降解产物高值利用的最新研究进展，提出了木质素降解单酚适用于制备生物活性分子、功能材料及高能燃料的观点，以期为木质素催化转化及开发高附加值产品提供依据与参考。

随着石油资源的逐渐枯竭和生态环境的日益恶化，使用可再生能源技术替代粮食作物等将地球上广泛存在的木质纤维类生物质资源转化为可被利用的纤维素乙醇燃料，已成为许多国家能源发展战略的重要组成部分和科学研究关注的热点及焦点。然而作为一种绿色可再生能源，纤维素乙醇在解决现有问题上表现出巨大潜力的同时，在其生物炼制过程也面临着诸多难点和挑战。本文从介绍我国燃料乙醇发展历程入手，聚焦当前纤维素乙醇的研究现状，围绕木质纤维类生物质的原料预处理、纤维素酶水解、纤维素乙醇发酵、乙醇分离纯化和副产物木质素利用五个方面，介绍了纤维素乙醇生物炼制的工艺流程及特征，剖析了其生产过程的主要技术瓶颈，并对纤维素乙醇未来的研究重点和发展前景进行了展望。

在全球化石能源危机和“双碳”战略背景下，工业富碳气体发酵制备燃料乙醇技术受到了广泛关注。该技术以工业一碳气体如CO、CO₂等为原料，利用食气微生物的固碳和代谢作用转化为燃料乙醇，可显著降低对传统化石资源的依赖，同时减少温室气体排放，为工业绿色低碳转型提供了新的解决方案。本文介绍了食气微生物的代谢转化机制，菌种改造手段，以及工业富碳气体发酵制备燃料乙醇技术中工艺流程、反应装置和控制技术的研究进展，总结了近年来富碳气体发酵制备燃料乙醇技术的工业化应用案例，指出了规模化商业化推广应用中面临的主要挑战和可能的解决方案，分析了工业富碳气体发酵制备燃料乙醇的经济性和可持续性，并结合目前法规和政策探讨展望了工业富碳气体制备燃料乙醇技术的市场前景。

在全球“碳中和”与循环经济发展的推动下，生物基材料正逐步成为石油基材料的重要替代品。其中，2,5-呋喃二甲酸（FDCA）凭借其刚性芳环结构及优异的物理化学性能，被认为是最具潜力的对苯二甲酸生物基替代品，在可持续高分子材料领域展现出广阔的应用前景。本综述系统分析了FDCA的主流制备技术路线（如HMF、MMF/RMF、葡萄糖二酸、糠醛/糠酸路线），对比了各技术的经济性与环境效益，指出HMF路线是当前走在工业化最前端的技术路径，但仍面临中间体HMF稳定性差、分离能耗高及催化体系选择性受限等关键挑战。通过系统梳理化学法制备FDCA的技术路线、关键环节和产业化进程，旨在为推动FDCA产业的高效发展及产业升级提供理论参考与技术支持。未来通过聚焦高附加值市场、开发HMF衍生化新工艺、推动链式集成生产，并结合政策与产业链协同，有望突破成本制约，加速FDCA产业化进程。

生物质乙醇可作为平台分子催化转化制备高附加值化学品，是一条低碳环保的绿色路线。乙醇性质活泼，经催化脱氢、脱水、羟醛缩合、环化等可制备多种高附加值化学品（如乙醛、烯烃、丁醇、高碳醇、芳香醇/醛等）。但乙醇催化转化反应网络复杂，实现乙醇定向转化的核心是催化剂上不同活性中心的高效协同，以及多步基元反应的速率匹配。本文通过对乙醇转化活性中心、反应路径和反应机理的认识，根据反应产物的种类，系统综述了多相催化乙醇制备高值化学品的研究进展。针对乙醇定向转化的催化剂体系及反应机理，概述了多活性中心协同调变机制和催化剂活性中心与乙醇转化性能的构效关系，阐明了乙醇转化产物分布的调控机理。其中，由乙醇出发制备C₆₊高碳醇和芳香醇/醛等高值含氧化合物可能是未来乙醇转化利用的研究重点，从工程应用角度，亟需发展乙醇转化利用的反应分离一体化技术。

作为第三代新兴太阳能电池的代表，钙钛矿太阳能电池自诞生起就发展迅速，其小面积器件效率已经达到26.7%的高水平。本文系统性地回顾了钙钛矿太阳能电池的最新研究进展，涵盖了单结和叠层结构的最新发展，以及其产业化和空间应用潜力。首先，介绍了单结钙钛矿太阳能电池的不同带隙特性，包括常规带隙、宽带隙和窄带隙钙钛矿材料，分析了它们在光吸收和能量转换效率方面的优势与挑战。其次，探讨了钙钛矿基叠层太阳能电池的多种设计，包括钙钛矿-晶硅叠层电池和全钙钛矿叠层电池，强调了叠层结构在提高光电转换效率和拓宽应用范围方面的潜力。在产业化方面，本文分析了大面积钙钛矿太阳能模组的光伏性能和制备技术的发展，展示了这一领域的商业化进程及其面临的技术和市场挑战。同时，本文还关注了钙钛矿太阳能电池在空间应用中的前景，强调其在极端环境条件下的可靠性和效率。最后，总结了钙钛矿太阳能电池的当前成就和未来展望，提出了持续研发和技术突破对推动这一领域发展的重要性。随着技术的不断进步，钙钛矿太阳能电池有望在可再生能源领域发挥更大作用，为全球能源转型贡献力量。

