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观宇宙之博大 察万物之精微

反映世界科学发展态势的学术期刊

科学观察, 2022, 17(2): 33-46 doi: 10.15978/j.cnki.1673-5668.202202004

研究论文

CO2化工转化利用领域文献计量分析☆

郑征,1,*, 何宏艳,2,*, 王瑜1, 张甫3

1 北京科技大学图书馆 北京 100083
2 中国科学院过程工程研究所离子液体清洁过程北京市重点实验室 北京 100190
3 中国科学院合肥物质科学研究院信息中心 合肥 230031

Bibliometric Analysis of CO2 Chemical Conversion and Utilization

Zheng Zheng,1,*, He Hongyan,2,*, Wang Yu1, Zhang Fu3

1.Library of University of Science & Technology Beijing, Beijing 100083, China
2.Beijing Key Laboratory of Ionic Liquids Clean Process, Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
3. Information Center, Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Sciences, Heifei 230031, China

通讯作者: *E-mail: zhengzheng@ustb.edu.cn, hyhe@ipe.ac.cn

☆该文系《科学观察》基于“聚焦双碳科技前沿,助推社会发展转型”主题论坛组织策划的“双碳”专题论文。

Corresponding authors: *, E-mail: zhengzheng@ustb.edu.cn hyhe@ipe.ac.cn

摘要

[目的/意义] CCUS技术是实现碳减排目标的关键技术,CO2转化利用是其中重要一环。[方法/过程] 该研究重点关注CO2在化工转化利用方面的研究发展态势。主要采用文献计量方法,对近20年来CO2化工转化利用领域的基础数据进行年代切块,设置每10年为一个时间块,从论文产出规模、学术影响力、国际合作、期刊及学科分布、研究主题等方面对比分析该领域两个10年的发展态势。[结果/结论] 当前相关研究主要集中在中美两国,与第一个10年相比,中国在第二个10年的论文规模和学术影响力均超过美国,同时在国际合作网络中取代美国成为网络中心。近10年趋势显示CO2化工转化利用领域迎来快速发展期,研究制备产品热点从CO2制可降解塑料转移到CO2制低烯烃,制备工艺也从加氢热解转移至电化学反应;中国在该领域的研究热点由CO2制甲酸、合成气向CO2制甲醇及低烯烃转移,美国的研究热点从CO2制备氨、甲醇、生物燃料转移至CO2制备合成气。

关键词： CCUS; CO2化工; CO2利用; 文献计量; 研究热点; 研究趋势

Abstract

[Objective/Significance] CCUS technology is the key technology to achieve carbon reduction goals, among which CO2 conversion and utilization is an important part. [Method/Process] This study focuses on the development trends of CO2 chemical conversion and utilization field. The basic data in the field of CO2 chemical conversion and utilization in the past 20 years were chronodiced by using bibliometric method, and each decade was set as a time block. The development trend of the field in the two decades was compared and analyzed from the aspects of paper output scale, academic influence, international cooperation, journal and discipline distribution, research topics, etc. [Results/Conclusions] The results show that the current research is mainly focused on China and the United States. Compared with the first decade, China surpassed the United States in terms of paper size and academic influence in the second decade, while displacing the United States as the network center in international cooperation networks. The trends in recent ten years shows that the field of CO2 chemical conversion and utilization ushered in a rapid development period. The research on the preparation of products shifted from CO2 to degradable plastics to CO2 to low olefin, and the research on the preparation process also shifted from hydropyrolysis to electrochemical reaction. The research in China focus in this field has shifted from CO2 to formic acid and syngas to CO2 to methanol and low olefin, while in the United States, the research focus has shifted from CO2 to ammonia, methanol and biofuel to CO2 to syngas.

