在“双碳”战略引领下，将温室气体二氧化碳（CO₂）高效转化为高值化学品意义重大，关键挑战是突破CO₂转化过程中C-O键活化、C-C键偶联以及后续碳链增长等多重动力学瓶颈。近期，化工学院吴明铂教授团队与中国石油大学（华东）、日本富山大学等单位密切合作，围绕CO₂转化催化剂理性设计和新反应路线开发开展系统研究，并取得系列进展。

团队巧妙利用碳量子点（CQDs）独特的能级结构与表面化学性质对催化剂微环境进行精准调控。采用CQDs构筑了具有短Fe-C键长（1.63 Å）的新型费托合成活性位点，突破了传统铁基催化剂高度依赖碱金属助剂的固有模式，显著降低了C-O键活化和C-C键偶联能垒，实现了81.3%的C₂₊产物选择性。该催化剂设计思路同样适用于电催化CO₂转化体系，将CQDs与脉冲电解策略相结合，通过强电子态耦合成功稳定了强还原电位下极易失活的Cu⁺活性位点，在超宽电位窗口内实现了高达85.3%的C₂产物法拉第效率。

传统Fe基催化剂无法同步适配CO*生成、碳链增长、醇类产物生成等多步串联反应，极大限制了C₂₊醇的合成效率与选择性的问题。团队聚焦多功能多相催化界面精准调控，提出全新的非晶态钛物种界面结构调控策略，开发出最优配比的1%Na-Cu_0.1FeTiO_x催化剂。在最优工况下，该催化剂实现42.5%的CO₂转化率，30.2%的C₂₊醇选择性，时空产率达245.4 g·kg_cat^-1·h^-1。

为进一步提升目标产物合成精准性，团队开发了FeCo&CuZnAl级联催化剂，通过增大催化界面含氧中间体覆盖度，提升乙醇合成性能，该催化剂的CO₂单程转化率达51.1%，乙醇选择性提升至38.2%。

进一步耦合FeCo&CuZnAl催化剂和H-ZSM-5分子筛组成“双引擎”级联催化体系，提出了“C₂₊醇/烯烃协同芳构化”新路径。该体系突破了传统的甲醇或烯烃介导路线的限制，利用C₂₊醇快速生成碳正离子以触发链增长，并以烯烃作为π底物持续扩展碳链，有效促进碳链增长及后续芳构化过程，实现了31.1%的芳烃收率。

上述研究工作通过催化界面微环境精准调控实现反应中间体高效供应，进而重构反应路径、扩展产物种类、提升目标产物合成效率，形成了具有鲜明特色的研究体系。系列成果分别以“Short Fe-C Bonds Boost Fischer-Tropsch Catalyst for CO₂to Valuable C₂₊Products”、“Electronic State Coupling for Cu⁺Stabilization to Boost Highly Efficient Transformation of CO₂to C₂Products”、“Dynamic evolution of higher alcohols from CO₂on Fe₃O₄-Fe₅C₂-Cu catalytic interfaces with amorphous Ti layout”、“Transformation of CO₂to C₂₊Alcohols by Tailoring the Oxygen Bonding via Fe-based Tandem Catalyst”和“A Synergistic C₂₊Alcohols/Olefins-Intermediated Pathway Boosts CO₂Hydrogenation to Aromatics”为题，发表于国际权威期刊《Angewandte Chemie International Edition》（2篇）、《Nature Communications》（2篇）和《AIChE Journal》（1篇）。

上述研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目、山东省重大科技创新工程项目、泰山学者工程及山东能源集团科技创新重大项目等资助。

文章链接：https://doi.org/10.1002/aic.70249

https://doi.org/10.1002/anie.1066259

https://doi.org/10.1038/s41467-025-62727-5

https://doi.org/10.1038/s41467-026-75201-7

https://doi.org/10.1002/anie.3604576