氢-氨绿色循环是指利用氢和氨的相互转换来实现能源的存储和运输，这个过程主要包括绿氢制氨（hydrogen to ammonia，H2A）与绿氨制氢（ammonia to hydrogen，A2H）。该循环不仅有望解决传统Haber-Bosch工艺合成氨的高能耗与过量CO₂排放问题，还可能为氢能产业链中高压氢气储存与运输的挑战提供可行性方案，成为贯通可再生能源、氢能、氨能和传统产业如钢铁行业的重要环节，促进资源的高效利用。在H2A过程中，当前的研究主要集中在中低温、室温条件下的合成氨工艺以期取代Haber-Bosch法，但这些工艺面临诸多尚待解决的科学挑战。此外，氢-氨绿色循环的顺利运行依赖于氨的有效能量释放，即A2H过程的有效进行，以确保氨分解为氢气和/或直接将氨转化为电力或能量。H2A与A2H互为可逆过程，全面理解氨合成与氨分解反应对于更深入与全面理解氢-氨循环十分重要。因此，本文将立足氢-氨循环，首先简要介绍氢与氨之间的关系，随后着重总结当前利用可再生能源驱动的中低温、室温条件下的H2A和A2H研究的最新进展。最后，总结了目前氢-氨绿色循环的进程及面临的挑战，并对该领域未来的发展方向进行展望。

生物质基平台分子的转化升级在实现生物质原料高值化过程中具有重要意义，已成为生物质领域的研究重点之一。本文首先介绍了生物质的组成成分以及多种预处理技术，同时阐述了生物质基平台分子催化转化的研究进展，特别是均相催化、非均相催化转化体系以及不同溶剂催化体系的应用与优势，涵盖了它们在提高转化率和目标产物选择性方面的贡献。其次，总结了几种典型的生物质基平台分子的性质、生成途径和转化升级的研究进展，并对其在燃料及化学品等高附加值产品中的应用潜力做了简要评估。最后，通过对当前研究现状的总结，指出生物质基平台分子转化升级过程中面临的若干挑战（如催化反应机理不清晰、催化剂的选择性和稳定性不足以及催化剂成本高昂等），并对未来发展进行了展望。

绿色生物制造是以生物质等可再生原料通过生物过程和生物系统生产生物基材料、化学品、能源、医药和食品等，其绿色清洁的生产工艺有助于改善传统化工行业对化石资源高依赖以及工艺高能耗、高排放等问题。脂肪族短链二元胺和醇是重要的大宗化学品，可作为聚合单体应用于合成聚酯、聚氨酯、聚酰胺等高分子材料，同时在化妆品、制药等领域具有广泛应用。本文全面探讨了利用可再生原料生物合成1,3-丙二胺、1,4-丁二胺、1,5-戊二胺、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇的研究进展，概况了可再生原料生物制造的碳循环和代谢途径，总结了脂肪族短链二元胺和二元醇的从头生物合成路线，阐述了利用木质纤维素水解糖、甘油、一碳化合物原料合成短链二元胺和醇的研究现状。并对脂肪族短链二元胺和醇生物制造主要面临的挑战进行了相关讨论和展望。

绿色氢能被视为最具潜力的能源之一，其应用对促进能源转型、助力碳减排、推动可持续发展具有重要意义，而清洁、可再生的生物质资源（约35×10⁸t/a）为绿氢的生产提供了一种可持续的原料选择。本文首先从制氢技术/碳排放角度给出了绿氢的界定，并总结了绿氢制备的途径；其次，概述了生物质热化学转化制备绿氢的研究进展，重点围绕热解、气化、化学链技术制备绿氢的反应机理、影响因素和过程强化策略展开讨论，并从效率和成本等角度对比了不同绿氢生产工艺的性能；此外，还讨论了绿氢的分离与纯化工艺。分析结果表明：生物质热化学转化制绿氢成本为1.25~2.20USD/kg，产氢效率为35%~65%，氢产率约为190g/kg。比较几种制氢技术，热解串联重整制氢技术具有工艺简单、产氢速率快的优势；蒸汽气化技术在提升氢气产量和纯度方面具有优势，而化学链转化在负碳高纯氢气的生产方面具有较大的潜力。通过水气变换、酸性气体去除和氢气纯化步骤可获得高纯绿氢。最后，本文讨论了生物质热化学转化制氢的挑战，并从降低原料成本、提高制氢效率和实现CO₂的富集利用三个角度提出了未来发展建议。

“木质素优先”策略通过优先提取木质素并将其原位转化为高附加值化学品，为生物精炼技术的发展开辟了新路径。本文聚焦还原催化分馏（RCF）工艺的研究进展与工业化挑战，重点分析了原料结构、催化体系及溶剂特性对木质素解聚效率与产物选择性的影响规律。结合过程模拟、技术经济分析（TEA）与生命周期评估（LCA），量化揭示了溶剂循环优化、多因素协同调控等策略对工艺经济性与环境效益的影响。未来研究需突破下游转化模拟研究不足、评价体系单一等局限，开发多原料适配的智能工艺模型，构建机器学习与多目标优化工具；深化不同“木质素优先”工艺的系统对比与协同设计；推动木质素油向航空燃料、生物质基材料等高附加值产品转化，助力生物质资源的高值化利用。