Keywords： CCUS; CO2 chemical; CO2 utilization; bibliometrics; research focus; research trends

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本文引用格式

郑征, 何宏艳, 王瑜, 张甫. CO2化工转化利用领域文献计量分析☆[J]. 科学观察, 2022, 17(2): 33-46 doi:10.15978/j.cnki.1673-5668.202202004

Zheng Zheng, He Hongyan, Wang Yu, Zhang Fu. Bibliometric Analysis of CO2 Chemical Conversion and Utilization[J]. SCIENCE FOCUS, 2022, 17(2): 33-46 doi:10.15978/j.cnki.1673-5668.202202004

1 引言

2021年8月9日,联合国评估气候变化相关科学的政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）发布了第六次评估报告（AR6）的政策制定者摘要（SPM）,首次确认人类影响导致全球变暖是明确的[1]。国际社会普遍认为,二氧化碳过度排放是引起气候变化的主要因素。我国已明确表态和承诺,将采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。实现“双碳”目标不是要完全禁止二氧化碳排放,而是在降低二氧化碳排放的同时,促进二氧化碳吸收,用吸收抵消排放,这就需要以技术创新引领低碳发展新格局,二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）技术是我国实现“双碳”目标的有益技术探索[2]。碳捕获、利用与封存（Carbon Capture,Utilization and Storage,CCUS）技术是实现减排目标过程中唯一一组既能直接减少关键领域碳排放,又能降低已有CO2浓度以平衡无法避免的碳排放的技术,是实现“净”零目标的关键部分[3]。可以说在化石燃料无法完全清退的情况下,CCUS技术的研发推广势在必行[4]。

CCUS技术是一种捕获燃煤发电厂等来源的二氧化碳排放,并对其进行再利用或储存,使其不会进入大气的过程[5]。CCUS是CCS技术的新发展趋势,与CCS相比,CCUS技术多了“利用”的过程,即把生产过程中排放的二氧化碳捕获后进行提纯,继而投入到新的生产过程中,实现循环再利用,产生附加值产品,建立二氧化碳经济,而不是简单地封存或将其作为废物处理[6]。

CO2可以作为一系列产品和服务的原料。CO2的潜在应用包括直接使用（不发生化学变化）,以及将CO2转化为其他产品（发生化学变化）。本研究重点关注CO2在化工转化利用方面的研究发展态势,以期为相关研究人员或政策制定者提供参考。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本文以Web of Science平台上的SCIE数据库为数据源,根据CO2化工转化利用涉及主要领域[7,8,9,10,11,12],结合专家研判,将涉及的技术划分为7个研究方向,并分别确定每个研究方向的关键词和检索表达式,见表1。

