气体能源高效清洁利用团队
团队负责人：李晋平
所属学院：化学与化工学院，成立于2010年，聚焦化工分离及低碳能源领域，是一支致力于解决“双碳”任务的领军团队。现有成员23人，其中，教授10人、副教授4人、青年博士9人，团队负责人为中国化工学会会士李晋平教授。
山西作为资源型经济省份和碳排放大省，是推进碳达峰、碳中和的主战场，积极响应国家“双碳”发展战略，实现碳达峰、碳中和的意义重大。气体能源高效清洁利用团队长期致力于化工分离及低碳能源等领域的研究，围绕化工过程节能降耗、低碳零碳能源开发、温室气体减排与捕集利用等方面展开工作，是我校致力于解决“双碳”任务的领军团队。该团队现有成员23人，其中教授10人、副教授4人、青年博士9人，团队负责人为中国化工学会会士李晋平教授。
传统低碳烯烃生产过程中，分离能耗占比高，大幅降低烯烃分离能耗是世界难题。基于变压吸附分离工艺，采用优先吸附乙烷的新型反转吸附剂，分离能耗将降低70%以上，大规模推广可显著减少该过程碳排放。该团队近年来聚焦烷烃选择性吸附剂的开发和应用，乙烷/乙烯吸附选择性持续取得突破（Science, 2018, 362, 443; Engineering, 2024, 41, 84; Angew. Chem. Int. Ed., 2025, 64, e202418853），并促进形成了烷烃吸附剂研究的热潮，新增报道400多种烷烃吸附材料，拓展至不同多孔框架等领域（Coord. Chem. Rev., 2025, 544, 216974），分离的体系也拓展至丙烷/丙烯的分离（Adv. Mater, 2023, 35, 2207955; AIChE J., 2025, 71, e18646）。以烷烃吸附剂为核心，建成了一套“变压吸附+装配”一体化分离装置，完成了10万方级高纯烯烃分离提纯工业试验，烯烃纯度从99.5%提升至99.995%以上，实现连续1000小时循环运行，回收率86.3%，该技术已与中船派瑞特气洛阳分公司建立了合作。
绿电大规模制氢及碳还原技术是解决“双碳”任务的重要途径。阴离子交换膜电解水制氢技术是解决波动性可再生能源难利用的关键选择，该团队聚焦该制氢技术规模化应用的关键瓶颈，针对大电流析氢反应过电位高、耐久性差的难题，发现了催化剂载体与活性位点之间独特的“碳桥效应”，可有效调控OH中间体吸附动力学机理，解决了OH中间体过度吸附和高表面覆盖率的问题，提升了析氢催化剂在大电流下的本征稳定性（Nat. Commun., 2024, 15, 2218）。针对析氧催化剂大电流工况下动态重构、结构坍塌的难题，提出了利用Fe3+和F-协同稳定氧空位来优化催化剂能带结构的新策略，揭示了阴离子浸出诱导的析氧催化剂动态重构过程对活化、稳定晶格氧的促进作用，解决了大电流下析氧催化剂组分流失、失活的问题（Energy Environ. Sci., 2024, 17, 3347）。此外，针对电催化CO2还原加氢选择性差的问题，首次提出了通过调控铜缺陷位点实现*OH吸附调控，在12.5 A的高电流下获得了高达63.4±1.5%的乙烯法拉第效率，实现高效的CO2还原选择性生成乙烯或乙醇（Angew. Chem. Int. Ed., 2025, 64, e202501773）。
CH4、CO2等温室气体减排是实现“双碳”目标终极途径。对于低浓度CH4富集，选择性与高回收效率是难题；对于燃煤电厂烟气CO2捕集，稳定抗湿是关键。该团队十多年来围绕低浓度CH4的富集开展研究，在CH4/N2混合物中高效识别CH4及深度脱N2方面取得重要进展（Nat. Commun., 2025, 16, 8065; Angew. Chem. Int. Ed., 2025, 64, e202510242; Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 61, e202116850）。相关的CH4富集技术已实现成果转化，并在山西省华阳新材料集团和阳泰集团实现工业化应用，部分研究成果被CCTV-2和CCTV-13进行了报道，被认为是实现全域煤层气高效利用的全新解决方案。在CO2捕集方面，克服吸附剂在潮湿条件下CO2的捕集效率降低的问题，将水分的存在转化为有利于CO2捕集的条件，实现了高湿度下长期稳定的捕集效果（Adv. Mater., 2025, 37, 202410500）。以燃煤电厂烟气中CO2的低成本捕集为研究目标，创制了N2优先渗透膜，选择性取得突破。优化了CO2渗透的膜性能，创建了一级增压三段分离的低成本CO2分离捕集工艺。与传统CO2膜三级增压分离相比，成本可降低2/3（＜150元/吨），为烟气CO2捕集向低成本、低能耗转型提供了新思路。该团队的CO2膜法工艺年捕集1万吨电厂烟气CO2项目已在山西介休安泰集团启动实施。
气体能源高效清洁利用研究团队长期面向碳中和国家战略需求，聚焦烯烃反转吸附剂开发、高效制氢与碳减排技术、温室气体捕集与利用三大方向，持续开展基础理论研究与关键技术攻关。团队先后承担国家“863”计划、国家自然科学基金重大及重点等科研项目60余项；在Science、Nat Comm、J Am Chem Soc、Angew Chem、Adv Mater等高水平期刊发表论文600余篇；获授权中国发明专利50余项。研究成果荣获国家技术发明二等奖1项，省部级科学技术一等奖4项、二等奖6项。