作为可再生生物质的重要组分，木质素是自然界储量最为丰富的芳香族高聚物，是芳香高值化学品合成的潜在绿色原料。然而，木质素的异质性和复杂结构给其降解利用造成了严峻挑战。自然界存在种类繁多、特异性多样的木质素降解酶，使得酶介导的生物降解能够突破木质素顽固性结构的限制，在温和条件下降解木质素。尽管如此，天然木质素降解酶的表达量、催化活性和稳定性等往往不尽人意。近年来，通过蛋白质表达调控、酶分子改造，木质素降解酶的合成和催化性能的人工调控已取得诸多优秀成果。鉴于此，本文首先对重要的木质素降解酶及其催化特性进行了简要介绍；在此基础上，重点总结了木质素降解酶的表达和催化性能强化方面的研究进展，对当前面临的理论和技术挑战进行了深入分析并提出了针对性的应对策略。希望为更高效木质素生物降解体系的开发提供有价值的参考，助力“双碳”目标的实现。

螺旋藻是一种生长快、CO₂消耗量大、蛋白质含量高的微藻，是优质的饲用蛋白原料，可以同时为我国CO₂排放量大和饲用蛋白对外依赖严重两个难题提供可行解决方案。但螺旋藻价格是高蛋白饲料原料进口鱼粉价格的两倍左右，价格高严重阻碍了螺旋藻在固碳和饲料中的应用。为了降低螺旋藻生产成本，提高其经济竞争力，本文对螺旋藻直接生产成本组成和成本影响因素进行了分析，结合中国石化微藻固碳兼产大宗饲用蛋白成套技术工业示范实际运行情况，阐述微藻固碳和作为饲用蛋白原料的可行性。未来通过提高生长速率、优化原料来源、精准工艺控制、生物质综合利用等措施，螺旋藻的价格可以降低到与进口鱼粉相当的水平，先替代进口鱼粉，再替代进口大豆，具有形成新产业的潜力，保障我国饲用蛋白安全。

在“双碳”背景下，生物质作为一种零碳甚至负碳资源具有巨大的发展潜力。通过热解气化技术，生物质可用于生产合成气，合成气可用于燃料电池，或进一步加氢可生产甲醇、二甲醚、航煤等高附加值产品。然而，合成气中含有的焦油和固体颗粒（particulate Matter，PM）是其在下游加工中面临的一大挑战。在传统生物质气化系统中，气化、焦油重整和气固分离单元独立运行，导致粗合成气需降温至300℃以下以适应除尘设备的操作温度要求，引发焦油冷凝堵塞、设备腐蚀及热损失问题。为了解决这些问题，本文提出在杨木气化反应中利用膜反应器与催化剂耦合实现合成气原位净化。其中，碳化硅（SiC）膜用于截留挥发分中的PM，铁/镍负载的碳基催化剂用于催化裂解焦油组分。研究发现，在最佳温度800℃、水蒸气与生物质的质量比为1.5时，利用SiC膜反应器耦合Fe-Ni负载的活化后的碳基催化剂，合成气收率为56mmol/g（H₂/CO~1.9），合成气中的焦油收率为8.4g/m³，焦油脱除率为91.6%；固体颗粒产量为0.08g/m³，颗粒截留率为89.0%，该合成气组成符合固体氧化物燃料电池用合成气技术规范。

甲醇是一种重要的氢能载体，利用甲醇裂解制氢是解决氢能储存、运输难题的有效解决方案。铜基催化剂是目前工业化应用最为广泛的甲醇裂解制氢催化剂，其常规制备方法为中和沉淀得到前体、再焙烧成相应金属氧化物。然而，热焙烧过程往往会导致铜活性组分团聚、晶粒度增大，影响活性位点的可接触程度，从而制约甲醇裂解制氢的反应活性。本工作剖析了铜基催化剂前体锌孔雀石物相组成，创新性地将前体焙烧过程拆分为脱羟和脱碳两部分，避免过于剧烈的热解过程导致活性颗粒过热烧结。相较于传统一步焙烧催化剂，经脱羟/脱碳分步焙烧制得的催化剂，CuO晶粒度从9.0nm减至6.3nm，最可几孔径由36.5nm缩至8.1nm，孔道结构规整度更高。因此，分步焙烧催化剂实现了比一步焙烧催化剂更低的甲醇裂解起活温度，同时甲醇裂解转化率和选择性也显著提升。