表1   CO2化工利用主要研究方向检索要素

主要技术分类 中文关键词 检索式
CO2制主要化学品 二氧化碳、CO2、甲醇、甲酸、乙酸、二甲醚 TS=("Carbon Dioxide*" or CarbonDioxide* or CO2) and (hydrogenation or "Carbon monoxide" or CO) and (methanol or "methyl alcohol" or "formic acid*" or "acetic acid" or DME or " Dimethyl ether")
CO2 热化学转化为甲烷 二氧化碳、CO2、热解、热化学、加氢、一氧化碳、甲烷 直接甲烷化：TS=("Carbon Dioxide*" or CarbonDioxide* or CO2) and (methane or CH4) and (pyrolysis* or thermo-chemical or thermochem* or hydrogenation or H2)
间接甲烷化：TS=("Carbon Dioxide*" or CarbonDioxide* or CO2) AND ("Carbon monoxide" or CO) and (methane or CH4) and (pyrolysis* or thermo-chemical or thermochem* or hydrogenation or H2)
CO2 热化学转化为合成气 二氧化碳、CO2、热解、热化学、合成气、甲烷干法重整 TS=("Carbon Dioxide" or CarbonDioxide or CO2) and ("synthesis gas*" or "synthetic gas*" or syngas) and (pyrolysis* or thermo-chemical or thermochem*)
TS=("Carbon Dioxide" or CarbonDioxide or CO2) and (methane or CH4) and ("synthesis gas*" or "synthetic gas*" or syngas) and ("dry reform*")
CO2制尿素 二氧化碳、CO2、氨、尿素 TS=("Carbon Dioxide*" or CarbonDioxide* or CO2) and ammonia* and Urea
CO2制水杨酸 二氧化碳、CO2、水杨酸 TS=("Carbon Dioxide" or CarbonDioxide or CO2) and ("Salicylic acid")
CO2制聚碳酸酯、聚氨酯、丙烯酸酯、聚碳酸亚乙酯等可降解材料/塑料 二氧化碳、CO2、聚碳酸酯、聚氨酯、丙烯酸酯、聚碳酸亚乙酯、可降解材料 TS=("Carbon Dioxide*" or CarbonDioxide* or CO2) and (Polycarbonate*) and ("organic carbonate*" or "Ethylene carbonate*" or epoxypropane or "propylene epoxide" or "propylene oxide")
TS=("Carbon Dioxide*" or CarbonDioxide* or CO2) and (epoxypropane or "propylene epoxide*" or "propylene oxide" or "Non isocyanate*" or diisocyanate* or cyclonitride* or (epoxide* and isocyanate*)) and polyurethane*
TS=("Carbon Dioxide*" or CarbonDioxide* or CO2) and Acrylate* and TS=(Ethene or ethylene)
TS=("Carbon Dioxide*" or CarbonDioxide* or CO2) and ("Polycarbonate lemon ester" or PLC)
TS=("Carbon Dioxide*"or CarbonDioxide* or CO2) and ("biodegradable polymer*")
TS=("Carbon Dioxide*" or CarbonDioxide* or CO2) and ((epoxypropane or "propylene epoxide" or "propylene oxide") or ((epoxypropane or "propylene epoxide" or "propylene oxide") and ("ethylene oxide" or oxirane or oxacyclopropane)) or ((epoxypropane or "propylene epoxide" or "propylene oxide") and ("Cyclohexene oxide" or Epoxycyclohexane)))
CO2合成燃料 液体燃料、低烯烃、柴油、航空燃料 TS=("Carbon Dioxide*" or CarbonDioxide* or CO2) and (hydrogenation or CH4 or methane or methanol or H2 or "Carbon monoxide" or CO) and ("liquid fuel*" or "liquid hydrocarbon" or synfuel* or "light olefin*" or "lower olefin*" or aromatic*or "liquid alkane*" or alkene* or gasoline or diesel or "jet fuel*")

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将上述检索式进行逻辑或（OR）组合检索,并进行去重、清洗,最终得到CO2化工利用领域论文20 539篇。本文的数据统计口径说明如下：论文统计时间窗为2001–2020年,文献类型为Article、Review,检索时间为2020年11月5日。

2.2 研究方法及工具

本文主要采用文献计量方法,对近20年来CO2化工转化利用领域的基础数据进行年代切块,设置每10年为一个时间块,从论文产出规模、学术影响力、国际合作、期刊及学科分布、研究主题等方面对比分析该领域两个10年的发展态势。本研究主要使用的计量与可视化分析工具有DDA、VOSviewer、Citespace和Excel等。

3 CO2化工产品利用领域发文态势分析

3.1 发文年代分布

2001年至今,全球共发表CO2化工转化利用相关研究论文20 539篇。从图1可以看出,2001–2020年,该领域发文保持稳步增长态势;与2001–2010年相比,2011–2020年领域论文增速明显加快,全球研究规模显著扩大。

