书名：绿色碳科学  
定价：198.0  
ISBN：9787030850386  
作者：何鸣元等  
版次：1  
出版时间：2026-07  

内容提要：  

绿色碳科学是以碳中和为目标，基于氧化还原化学构建新能源体系的跨学科领域，核心是解决“可持续发展-碳能源-CO2”三元难题，推动碳资源高效利用。本书以碳氢氧三元素体系为框架，解析碳循环机理，涵盖四大技术平台（化石能源低碳化、生物质/废塑料利用、CO2转化、人工光合作用）及六大前沿方向（碳活性物种、水化学、热化学等），面向化学、能源等领域的高校师生与科技人员，兼顾理论与应用，助力“双碳”目标下的技术创新。

目录：  
目录  
第1章 绿色碳科学导论 1  
1.1 引言 1  
1.2 绿色碳科学基础：基于三元体系的碳氧化还原 3  
1.3 绿色碳科学的分子视角和研究方向 6  
参考文献 16  
第2章 氧化还原在绿色碳科学中的本原性 21  
2.1 引言 21  
2.2 氧化还原催生生命 22  
2.2.1 化学能驱动的生命产生历程 23  
2.2.2 深海热液-冷泉系统的氧化还原化学 25  
2.2.3 孕育生命的氧化还原单元 27  
2.2.4 CO2还原的能量与还原力 29  
2.3 从太阳能到化学能的转变：光合作用 30  
2.3.1 不产氧光合作用的氧化还原化学 30  
2.3.2 产氧光合作用的氧化还原化学 31  
2.3.3 光合作用过程中天然CO2固定的反应路径 33  
2.3.4 大氧化事件：还原性地球到氧化性地球的转变 34  
2.4 氧化与能量 35  
2.4.1 呼吸作用：生命的氧化过程 35  
2.4.2 燃烧：生命体外的氧化过程 35  
2.4.3 煤、石油形成过程中的氧化还原化学 37  
2.5 氧化还原与碳循环 39  
2.5.1 CO2的直接化学还原：烷烃作为还原剂 39  
2.5.2 CO2的人工光还原：水作为还原剂 40  
2.5.3 P2X：氢气作为还原剂的能源转换体系 41  
2.6 总结与展望 43  
参考文献 44  
第3章 烃在绿色碳科学中的核心地位 47  
3.1 引言 47  
3.2 烃及其转化基本过程 48  
3.2.1 石油烃及石化产品 48  
3.2.2 石油烃转化基本过程 49  
3.2.3 石油烃转化技术发展概况 49  
3.2.4 石油烃转化过程中的碳足迹和碳平衡 50  
3.3 烃低碳转化的化学基础和典型技术 50  
3.3.1 裂化条件下烃转化反应的平衡 50  
3.3.2 烃转化反应过程的反应机理 51  
3.3.3 高辛烷值汽油导向生成的催化裂化技术 56  
3.3.4 乙烯/丙烯导向生成的催化裂化技术 59  
3.3.5 催化裂化技术发展中化学基础的认识 60  
3.4 总结与展望 63  
参考文献 65  
第4章 可再生碳资源：生物质加工利用 69  
4.1 引言 69  
4.2 生物质及其利用技术简介 70  
4.3 生物质的物理转化技术 71  
4.4 生物质的化学转化技术 72  
4.4.1 直接燃烧 72  
4.4.2 生物质气化 74  
4.4.3 生物质热裂解 77  
4.4.4 水热液化 80  
4.5 生物质的生物转化技术 84  
4.5.1 微生物法 85  
4.5.2 发酵法 86  
参考文献 89  
第5章 可再生碳资源：废塑料加工利用 96  
5.1 引言 96  
5.2 聚烯烃低温转化的热力学和动力学限制 97  
5.3 聚烯烃低温催化升级回收的“双分子”耦合反应策略 98  
5.3.1 C—C键裂解与烷基化串联耦合策略 99  
5.3.2 C—C键裂解与加氢催化串联耦合策略 102  
5.3.3 C—C键裂解与环化/芳构化串联耦合策略 115  
5.3.4 C—C键裂解与交叉复分解反应串联耦合策略 119  
5.3.5 C—C键裂解与氧化反应串联耦合策略 124  
5.4 总结与展望 126  
参考文献 128  
第6章 可再生碳资源：工程热化学 136  
6.1 工程热化学简介 136  