木质素是自然界中储量最高的芳香类聚合物，造纸制浆工业每年会产生数千万吨工业木质素，但高值化利用率不足。高分子材料量大面广，但通常来自于不可再生的化石资源，且难以降解。开发高性能木质素/高分子复合材料对实现工业木质素大批量、高值化利用，缓解对化石资源的依赖，降低环境污染等问题具有现实意义。然而，工业木质素存在分子间作用力过强、分子间易聚集的问题，导致其在高分子材料中分散性能差、复合材料性能低。本文回顾了近年来的木质素/高分子复合材料界面相容性提升策略，从微观界面作用角度将其划分为了高应力粉碎、相容剂添加、化学改性、聚集态调控和界面动态键构建五类。文章详细评述了木质素微观结构及其与高分子的结合方式对复合材料强度和韧性的影响，指出界面相容性强化是构筑高性能木质素/高分子复合材料的核心，强化策略的经济性和绿色性是制备复合材料需要重点考虑的因素。今后的研究需要从机理层面进一步剖析木质素/高分子界面作用本质，针对高分子材料结构特征选择性调控木质素微结构和聚集态，制备高性能复合材料，同时拓宽工业木质素在智能材料、医用材料等新兴领域的利用途径。本文对高性能木质素/高分子复合材料的设计与构筑进行了系统性总结和归纳，对于指导该领域材料的开发与应用提供了理论依据和研究思路。

塑料废弃物因其分布范围广、回收处理复杂等问题对自然环境构成严重威胁。传统的填埋法和焚烧法未能有效缓解塑料废弃物对环境的污染问题。化学回收处理作为一种替代方案，将塑料废弃物降解为低聚物或转化为其他产品，显示出潜在的环境友好性和经济效益。本文全面介绍了塑料废弃物中主要聚合物（聚酯类塑料、聚烯烃类塑料）催化溶剂分解法的反应机制和产物转化应用。特别关注了针对聚酯类塑料回收转化的水解法、醇解法和氨解法，以及针对聚烯烃塑料回收转化的烯烃复分解法，这些方法能够在温和条件下实现塑料废弃物的高效降解和回收。最后，从催化剂设计和产物高值转化两个层面探讨了催化溶剂分解法转化塑料废弃物的发展机遇，以及未来研究关注的关键科学和技术问题。

塑料的催化资源化对于应对全球塑料污染至关重要，但其大规模商业化应用面临着多种挑战。本文重点讨论了近年来在应对塑料催化资源化过程挑战的最新研究进展，探讨了塑料化学升级回收中的两大重要挑战，即低转化效率与高能耗问题。深入探讨了通过提高传统催化体系碳利用效率实现塑料废弃物高效利用的方法，并综述了新型反应体系在实验温和条件下塑料资源化利用的相关研究进展。本文通过对传统和新型塑料催化转化中催化剂、反应工艺等方面的系统讨论，提出可利用微波、等离子体等外场强化方式或其他可再生能源突破传统基于对流和热辐射的热传递方式限制，充分利用不同能量形式的协同效应，为促进面向可持续循环的塑料废弃物资源化利用的未来研究提供了新思路。

能源材料低碳替代与绿色转型是实现碳达峰、碳中和的重要途径。传统基于实验的能源材料开发流程具有高可靠性和可直观评估等优点，但存在时间和资源成本高、探索范围有限、依赖知识和经验等问题。本文介绍了能源材料替代与转型中的机器学习方法，回顾了机器学习技术在能源材料研发中的已有应用和可用在能源材料开发中的机器学习算法，分析了机器学习方法在能源材料开发和替代方面的原理、应用、优势与挑战。根据对机器学习方法在能源材料替代与转型中的应用优势和局限性进行系统综述和分析，从数据、模型及应用等方面提出了构建高质量数据集、开发高适配性机器学习算法及拓展高效能源技术和系统的思考与展望。分析表明，机器学习方法在模型适配程度、应用广泛程度等方面都有十分广阔的提升空间，在能源材料替代与转型领域应用机器学习方法具有显著价值和广阔前景。

针对废旧纤维解聚典型单体对苯二甲酸高价值利用难度大、下游衍生产品品种少、用途受限等问题，提出了对苯二甲酸金属-有机框架材料（MOFs）作为协效剂应用于聚磷酸铵（APP）和三氧化二锑（Sb₂O₃）阻燃体系。将碱减量废水回收的对苯二甲酸分别与氢氧化锂、硝酸铝通过常温法和水热法制得Li-MOF和Al-MOF，然后通过熔融挤出共混，分别将APP/Li-MOF、Sb₂O₃/Al-MOF阻燃体系添加到聚乳酸（PLA）和软质聚氯乙烯（PVC）中制成PLA/APP/Li-MOF和PVC/Sb₂O₃/Al-MOF复合材料。采用X射线衍射仪、红外光谱、比表面积及微孔分析和热重对其进行了表征和分析，通过极限氧指数仪、垂直燃烧测定仪、锥型量热仪和万能试验机分别对复合材料进行了阻燃性能和力学性能测试。结果表明，与纯PLA相比，Li-MOF的少量加入可明显改善PLA复合材料阻燃性能，Li-MOF质量分数为1.5%的PLA/APP/Li-MOF复合材料阻燃效果最佳，材料的极限氧指数由20.3%提升至34.2%、阻燃等级由V-2提升至V-0、热释放速率峰值（PHRR）和总释放热（THR）均有所降低，残炭率也有所提高。与PVC/Sb₂O₃相比，Al-MOF的添加明显改善了PVC/Sb₂O₃/Al-MOF复合材料阻燃性能，当Al-MOF质量分数为5%时，材料的极限氧指数由28.5%提升至32.5%，同时拉伸强度和弹性模量分别提高了20.1%和166.5%。