图1

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图1   CO2化工转化利用领域年度发文趋势


3.2 发文国家/地区及国际合作分析

从国家/地区论文产出格局来看,中美是CO2化工产品利用领域的主要研究国家（如图2）,两国的发文量占领域发文总量的45%。从2001–2010年、2011–2020年前后两个时间窗来看（如图3）,美中在该领域的论文数量轮流登上“榜首”,且中国论文量增长较快,与其他国家的比较优势更为显著。如第一个10年排在第1位的美国论文数量（951篇）是第4名德国 （262篇）的近4倍,第2名中国（858篇）是德国的3.3倍;第二个10年中国发文量（4 846篇）增长4.6倍,跃居第1位,是第3名德国（1 110篇）的4.4倍。

图2

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图2   CO2化工转化利用领域发文量TOP 10国家/地区发文情况


图3

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图3   2001–2010年及2011–2020年CO2化工转化利用领域发文量TOP 20国家/地区


基于论文合作情况绘制2001–2010年及2011–2020年CO2化工转化利用领域发文量大于10的国家/地区间合作网络图。图中圆圈大小代表发文量多少,连线粗细代表合作程度高低,不同颜色代表不同的合作集群。比较前后两个时间窗合作网络图可以发现,网络中的国家/地区数量及其之间的连线均有所增加,可见越来越多的国家/地区参与到本领域的国际合作研究中,且合作越来越密切（如图4、图5）。

图4

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图4   2001–2010年CO2化工转化利用领域发文量大于10的国家/地区合作网络


图5

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图5   2011–2020年CO2化工转化利用领域发文量大于10的国家/地区合作网络


进一步用PageRank指标测度合作网络中节点的中心地位（见表2）,可以发现中国在第二个时间窗中取代美国,成为合作网络中心。

表2   CO2化工转化利用领域国际合作网络PageRank值TOP20国家/地区

2001–2010年 2011–2020年
国家/地区 PageRank值 排名 国家/地区 PageRank值 排名
美国 0.134 1 中国 0.104 1
中国 0.079 2 美国 0.101 2
法国 0.073 3 英国 0.053 3
德国 0.060 4 德国 0.050 4
英国 0.050 5 法国 0.046 5
日本 0.040 6 西班牙 0.041 6
加拿大 0.038 7 意大利 0.033 7
西班牙 0.036 8 日本 0.030 8
意大利 0.033 9 澳大利亚 0.027 9
瑞士 0.028 10 加拿大 0.025 10
巴西 0.026 11 沙特阿拉伯 0.024 11
韩国 0.026 12 马来西亚 0.023 12
荷兰 0.023 13 印度 0.023 13
澳大利亚 0.022 14 韩国 0.021 14
比利时 0.016 15 荷兰 0.021 15
葡萄牙 0.015 16 瑞士 0.018 16
印度 0.015 17 比利时 0.016 17
波兰 0.014 18 伊朗 0.015 18
俄罗斯 0.014 19 巴西 0.014 19
阿根廷 0.014 20 丹麦 0.013 20

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从国际合作区域分析来看,中国在该领域进行国际合作最多的国家为美国、英国、日本、澳大利亚、加拿大等,其中美国、英国、澳大利亚与中国合作论文数量的排名有所上升,日本、加拿大的排名有所下降;从2001–2010年、2011–2020年各国家/地区与中国的合作论文数量占其本国/地区国际合作论文总数的比例来看（表3）,除日本外,中国与大多数国家/地区的合作伙伴关系越来越密切。

