综述：电气化动态操作C1化学：能源转化（Power-to-X）的新兴平台

这篇综述系统探讨了利用可再生能源电力驱动C1分子（CH4、CO2、CO等）催化转化为燃料和高值化学品的创新路径，重点分析了电加热（Joule加热、电磁加热、等离子体）和动态操作（化学循环、进料波动）技术在甲烷重整、费托合成（FT）和CO2加氢等关键反应中的应用，为化工行业脱碳（decarbonization）和能源转型提供了重要解决方案。

　　

电气化动态操作C₁催化进程

传统C₁化学工业依赖化石能源驱动的稳态大规模生产，而基于Power-to-X（PtX）理念的新型催化技术正通过电加热和动态操作实现革命性突破。Joule加热反应器可直接将可再生能源电力转化为反应热能，在甲烷干重整（ΔH_rxn = 247.3 kJ/mol）中实现90%的能量效率；微波催化则通过选择性激活CO₂分子振动能级，使甲醇合成选择性提升至85%。

动态进料与化学循环策略

针对可再生能源的间歇性特点，化学循环反向水气变换（RWGS）系统通过Fe₃O₄/FeO氧化还原对动态调节H₂/CO比例，适应电解氢的波动供应。在费托合成中，钴基催化剂在脉冲进料条件下可将C₅₊烃类产率提高30%，突破ASF分布限制。

挑战与机遇

等离子体-催化协同体系虽能实现CH₄低温转化（<400°C），但能量效率不足40%仍是瓶颈。动态操作反应器的快速热循环会导致Ni基催化剂积碳速率增加5倍，需开发抗烧结的核壳结构催化剂。未来研究应聚焦于：（1）多物理场耦合反应器设计；（2）宽温域自适应催化剂；（3）电力-化工系统智能耦合算法。

结语

电气化C₁催化不仅使化工过程碳足迹降低70%，更将推动分布式化学合成工厂的兴起。随着可再生能源成本持续下降，这些技术有望在2030年前实现甲醇合成电价2.5美分/kWh的经济性拐点，成为碳中和目标下的关键技术支柱。