废塑料的大量产生和不当处置带来了严重的环境污染问题，废弃聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的回收与循环利用备受关注。近年来废弃PET的酶法解聚技术取得了重大进展，已初具规模化工业应用的潜力。与其他回收方式相比，酶法解聚是否环境友好，是一个亟待探索的问题。本文通过生命周期评价（LCA）方法量化分析了PET的酶法解聚和碱性水解的环境影响及各过程阶段的贡献，并对PET酶法解聚过程进行了敏感性分析。结果表明，PET酶法解聚的各类环境影响均高于碱性水解，其中8项环境指标高出30%以上。主要是原料预处理、酶生产和解聚过程NaOH的使用在PET酶法解聚过程中造成了环境影响；碱性水解的高影响因素主要是解聚过程中电力和NaOH的使用。敏感性分析结果显示，酶负载率、酶产量和电力结构显著影响酶法解聚的环境效益，而固体负载率的影响较小。在酶负载率、酶产量和电力结构同时改善的场景下，PET酶法解聚的各类环境影响指标均低于或者接近碱性水解，说明PET的酶法解聚技术具有较大的发展潜力。

聚烯烃占全球塑料产量一半以上，废弃后带来了严重的“白色”污染和“微塑料”问题。研究废弃聚烯烃的化学回收，实现其资源化和升级利用，具有重要意义。然而，作为典型的碳链高分子，聚烯烃裂解存在温度高、能耗大、断链不可控、产物分离难度大、除杂成本高、价值低等问题，工程放大困难。本文回顾了聚烯烃氧化裂解回收和循环利用领域的创新进展，展望了新的升级回收工艺，即采用废弃聚烯烃低温可控裂解制备官能化低聚物，结合动态化学对多相多组分大分子单体扩链，定制类聚烯烃材料，实现由废弃聚合物到再生聚合物的资源化利用。最后，强调解决塑料污染问题以及聚烯烃产业需要可持续发展的新技术路径，对废弃聚烯烃的升级循环利用具有十分重要的科学意义和应用价值。

全球“产能过剩”和我国原料成本高叠加是我国石油化工产业面临的最大挑战，合理的原料替代是助力我国石化产业高质量发展的重要手段。本文提出三个原料替代方面的建议：一是采用聚合分离新技术，将我国数千万吨低成本未资源化利用的烯烃和烷烃混合物用于乙烯原料，解决我国石化工业乙烯原料不足的问题，并大幅度降低乙烯装置的原料成本，还可创造一个新的大宗聚合物产业；二是以二氧化碳、秸秆和树枝等非粮生物质、废弃聚合物为原料生产现有石化产品使我国石化产业实现低成本绿色发展；三是借鉴巴西石油经验，将生物化工与石油化工耦合，使石化装置即可生产石油基产品，也可生产高附加值的生物基产品。

利用可再生能源将二氧化碳（CO₂）电催化转化成高附加值燃料，是实现能源储存、碳减排及碳中和的有效途径。然而由于CO₂分子在水相电解质中的溶解度低，这一传质限制严重阻碍了电催化反应的工业化进程。为了攻克这一技术瓶颈，多孔自支撑电极因其独特的优势而日益受到科研界的瞩目。本文首先介绍了多孔结构自支撑电极的研究进展，并进一步阐释了本文作者课题组关于新型多孔自支撑结构——中空纤维气体透散电极的最新研究成果。结合该电极结构能够实现在活性位点处反应物分子CO₂连续充足供给的优势，提出了利用气体透散电极来增强三相界面反应并促进定向传质的概念。这一策略有望成为制备多孔自支撑电极的新型技术路线，对推进电催化还原CO₂工业化进程具有重要意义。

利用微生物发酵一碳气体生产生物燃料及化学品，是当今实现碳资源捕捉利用和绿色生物制造的重要途径之一。CO₂和CO、甲烷、甲醇以及甲酸等含有一个碳原子的物质被称为一碳（one carbon，C₁）资源，其来源广泛且价格低廉，有望成为生物制造的替代原料。C₁原料生物转化有助于缓解温室效应、助力“碳中和”目标。本文总结了近年来以CO₂为原料通过微生物炼制生产重要能源和化学品的研究进展，论述CO₂的生物代谢途径以及产物合成途径，讨论以CO₂为原料的C₁生物炼制中微生物的工程化改造，并展望未来绿色生物制造的新路线。

酶催化CO₂转化生产化学品具有反应条件温和、催化活性与选择性高的潜在优势，为化学工业实现碳中和目标提供了新途径，但需要提高酶在工业环境中的稳定性和催化活性、强化电子传递过程以及调控CO₂水合反应以提高产能。固定化酶技术提供了提高酶在工业环境中稳定性的有效途径，电-酶催化集成了电场在能量供给和酶催化在CO₂活化与反应选择性中的优势，为解决上述问题提供了新思路。本文综述了CO₂还原酶的底物结合、CO₂活化和电子传递特性，介绍了近期发展的酶催化和电-酶催化CO₂合成化学品技术、以电催化为酶供能的两类电子传递过程和电-酶催化中的过程强化策略，从分子工程和过程工程层面探讨了电-酶催化CO₂合成化学品的后续研究需要关注的问题和创新机遇。