表3   CO2化工转化利用领域中国的TOP20合作国家/地区

2001–2010年 2011–2020年
国家/地区 与中国合作
论文数/篇		 国际合作
论文总数/篇		 占比/% 国家/地区 与中国合作
论文数/篇		 国际合作
论文总数/篇		 占比/%
日本 45 83 54.22 美国 522 1188 43.94
美国 31 230 13.48 英国 150 497 30.18
英国 13 78 16.67 澳大利亚 122 281 43.42
加拿大 13 68 19.12 日本 110 320 34.38
新加坡 12 20 60.00 加拿大 83 250 33.20
德国 8 100 8.00 德国 61 487 12.53
韩国 5 43 11.63 新加坡 57 85 67.06
澳大利亚 4 31 12.90 中国台湾 38 83 45.78
伊朗 4 13 30.77 沙特阿拉伯 37 209 17.70
瑞士 3 45 6.67 法国 35 442 7.92
法国 2 114 1.75 韩国 34 201 16.92
中国台湾 2 18 11.11 荷兰 30 183 16.39
比利时 2 17 11.76 巴基斯坦 27 91 29.67
瑞典 2 13 15.38 瑞典 20 101 19.80
中国香港 2 9 22.22 西班牙 19 394 4.82
意大利 2 50 4.00 泰国 17 100 17.00
芬兰 1 8 12.50 新西兰 16 29 55.17
荷兰 1 30 3.33 丹麦 16 103 15.53
沙特阿拉伯 1 5 20.00 意大利 16 285 5.61
巴林 1 1 100.00 中国香港 15 51 29.41

注：占比为各国家/地区与中国的合作论文数量占本国/地区国际合作论文总数的比例;中国数据未包含港澳台地区数据。

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3.3 学术影响力分析

被引频次是测度论文学术影响力的基本指标。为使得不同年份、不同学科领域的被引频次规模可比,本研究采用国家/地区的被引频次世界份额（即国家/地区的被引频次除以同年份、同领域的世界被引频次）和消除研究规模影响的归一化指标CNCI进行学术影响力测度。2001–2010年,美国、中国和日本是该领域被引频次世界份额的TOP3国家,美国以较大的优势领先中国等其余国家/地区。2011–2020年,中国CO2化工转化利用领域的学术影响力超过美国,跃居第一位,但与美国的差距并不大（如图6）。

图6

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图6   2001–2010年与2011–2020年CO2化工转化利用领域论文被引频次世界份额TOP20国家/地区


从TOP10国家的CNCI值来看,2001–2010年,美国、西班牙、英国、德国和加拿大位居前列,均超过了TOP10国家CNCI均值;与前10年相比,后10年进步最大是法国和中国,其中法国从第6位上升至第3位,中国从第9位上升至第5位,且均超过了TOP10国家CNCI均值（如图7）,但与美英等国仍存在一定差距。

图7

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图7   2001–2010年与2011–2020年CO2化工转化利用领域TOP10国家/地区的CNCI值


3.4 发文期刊分析

从表4可以看出,2001–2010年与2011–2020年CO2化工转化利用领域论文发文期刊变化较大。通过前后两个时间窗TOP10发文期刊的对比,发现前10年排在前4位的期刊Catalysis Today、Energy & Fuels、Industrial & Engineering Chemistry Research在第二个10年的排名下降至后5位,而前10年排名在后3位的Fuel和Applied Catalysis B-Environmental在后10年跃升至前5位。此外,后10年新增ACS Catalysis、Journal of CO2 Utilization、Catalysis Science & Technology等刊冲入前10位。

表4   2001–2010年和2011–2020年CO2化工转化利用领域TOP20发文期刊

2001–2010年 2011–2020年
期刊名称 论文量/篇 2020IF 期刊名称 论文量/篇 2020IF
Applied Catalysis A-General 229 5.706 International Journal of Hydrogen Energy 683 5.816
Catalysis Today 156 6.766 Fuel 480 6.609
Energy & Fuels 139 3.605 ACS Catalysis 394 13.084
Industrial & Engineering Chemistry Research 105 3.764 Applied Catalysis B-Environmental 315 19.503
Catalysis Letters 103 3.186 Journal of CO2 Utilization 312 7.132
Journal of Catalysis 103 7.920 Energy & Fuels 284 3.605
International Journal of Hydrogen Energy 97 5.816 Catalysis Today 280 6.766
Fuel 81 6.609 Catalysis Science & Technology 251 6.119
Applied Catalysis B-Environmental 76 19.503 Industrial & Engineering Chemistry Research 242 3.764
Journal of Molecular Catalysis A-Chemical 73 n/a RSC Advances 236 3.361
Journal of Supercritical Fluids 67 4.577 Applied Energy 229 9.746
Journal of Physical Chemistry C 66 4.126 Energy 228 7.147
Chinese Journal of Catalysis 64 8.271 Energy Conversion and Management 215 9.709
Journal of the American Chemical Society 54 15.419 Chemcatchem 209 5.686
Fuel Processing Technology 50 7.033 Journal of Physical Chemistry C 209 4.126
Journal of Physical Chemistry B 50 2.991 Journal of the American Chemical Society 201 15.419
Journal of Power Sources 49 9.127 Applied Catalysis A-General 201 5.706
Journal of Physical Chemistry A 47 2.781 Chemical Engineering Journal 185 13.273
Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 47 5.541 Catalysts 180 4.146
Physical Chemistry Chemical Physics 45 3.676 Green Chemistry 180 10.182

