【AM宁波材料所建所20周年专刊】原子级分散金属催化剂在CO2高值转化领域中的应用

近60年来，大气CO₂ 浓度陡然上升，过量排放的CO₂ 引发了海水酸化、冰川融化、海平面上升等一系列环境问题，严格控制碳排放量已成为国内外政府与各级环境组织关注的焦点。与此同时，CO₂ 又是一种廉价、无毒且可再生的C₁ 资源，将其转化为高附加值的碳基化学品，如烃、醇、酰胺、碳酸酯和羧酸等，减少对化石资源的过度依赖，是解决上述环境问题、实现可持续发展的有效手段。与CO、HCOOH、CH₃ OH、CH₄ 等C₁ 产物相比，C₂₊ 产品具有更高的能量密度和经济价值，是CO₂ 高值转化领域追求的目标。然而，CO₂ 基C₂₊ 产品的制备更具挑战，对催化剂也提出了更高要求。因此，高效催化剂的设计与可控制备是当前面临的主要问题。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所气体催化与分离团队陈亮研究员长期致力于催化功能导向的原子级分散金属催化剂的设计制备及其在CO₂ 高值催化转化中的应用（Adv. Mater. 2020, 32, 2001300; Nat. Commun. 2020, 11, 5478; Adv. Mater. 2021, 33, 2103186; Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2102152; Appl. Catal. B: Environ. 2022, 313, 121463; Nano Lett. 2022, 22, 8381; Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2204391）。近日，该团队受邀在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“Atomically Dispersed Metal Catalysts for the Conversion of CO₂  into High-Value C₂₊  Chemicals”的综述文章（Adv. Mater. 2024, DOI:10.1002/adma.202310912）。

在该综述中，作者概述了原子分散金属催化剂在光/电/热催化CO₂ 高值转化领域的研究现状（图1），对催化剂的合成方法、表征手段进行了归纳，重点介绍了影响CO₂ 基C₂₊ 产物选择性和制备效率的关键因素，并从催化剂结构调控、催化反应机制探索、CO₂ 保氧转化路线开发、CO₂ 来源筛选、产物制备效率提升等方面，对当前催化CO₂ 制备C₂₊ 产品面临的挑战和机遇进行了详细讨论，以拓展原子级分散金属催化剂在制备CO₂ 基C₂₊ 产品方面的新思路。

上述工作得到了中国科学院前沿科学重点研究项目（ZDBSLYJSC021）、国家自然科学基金（22101288）、浙江省自然科学基金重大项目（LD21E020001）、浙江省“领雁”攻关项目（2022C01158）、浙江省自然科学基金（LQ22B010005）、宁波市“甬江引才工程”科技创新/创新团队（2021A-036-B）、宁波市科技新2025重大专项计划项目（2022Z205）、宁波市自然科学基金（2021J202）、中国科学院青年创新促进会的支持。

图1 原子级分散金属催化剂在光/电/热催化制备CO₂ 基C₂₊ 产品领域中的应用

（氢能与储能材料技术实验室  杨其浩）