二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）是高质量实现碳中和目标不可或缺的技术选择，但其大规模推广应用仍面临多环节、高成本等关键瓶颈。针对上述问题，近年来研究人员提出二氧化碳捕集-转化一体化（ICCC）的新思路，该过程又称二氧化碳捕集与原位转化，是指将吸附态的二氧化碳不经过解吸步骤直接进行转化，从而在分子尺度上实现了捕获介质再生和二氧化碳活化能耗的直接耦合，有望形成新一代短流程、低成本CCUS解决方案。

近期，中国科学院上海高等研究院（以下简称“上海高研院”）碳排放核算与碳捕集利用封存团队围绕ICCC技术工程化过程所面临的关键问题，从吸附-催化双功能材料的位点空间耦合关系、临氧稳定运行机制、双反应器连续运行工艺、全流程技术经济性评估等方面开展了系统工作，相关成果以“Dual-functional materials and pilot demonstration of integrated CO₂ capture and conversion”为题，发表在能源领域期刊Joule上。

本研究开发了镍-氧化镁-氧化铝多元双功能材料，阐明了吸附位点与催化位点空间距离对反应性能的影响规律，面向工业烟气临氧工况下材料易失活的难题，依托同步辐射原位表征技术解析了失活机制。在此基础上，团队完成了双功能材料的规模化制备，并在20万方/年ICCC示范装置上实现了一体化工艺的连续运行。装置72小时稳定运行结果显示，二氧化碳捕集率、二氧化碳转化率和甲烷选择性均高于97%，循环稳定性好。技术经济性分析结果表明，氢气成本是影响工艺经济性的核心因素，随着绿色氢气价格的预期下降，ICCC合成甲烷的平准化成本预计在2033年达到现有天然气价格水平，充分展现该技术面向实际工业应用场景的应用潜力。

论文第一作者为上海高研院胡登高级工程师，通讯作者为孙楠楠研究员和魏伟研究员。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、中国科学院二氧化碳光子科学建制化研究平台、国家重点研发计划、上海市科委等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.joule.2026.102628