随着化石资源的不断开发和利用，由此带来的CO₂高排放引发的气候变化备受人们关注，亟须寻找可持续性的解决方案。借助于微生物的代谢功能，利用合成生物学的手段对其进行优化改造，实现化学品的生物制造是一种优异的解决方案。酵母作为合成生物学研究中一类重要的底盘微生物，已经被成功应用于多种产品的生物制造。对酵母的天然碳代谢途径进行改造以实现更大程度的碳保存，并通过构建人工途径将无机碳转化为有机碳从而实现碳固定是进一步减少碳排放的有效途径。本文综述了近年来利用合成生物学手段在酵母中构建碳保存和碳固定系统的研究进展，重点介绍了以酿酒酵母、解脂耶氏酵母和毕赤酵母为代表的酵母类微生物的研究概况，包括避免非必要脱羧反应减少碳损耗和强化天然羧化反应促进碳保存，以及构建基于二氧化碳回用和代谢利用的碳固定系统，在此基础上展望了通过构建低碳酵母细胞工厂进行生物制造的未来发展方向。

有机硅膜具有可控的微孔结构、优异的稳定性以及丰富的有机官能团，在CO₂高效分离领域具有良好的应用前景。本文综述了有机硅膜的前体类型、制备方法和孔径调控机理，归纳了有机硅膜的制备优化策略，梳理了有机硅膜在CO₂/N₂、CO₂/CH₄、H₂/CO₂分离领域中的应用，并对比了不同结构的有机硅膜在上述领域的分离性能，总结了有机硅膜性能提升的可行方法。最后对有机硅膜的发展进行了展望。

尿素是一种关键的农业氮肥，是作物生长不可或缺的原料。电催化CO₂和NO₃^-共还原的C-N偶联反应制尿素被认为是实现清洁和可持续生产的一种有前途的策略，引起了广泛关注。相比于传统的Bosch-Meiser工艺，C-N偶联反应具有降低能耗和减少碳排放的潜力。本文综述了电催化CO₂和NO₃^-共还原合成尿素的最新研究进展，深入探讨了该反应的机理，结合原位表征和密度泛函理论计算，揭示了促进C-N偶联和提升尿素合成效率的微观机制。本文还总结了提高尿素产率的关键催化剂设计策略，包括杂原子掺杂、缺陷工程、异质结构构建、合金化和原子尺度等调控策略。最后，本文提出了未来研究及工业化应用的挑战与展望，特别关注如何在大规模生产中实现高效、低能耗的尿素合成，同时分析了催化剂的结构设计和精细调控，为实现可持续尿素生产提供理论和实践支持。

由二氧化碳加氢直接制取低碳烯烃是实现CO₂资源化利用、缓解碳排放压力的有效途径之一。InZr氧化物是双功能催化剂CO₂活化组分的优异选择。本文采用共沉淀法制备了不同In/Zr比的InZr复合氧化物，并将其与SAPO-34相耦合，测试了该双功能催化剂的CO₂加氢反应性能，当In/Zr比为2时，CO₂转化率达34.9%，C₂~C₄烯烃选择性为70.9%（排除CO选择性）。通过X射线衍射、H₂-程序升温还原等表征方法研究了不同In/Zr比对复合氧化物结构的影响。结果表明氧化物主要以bcc-In₂O₃相存在，Zr的引入增强了氧化物的结构稳定性。此外，本文还考察了混合方式对双功能催化体系性能的影响，粉末混合的催化剂呈现一种氧化物附着在分子筛颗粒表面的状态，这种状态会阻碍甲醇的扩散。而大量反应物的存在不利于分子筛上积炭的形成。最后考察了反应温度、压力、空速、原料H₂或CO₂等工艺条件对耦合催化体系反应性能的影响及其稳定性。

碳捕集、利用与封存（CCUS）技术被视为减少化石能源利用过程中碳排放的重要途径，然而，传统的CCUS技术面临高能耗、高成本的缺点。CO₂捕集转化一体化技术则通过将CO₂吸附和催化转化集成的策略来克服以上缺点。近年来，研究者们探究了碳捕集与不同的CO₂转化途径集成的可行性，其中甲烷化技术受到了广泛关注。作为一种新型减排技术，评估其低碳性能对于提升技术竞争力具有重要意义。本研究基于本文作者课题组前期的实验成果，利用Aspen plus对CO₂捕集-甲烷化一体化技术（ICCC-CH₄）进行工艺模拟，并基于生命周期理论，构建了该工艺过程碳足迹核算方法学模型，对该技术的碳排放量进行计算与分析。研究发现，在目前电网条件下，ICCC-CH₄技术碳排放量为0.22kg CO₂/MJ；在目前风电、水电和核电条件下，该技术甚至可以实现负碳排放。未来随着碱性电解水电解效率的提升，在光伏发电条件下，该技术有望在2030年实现近零碳排放。此外，通过提高氢气利用率，发现该技术碳排放量下降至0.207kg CO₂/MJ，相比当前水平下降6%。然而，提升双功能催化剂材料性能对于碳排放量的影响微弱。