6.1.1 研究背景 136  
6.1.2 工程热化学的定义与内涵 137  
6.2 工程热化学的科学基础与发展目标 138  
6.2.1 碳氢平衡的内涵 138  
6.2.2 碳氢平衡的反应机理 139  
6.2.3 新型碳氢平衡技术的发展 143  
6.3 未来可高效应用于工程热化学中的能量形式 145  
6.3.1 微波电磁辐射 145  
6.3.2 等离子体 148  
6.3.3 超临界水 150  
6.4 废弃物利用：循环经济必由之路 151  
6.4.1 废弃物类型 151  
6.4.2 废塑料增值回收分类 152  
6.4.3 废塑料增值回收的前沿研究简介 153  
6.5 总结与展望 154  
参考文献 154  
第7章 碳氢氧三元转化体系：合成气平台 158  
7.1 引言 158  
7.2 合成气的制备技术 159  
7.2.1 煤制合成气 159  
7.2.2 天然气制合成气 161  
7.2.3 生物质制合成气 165  
7.3 合成气的转化利用 166  
7.3.1 合成气制甲醇 167  
7.3.2 合成气制乙醇 167  
7.3.3 费托合成 171  
7.4 总结与展望 175  
参考文献 176  
第8章 碳氢氧三元转化体系：甲醇平台 178  
8.1 绿色碳科学中的甲醇 178  
8.2 甲醇的生产 181  
8.3 甲醇的下游产品 182  
8.3.1 甲醇燃料 183  
8.3.2 化学品 186  
8.4 甲醇转化化学 190  
8.4.1 甲醇转化中的碳-氢-氧 190  
8.4.2 甲醇转化中的氧化还原 191  
参考文献 193  
第9章 碳氢氧三元转化体系：甲烷平台 196  
9.1 引言 196  
9.2 甲烷氧化偶联 197  
9.2.1 催化剂体系 197  
9.2.2 反应机理 200  
9.2.3 其他OCM反应过程 202  
9.2.4 OCM反应工艺工程 203  
9.3 甲烷无氧转化 207  
9.3.1 甲烷无氧芳构化 207  
9.3.2 甲烷无氧偶联制烯烃/芳烃/H2 209  
9.3.3 光或光-电集成驱动甲烷无氧偶联 209  
9.3.4 甲烷裂解制氢 210  
9.4 甲烷氧化制甲醇/甲醛 213  
9.4.1 气相氧化 213  
9.4.2 络合物均相催化氧化 213  
9.4.3 气-液-固催化氧化 214  
9.4.4 光/电催化氧化 216  
9.5 CO2甲烷化 217  
9.6 总结与展望 218  
9.6.1 甲烷直接活化转化 218  
9.6.2 甲烷氧化制甲醇 220  
9.6.3 基于CO2甲烷化的氢能储运 220  
参考文献 221  
第10章 二氧化碳：热催化转化 230  
10.1 引言 230  
10.2 CO2的结构特征、转化难点及分类 231  
10.3 CO2的催化活化原理 232  
10.4 CO2热催化转化制备能源产品 233  
10.4.1 CO2加氢合成CO 233  
10.4.2 CO2加氢合成甲醇 234  
10.4.3 CO2与甲烷重整制合成气 236  
10.5 CO2热催化转化合成化学品 238  
10.5.1 构建C—O键体系：环状碳酸酯 238  
10.5.2 构建C—N键体系： 唑啉酮 243  
10.5.3 构建C—C键体系：羧化反应 247  
10.6 CO2热催化转化合成聚合物 250  
10.6.1 CO2与环氧单体的聚合 251  
10.6.2 CO2与醇单体的聚合 254  
10.6.3 CO2与胺单体的聚合 255  
10.6.4 CO2与炔类单体的聚合 255  
10.6.5 CO2与受阻路易斯酸碱对的聚合 256  
10.7 总结与展望 258  
参考文献 259  
第11章 二氧化碳：电催化转化 263  
11.1 电催化原理概述 263  
11.1.1 电催化反应的类型 264  
11.1.2 影响电催化反应的因素 264  
11.1.3 评价电催化性能的指标 265  