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3.5 学科交叉分析

2001–2010年、2011–2020年CO2化工转化利用领域论文所涉及的TOP10 WoS学科基本相同,相应的排名也接近,其中Chemistry, Physical、Engineering, Chemical、Energy & Fuels三个WoS学科是该领域论文的主要分布学科。总体而言,CO2化工转化利用领域的研究涉及化学、物理、环境、工程等学科的交叉融合,例如,研究CO2参与化工产品制备过程中的化学反应机理;探究CO2在环境保护方面的应用,如利用CO2制备可降解塑料。两个时间窗相比,该学科领域论文涉及Engineering和Environmental学科的论文比重和排名提升相对较多（表5）。

此外,本文通过赫尔芬达多样性指数（PDIV指数）来测度和反映某个学科领域的论文在其所涉及的WoS学科上分布的集中或者分散程度,从而反映该学科领域的学科交叉度。表5中给出了基于TOP10学科领域的学科交叉度。该领域论文的学科交叉度在2011–2020年相比2001–2010年略微有所提升。

表5   2001–2020年CO2化工转化利用领域TOP10 WoS学科多样性指数

2001–2010年 2011–2020年 2001–2020年
学科名称 论文
量/篇		 学科名称 论文
量/篇		 学科名称 论文
量/篇
Chemistry, Physical 1674 Chemistry, Physical 4939 Chemistry, Physical 6613
Engineering, Chemical 1364 Engineering, Chemical 4470 Engineering, Chemical 5834
Energy & Fuels 813 Energy & Fuels 4245 Energy & Fuels 5058
Chemistry, Multidisciplinary 513 Chemistry, Multidisciplinary 2893 Chemistry, Multidisciplinary 3406
Environmental Sciences 482 Environmental Sciences 1302 Environmental Sciences 1785
Chemistry, Applied 397 Materials Science, Multidisciplinary 1191 Materials Science, Multidisciplinary 1491
Polymer Science 314 Green & Sustainable Science & Technology 992 Electrochemistry 1236
Materials Science, Multidisciplinary 300 Engineering, Environmental 959 Chemistry, Applied 1208
Electrochemistry 280 Electrochemistry 956 Engineering, Environmental 1203
Engineering, Environmental 244 Thermodynamics 862 Green & Sustainable Science & Technology 1087
多样性指数 0.845 多样性指数 0.851 多样性指数 0.849

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4 研究热点及发展趋势分析

4.1 热点研究主题分析

利用 VOSviewer 软件绘制了化工转化利用领域技术主题共现网络图,其中红色区域代表技术领域中节点数量多、权重大的主题。从图8和图9可以看出,2001–2010年CO2化工转化利用领域的研究热点集中在CO2合成甲烷并进一步制合成气以及CO2加环氧丙烷制聚碳酸酯;2011–2020年CO2化工转化利用领域的研究热点集中在CO2加氢电解制甲醇/甲酸、CO2加氢热解制合成气、CO2加环氧丙烷或碳酸盐制聚碳酸酯以及CO2制生物质燃料。