二氧化碳（CO₂）的大量排放是导致全球变暖的主要原因之一，其中CO₂捕集、利用与封存（CO₂ capture, utilization and storage，CCUS）技术是减少碳排放的关键手段，然而传统CCUS技术中捕集成本较高，限制了CCUS技术的推广应用。本文采用CO₂捕集-转化一体化（integrated carbon capture and conversion，ICCC）技术方案，通过将碳捕集过程与碳转化过程相耦合，避免CO₂捕集材料再生所需的大量能耗，从而降低CCUS捕集过程成本。实验以Fe、Co基非贵金属作为催化组分，Ca为吸附组分，采用并流共沉淀的方法制备了Fe _x Co _y Ca₃Al系列双功能材料，应用于ICCC制备合成气过程，探究了Fe/Co对双功能材料性能的影响，通过透射电子显微镜、X射线光电子能谱、H₂-程序升温还原、CO₂-程序升温脱附等对双功能材料进行表征，相关结果表明双功能材料Fe、Co、Ca、Al等元素分布均匀，未出现团聚现象，Fe-Co元素之间存在相互作用，提升了双功能材料的一体化性能。在优化条件下，Fe_0.5Co_0.5Ca₃Al材料CO₂捕集容量为11.05mmol/g，CO产率达到11.94mmol/(g∙h)。

氢致损伤或氢脆（hydrogen-induced damage or hydrogen embrittlement）是氢能装备安全服役过程中面临的主要挑战之一。本文综述了氢致损伤的特性与机理、测试与评价技术以及抗氢损伤材料本质安全设计的最新研究进展与挑战。近年来在氢致损伤机理和测试技术方面取得了显著进展，但其高度复杂性的本质仍使可靠性评价和工程实践面临诸多难题。未来，需进一步完善氢致损伤理论体系，按实际应用场景评价临氢部件在全寿命周期的氢致损伤敏感性，并结合抗氢损伤设计的工程实践，为氢能产业的安全健康发展提供技术支撑。

由于环境友好、原子利用率高等特点，基于钛硅分子筛催化的选择氧化技术掀起氧化领域的绿色化革命，受到了人们的极大关注。鉴于此，本文首先综述了钛硅分子筛材料的研究进展，重点介绍了已实现工业应用的钛硅分子筛TS-1、Ti-MWW、Ti-MOR及Ti/HMS的结构、制备方法及催化氧化应用；随后总结了基于这些钛硅分子筛催化材料开发出的丙烯环氧化制环氧丙烷、酮氨肟化制酮肟、苯酚羟基化制苯二酚等绿色氧化技术及其工业应用情况，并介绍了这些绿色氧化过程的最新研究动态；最后结合基于钛硅分子筛的绿色催化氧化技术的现状，指出降低钛硅分子筛生产成本、加快催化绿色氧化新技术开发及发展原位产生和利用过氧化氢的催化氧化技术等均有重要意义，是未来研究和开发的重点方向。

在全球能源转型与可持续发展的背景下，液态有机储氢（LOHCs）技术作为氢能安全高效储运的重要方案，已成为氢能产业的研究热点。环烷烃储氢载体，如甲基环己烷和环己烷，因其较高的储氢密度、低廉的价格和良好的化学稳定性，成为LOHCs的重要选项。然而，环烷烃的脱氢反应效率和选择性受到多种因素的制约，必须深入研究反应器的设计策略，优化催化剂与反应器之间的匹配。本文系统论述了各类反应器基于传质和传热特性提升的设计策略，详细阐述了其对催化环烷烃脱氢高效释放氢气性能优化的重要影响。深入分析了环烷烃脱氢反应器内传质、传热、传动与反应过程之间的协同作用并加以利用，不仅能够大幅提高环烷烃脱氢效率，还能显著提升能量与资源的利用率。结合前沿的反应器设计理念、多尺度建模与实验验证，有望为高性能脱氢反应器的开发与优化及其在工业中的应用提供重要的理论基础和技术路径，为化工过程的效率提升和可持续发展提供新的指引。

随着我国新能源的发展和石油需求峰值的临近，石油行业面临炼油产能过剩的问题。将石油通过轻烃分离后转向生产化工原料是缓解炼油产能过剩、弥补当前化工原料短缺和实现石油高值化利用的有效途径。本文首先介绍了轻烃在化工行业的重要性和轻烃分离的意义，讨论了轻烃分离机理，具体介绍了分子筛效应、动力学效应、热力学平衡效应和协同效应的分离原理和适用材料。然后按照不同烃类的分离进行分类，详细讨论了各种轻烃分离的研究现状，并对不同材料的分离效果进行对比，总结了不同分离材料的适用范围。最后，对未来轻烃分离的研究方向进行了展望，为今后开发分离效果更好、成本更低的轻烃分离技术和分离材料提供了借鉴。