11.2 电催化还原二氧化碳制备燃料和化学品 266  
11.2.1 电还原二氧化碳的概述（基本原理） 266  
11.2.2 电催化剂的影响 268  
11.2.3 电解液体系的影响 272  
11.2.4 反应器的设计与选择 273  
11.3 电催化二氧化碳耦合其他分子制备高附加值化学品 275  
11.3.1 电合成有机羧酸（酯） 275  
11.3.2 电合成有机碳酸酯、氨基甲酸酯 278  
11.3.3 有机N物种与CO2的电催化N-甲基化反应 279  
11.3.4 电催化合成尿素 280  
11.4 总结与展望 280  
参考文献 281  
第12章 二氧化碳：光催化转化 285  
12.1 引言 285  
12.1.1 自然界光合作用 285  
12.1.2 人工光合作用 286  
12.2 半导体催化剂与CO2光还原 287  
12.2.1 半导体催化剂简介 287  
12.2.2 半导体光催化基本原理 288  
12.2.3 常见半导体催化剂 291  
12.2.4 高效半导体催化剂的设计策略 292  
12.3 分子催化剂与光驱动氧化还原 298  
12.3.1 分子催化剂简介 298  
12.3.2 水氧化分子催化剂 299  
12.3.3 氢还原与CO2还原分子催化剂 301  
12.3.4 分子催化剂修饰的光电极与光电化学反应池 303  
12.4 总结与展望 306  
参考文献 307  
第13章 二氧化碳：工程转化 310  
13.1 引言 310  
13.2 二氧化碳化学还原 311  
13.2.1 干重整 312  
13.2.2 电催化还原二氧化碳为一氧化碳 314  
13.2.3 二氧化碳加氢制甲烷 315  
13.2.4 二氧化碳加氢制甲醇 316  
13.2.5 二氧化碳加氢制汽油及芳烃 319  
13.2.6 CO2转化制备N, N-二甲基甲酰胺 321  
13.2.7 CO2转化制备碳酸酯和乙二醇 322  
13.3 总结与展望 323  
参考文献 325  
第14章 氢和水：水为氢源的转化化学和平台 330  
14.1 水是绿色碳科学的基础 330  
14.2 氧原子耦合：水解离的关键步骤 332  
14.3 工程方法：超临界水 336  
14.4 工程方法：微滴/微气泡 339  
14.5 催化方法：外在因素 341  
14.6 催化方法：内在因素 344  
14.7 总结与展望 346  
参考文献 349  
第15章 p带中间态理论：从概念到催化应用 359  
15.1 引言 359  
15.1.1 经典多相催化理论 361  
15.1.2 限域催化 362  
15.2 PBIS的科学内涵 363  
15.2.1 PBIS的定义 363  
15.2.2 PBIS的形成条件 365  
15.2.3 PBIS的理论验证 366  
15.2.4 PBIS的实验验证 367  
15.2.5 PBIS形成的普适性 370  
15.2.6 PBIS形成的实际意义和实用性 371  
15.3 PBIS介导的电子转移在氧化还原反应中的应用 372  
15.3.1 选择性加氢还原 373  
15.3.2 小分子CO和CO2中碳氧键的选择性活化 377  
15.3.3 选择性氧化 382  
15.4 总结与展望 386  
参考文献 388  
第16章 限域体系纳米尺度反应与传递 393  
16.1 纳米催化 393  
16.2 纳米尺度反应中的限域催化 396  
16.2.1 狭义限域 396  
16.2.2 广义限域 398  
16.2.3 水相中的限域催化 400  
16.3 纳米尺度反应中的传递/迁移 401  
16.3.1 扩散传质 402  
16.3.2 活性位点物质传递/迁移 402  
16.3.3 大分子碳链断裂过程限域催化获取产物选择性 402  
16.3.4 甲醇制烯烃反应 404  
16.3.5 烷基化反应 408  
16.4 总结与展望 408  
参考文献 409  
第17章 思考与展望 411