近日，我所碳资源小分子与氢能利用研究组（DNL1905组）孙剑研究员、位健研究员团队与中国石油大学（华东）吴明铂教授、王阳教授团队合作，在二氧化碳（CO2）加氢合成烯烃研究中取得新进展。研究团队提出反应网络解耦策略，通过向钠—铁—钴（NaFeCo）催化剂引入γ-氧化铝（γ-Al2O3）构筑多组分催化体系，缓解了铁基催化剂活性与烯烃选择性之间的“跷跷板效应”，提高了CO2加氢制烯烃时空收率。
在“双碳”目标引领下，将温室气体CO2高效转化为高附加值化学品，是催化领域的重要研究方向。铁基催化剂兼具逆水煤气变换与费托合成活性相，在CO2加氢制烯烃方面具有应用潜力，但仍然面临诸多瓶颈：CO2分子中C=O键难以活化；反应生成的水易氧化碳化铁活性相；碳化铁和氧化铁物相比例调控难度大，难以兼顾催化活性与烯烃选择性等。这些因素制约了烯烃时空收率的进一步提升。
孙剑团队长期致力于CO2加氢多相催化剂的开发。前期工作中，团队通过优化前驱体组成、调控碳化环境，利用Na、Co协同诱导铁催化剂原位碳化生成Co–Fe合金碳化物，实现了烯烃产物的高选择性合成（Appl. Catal. B-Environ.，2023；Angew. Chem. Int. Ed.，2025；ACS Catal.，2025）。
在上述工作基础上，团队通过在NaFeCo体系中引入γ-Al2O3，构筑多组分复合催化剂，实现CO2加氢反应网络解耦，分离CO2初始活化与后续加氢转化功能。富含氧空位与羟基的γ-Al2O3充当CO2活化中心，促进甲酸盐（HCOO*）中间体生成；通过调控γ-Al2O3与铁基活性相之间的空间距离，实现甲酸盐中间体向铁基活性位高效溢流并进一步转化。与此同时，γ-Al2O3对水（H2O）具有强吸附能力，可在铁基活性相周边营造低氧化学势微环境，抑制H2O对碳化铁活性相的氧化，保障活性相稳定。该策略厘清了多活性相在解耦反应网络中的功能分工与协同机制，缓解了活性—选择性的制约矛盾。在380 ℃、3 MPa、100 L·gcat⁻¹·h⁻¹空速条件下，催化剂烯烃时空收率可达3323.1 mg·gcat⁻¹·h⁻¹。研究团队还完成公斤级规模催化剂制备，并开展百克级固定床放大试验，放大后的催化性能与实验室小试结果基本保持一致。
相关成果以“Decoupling of Reaction Network for Ultra-high Yield Synthesis of Olefins from CO2 Hydrogenation Over Fe-Based Catalysts”为题，于近日发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上，并被选为热点论文（Hot Paper）。上述工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、辽宁省未来产业研发计划等项目的支持。（文/图 位健）
