近日，中科院大連化物所氫能與先進材料研究部碳資源小分子與氫能利用研究組（DNL1905組）孫劍研究員與內蒙古大學劉健教授等合作，發表了調控二氧化碳（CO2）加氫產物選擇性的催化劑設計綜述性文章，系統總結了催化劑活性中心的化學狀態、尺寸大小、晶面效應等因素對調控CO2加氫產物選擇性的影響，提出CO2選擇性加氫催化劑的普適性設計策略。
CO2催化加氫可以利用廢棄CO2合成附加值化學品，包括C?產物（如一氧化碳、甲烷、甲醇）和C2+產物（如烯烴、乙醇、汽油、航油等），具有良好的工業應用前景。然而，由于加氫混合物產物的分離成本較高，因此設計高效催化劑提升特定產物選擇性是實現工藝經濟性的關鍵問題之一。由于CO2加氫反應網絡復雜，且催化劑表面存在多種活性位點，產物的選擇性調控仍面臨挑戰。
本綜述針對如何理性設計催化劑用于調控CO2加氫產物選擇性這一關鍵科學問題，首先歸納總結了經典的CO2加氫合成反應路徑，為催化劑的原子尺度設計提供啟示；重點討論了催化劑的理性設計原則，包括從催化劑活性中心的化學狀態、尺寸大小、晶相效應、協同效應和結構性質等角度進行催化劑設計，用于CO2加氫產物選擇性調控；在此基礎上，從催化反應工程角度闡述了調控CO2加氫選擇性的方法；最后探討了該領域面臨的挑戰和展望，為原子尺度上設計高效加氫催化劑提供理論指導，助力碳中和發展。
近年來，孫劍研究團隊長期致力于CO2加氫制備高值化學品研究，并取得了系列研究進展，包括CO2活化新路徑（Nat. Chem.，2024；Nat. Commun.，2021），以及CO2加氫合成液態烴（Nat. Commun.，2017）、烯烴（Angew. Chem. Int. Ed.，2024）和醇類（Angew. Chem. Int. Ed.，2024；Angew. Chem. Int. Ed.，2023）等。此外，團隊還實現了該類催化材料的噸級規模化制備，并與企業合作將其成功應用于全球首套千噸級二氧化碳加氫制汽油示范裝置，為十萬噸級工業裝置建設及應用奠定了基礎。
相關工作以“Design of catalysts for selective CO2 hydrogenation”為題，發表在《自然-合成》（Nature Synthesis）上。上述工作得到國家自然科學基金等項目的支持。（文/圖 孫劍）
文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s44160-025-00747-1
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