图8

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图8   2001–2010年CO2化工转化利用研究领域关键词共现网络图


图9

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图9   2011–2020年化工转化利用研究领域关键词共现网络图


4.2 研究领域发展趋势分析

在分析CO2化工转化利用领域发展趋势时,本文利用CiteSpace突变词探测功能,对2011–2020年的基础数据进行年代切片,设置每一年为一个时间切片,对每个切片中突现关键词进行探测,最终得到表6。分析发现近十年该领域的研究制备产品热点从CO2制可降解塑料转移到CO2制低烯烃,制备工艺也从加氢热解转移至电化学反应。

表6   2011–2020年至今CO2化工产品利用领域突现词概况

序号 关键词 突现强度 开始年份 结束年份 2011–2020年
1 propylene oxide 31.18 2011 2014 ▃▃▃▃▂▂▂▂▂▂
2 alternating copolymerization 22.51 2011 2015 ▃▃▃▃▃▂▂▂▂▂
3 cyclohexene oxide 18.47 2011 2014 ▃▃▃▃▂▂▂▂▂▂
4 poly(propylene carbonate) 17.45 2011 2015 ▃▃▃▃▃▂▂▂▂▂
5 salen complexe 14.66 2011 2014 ▃▃▃▃▂▂▂▂▂▂
6 CO 12.9 2011 2012 ▃▃▂▂▂▂▂▂▂▂
7 supercritical carbon dioxide 12.45 2011 2017 ▃▃▃▃▃▃▃▂▂▂
8 mild condition 11.86 2011 2016 ▃▃▃▃▃▃▂▂▂▂
9 coupling reaction 11.78 2011 2016 ▃▃▃▃▃▃▂▂▂▂
10 diiminate zinc catalyst 11.75 2011 2015 ▃▃▃▃▃▂▂▂▂▂
11 hydrogen 11.4 2011 2012 ▃▃▂▂▂▂▂▂▂▂
12 co2/epoxide copolymerization 10.78 2011 2015 ▃▃▃▃▃▂▂▂▂▂
13 platinum 10.49 2011 2012 ▃▃▂▂▂▂▂▂▂▂
14 asymmetric alternating copolymerization 10.21 2011 2016 ▃▃▃▃▃▃▂▂▂▂
15 hydrosilylation 13.09 2012 2015 ▂▃▃▃▃▂▂▂▂▂
16 mechanistic aspect 12.92 2013 2016 ▂▂▃▃▃▃▂▂▂▂
17 homogeneous hydrogenation 12.9 2013 2014 ▂▂▃▃▂▂▂▂▂▂
18 defined iron catalyst 9.54 2013 2015 ▂▂▃▃▃▂▂▂▂▂
19 organic carbonate 10.49 2014 2016 ▂▂▂▃▃▃▂▂▂▂
20 electrochemical reduction 9.84 2016 2018 ▂▂▂▂▂▃▃▃▂▂
21 si engine 10.88 2017 2018 ▂▂▂▂▂▂▃▃▂▂
22 lower olefin 10.65 2018 2020 ▂▂▂▂▂▂▂▃▃▃

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进一步绘制中美两国2011–2020年在CO2化工转化利用领域的研究发展趋势图（如图10、图11）,可以发现中国在该领域的研究热点由CO2制甲酸、合成气向制甲醇及低烯烃转移,美国的研究热点从CO2制备氨、甲醇、生物燃料转移至CO2制备合成气。

图10

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图10   2011–2020年中国CO2化工转化利用研究领域关键词共现网络时序图


图11

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图11   2011–2020年美国CO2化工转化利用研究领域关键词共现网络时序图