化工行业是我国国民经济的支柱产业，在实现“碳达峰、碳中和”的过程中发挥关键作用，化工行业原料替代已成为推动绿色转型和产业升级的重要驱动力。针对原料替代过程中产生的安全隐患，本文深入探讨了原料的反应性差异、健康和环境风险、设备兼容性及工艺流程变化对化工过程安全的潜在影响。结果表明，不同原料在化学性质与传热特性等方面的差异可能导致反应速率、温度、压力及副产物类型的变化，进而增加工艺的不稳定性；替代原料毒性和排放特性的变化可能引发新的健康与环境风险，对生态系统和人员安全产生负面影响；新原料的腐蚀性和兼容性问题可能会导致设备的失效概率上升，甚至无法维持新工艺正常运行；对工艺流程改变引发的新风险缺乏充分考虑可能会引发安全事故。该研究为原料替代过程中的安全管理提供了理论支持和技术指导，并为未来原料替代过程的工艺优化和风险控制奠定了基础。

加速能源转型和“碳达峰、碳中和”进程逐渐成为全球共识，氢能产业进入快速发展阶段，绿氢已成为开发重点。发展大规模绿氢产业是推动我国能源结构转型和实现“双碳”目标的战略选择之一，当前我国绿氢产业尚处于示范应用和商业模式探索阶段，绿氢储运、基础设施、关键设备及安全等系列问题都有待解决，安全、高效、低成本的氢能储运体系是推动绿氢产业发展的关键。本文通过分析绿氢储输过程的安全风险，聚焦关键临氢设施的材料失效问题，系统阐述了典型氢脆机理，重点总结了隔膜式氢气压缩机膜片、储氢容器、输氢管道、加氢软管等关键临氢设施的材料氢脆失效机理及其研究进展，并提出了相应的风险控制措施，为筑牢大规模绿氢利用安全基础、保障绿氢产业安全高质量发展提供了支撑。

双颗粒沉降问题是研究颗粒两相流系统流体力学行为的经典算例。为探究反应过程中热对流的影响，本文采用浸入边界-格子Boltzmann方法对耦合化学反应的催化剂双颗粒沉降过程进行了直接数值模拟，研究中低格拉晓夫数Gr下吸热反应对颗粒-流体间相互作用和颗粒运动行为的影响。结果表明，反应颗粒的沉降运动受颗粒雷诺数Re、Gr和达姆科勒数Da的协同影响。由于热流体中发生吸热反应的颗粒所受热浮力与重力方向一致，随着Gr的增加，颗粒沉降速度增加，两颗粒出现横向振荡行为，并在热对流的作用下相互远离。根据颗粒Re的大小，颗粒运动模式可以分为三个阶段，随着Re的增大，热对流的影响逐渐减弱，颗粒惯性作用占主导。Da主要影响颗粒周围的热对流，当颗粒表面发生快速反应时，颗粒周围流体温度梯度增大，颗粒-颗粒间相互作用增强。

作为重要的化工原料，脂肪醇在化学、化工、制药等领域扮演着重要角色。将废弃油脂中的脂肪酸或脂肪酸甲酯经过加氢工艺转化为脂肪醇的技术越来越受到重视。本研究采用柠檬酸辅助的溶胶-凝胶法合成了系列Cu-ZrO₂催化剂。结果表明，Cu-ZrO₂催化剂主要以四方相ZrO₂负载铜物种的形式存在。金属Cu与ZrO₂载体存在一定相互作用，在催化加氢棕榈酸甲酯反应过程中，对ZrO₂四方晶相起到稳定作用。结合X射线光电子能谱测试结果，Cu⁰物种是关键的活性中心。当Cu⁰含量不足时，棕榈酸甲酯转化率随Cu⁰含量增加而升高；当Cu⁰含量充足时，Cu⁺与Cu⁰协同作用于催化反应。同时，对四个反应条件进行了探索，即催化剂用量、反应时间、反应温度以及氢气压力，结果表明均对棕榈酸甲酯的催化转化有明显影响。其中，温度影响较大，升高反应温度可以显著提高棕榈酸甲酯的转化率，但过高温度易使得生成的十六醇脱水转化为十六烷等副产物。通过条件优化，在铜添加量为10%（质量分数）、300℃、6MPa和2h反应条件下，棕榈酸甲酯的转化率为95.1%，十六醇的产率可高达91.1%。

原油需求持续增长，如何高效利用劣质渣油已成为亟待解决的重要问题。本文利用不同工艺构筑了两种NiMo/Al₂O₃催化剂（CAT-1与CAT-2），并系统研究了其在劣质渣油加氢反应中的催化性能。CAT-1在脱硫、脱残炭和脱金属等反应中表现出优于CAT-2的催化性能，催化性能分别较CAT-2提高了10.33%、8.94%和1.05%，且CAT-1的渣油转化率比CAT-2高出3.46%。CAT-1优异的催化性能与其更高的羟基含量密切相关。更多的羟基减弱了载体与金属物种之间的相互作用，使得Mo⁶⁺更容易还原为Mo⁴⁺，从而形成硫化程度更高、加氢活性更强的Type Ⅱ型活性相；羟基含量的增加也为加氢反应提供了更多的活性位点，并有效提升了金属物种的分散度，进而优化了催化剂的酸性和金属物种的氧化还原性。这些是促进催化剂加氢活性提升的主要原因。本研究为渣油高效转化提供了理论依据与技术支持。