5 结语

2001–2020年CO2化工转化利用领域发文量保持稳步增长发展态势,与2001–2010年相比,2011–2020年论文增速明显加快,全球研究规模显著扩大。该领域发文期刊变化较大,对比前后两个时间窗的TOP10发文期刊,发现前10年排名在后3位的Fuel和Applied Catalysis B-Environmental在后10年跃升至前5位,后10年TOP中新增ACS Catalysis、Journal of CO2 Utilization、Catalysis Science & Technology等期刊。该领域论文学科交叉度2011–2020年较2001–2010年略有提升。相比2001–2010年的热点研究主题CO2合成甲烷并进一步制合成气以及CO2加环氧丙烷制聚碳酸酯,2011–2020年研究热点在制品产品和工艺上均有所增加,如增加了CO2加氢电解制甲醇/甲酸、CO2加碳酸盐制聚碳酸酯以及CO2制生物质燃料。

总体来看,2001–2020年中国CO2化工转化利用领域的发展态势有以下表现：在成果产出规模方面,较之2001–2010年,2011–2020年中国发文量增速较快,增长4.6倍,超过美国,跃居全球第1位;在学术影响力方面,绝对影响力略超美国,位居世界第1,相对影响力有较大提升,从第9位上升至第5位,但与美英等国仍存在一定差距。从国际合作来看,在国际合作网络中取代美国成为网络中心,合作国家也越来越多。近10年中国在该领域的研究热点由CO2制甲酸、合成气向制甲醇及低烯烃转移,美国的研究热点从CO2制备氨、甲醇、生物燃料转移至CO2制备合成气。

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The recent advances in the development of heterogeneous catalysts and processes for the direct hydrogenation of CO to formate/formic acid, methanol, and dimethyl ether are thoroughly reviewed, with special emphasis on thermodynamics and catalyst design considerations. After introducing the main motivation for the development of such processes, we first summarize the most important aspects of CO capture and green routes to produce H. Once the scene in terms of feedstocks is introduced, we carefully summarize the state of the art in the development of heterogeneous catalysts for these important hydrogenation reactions. Finally, in an attempt to give an order of magnitude regarding CO valorization, we critically assess economical aspects of the production of methanol and DME and outline future research and development directions.

Aresta M, Dibenedetto A, Angelini A.

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Recent advances in enzymatic catalysis for preparation of high value-added chemicals from carbon dioxide

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With the rapid development of modern industry, coal, petroleum, natural gas and other fossil fuels have been excessively consumed, along with an increasing large quantities of greenhouse gases (e.g. carbon dioxide, CO2) are produced. It is urgent to develop sustainable green energy and abate the detriment of carbon dioxide on global environment. CO2 is a cheap carbon source that can be converted into high value-added chemicals by chemical, photochemical, electrochemical or enzymatic methods to realize the recycling of CO2. It is a win-win strategy to solve the energy and environmental crisis caused by global carbon emissions. Inspired by natural CO2 metabolic process, enzymatic transformation provides an alternative strategy for efficient recycling of CO2. Compared with traditional chemical, photochemical or electrochemical methods, the enzymatic route holds advantages of green, high efficiency, mild and excellent selectivity, which is expected to bring new revolutionary opportunities for efficient utilization of CO2. Thus, in this present review, we firstly introduce the brief background about enzymatic conversion for CO2 capture, sequestration and utilization. Next, we depict six major routes of the CO2 metabolic process in cells, which are taken as the inspiration source for the construction of enzymatic systems in vitro. Subsequently, recent advances in enzymatic conversion of CO2 that catalyzed by various single enzymes and multi-enzyme cascade systems are systematically reviewed. Some emerging approaches for construction of immobilized single-or multi-enzyme systems, directed evolution and artificial modification of enzymes, and cofactor regulation during the enzymatic processes are also discussed. Finally, the defects and shortcomings of enzymatic approaches are summarized, and the future perspectives are finally put forward. Based on this present review, we aim to provide theoretical reference and practical basis for more efficient enzymatic utilization of CO2 to produce high value-added chemicals.

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Utilization of carbon dioxide in polyurethane

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