光驱动碳中和研究中心在常压光热催化二氧化碳加氢制烯烃研究中取得重要进展

近期，我院光驱动碳中和研究中心课题组在光热催化二氧化碳加氢高选择性制备低碳烯烃领域取得重要进展。相关成果以“Trace Al/Rb regulation stabilizes Cu-Fe₅C₂ active sites for ambient-pressure photothermal CO₂ hydrogenation to C₂-C₄ olefin”为题发表在国际期刊《Nature Communications》。博士研究生栗玲为论文第一作者，宁尚波副教授、中山大学胡卓峰副教授及叶金花教授为共同通讯作者。

二氧化碳（CO₂）资源化转化是实现碳中和与绿色化工发展的重要途径。乙烯、丙烯等低碳烯烃是化学工业的重要基础原料，传统生产工艺通常依赖高能耗的石油裂解过程。利用太阳能驱动CO₂加氢反应，直接合成高附加值低碳烯烃，为碳资源循环利用提供了新思路。然而，CO₂加氢涉及复杂的多步反应，铁基催化剂易发生过度加氢生成甲烷，且反应过程中形成的碳化铁活性相易发生动态重构与氧化，难以兼顾低碳烯烃选择性和长期稳定性。如何调控并稳定催化活性界面，是该领域亟待解决的关键问题。

针对上述挑战，研究团队设计了微量Al/Rb协同助剂修饰的CuFe₂O₄催化剂，通过反应诱导的原位重构，形成Cu-Fe₅C₂金属–碳化物界面活性结构。研究发现，Al有助于调节铁中心的局域配位环境并稳定碳化物活性相，Rb则调控界面电子结构及反应物吸附—加氢平衡。两者协同促进CO₂转化的碳中间体发生碳碳偶联，并抑制过度加氢生成甲烷。在常压光热催化条件下，优化后的催化剂实现了约63%的C₂–C₄低碳烯烃选择性，CO₂转化率维持在约30%，且在200小时连续反应中表现出良好的稳定性。该工作为设计高稳定性、高选择性的光热催化剂提供了新的思路，也为太阳能驱动CO₂资源化制备高附加值化学品提供了研究依据。

以上研究得到国家自然科学基金、河北省自然科学基金及河北省教育厅项目等经费的资助以及河北大学物理科学与技术学院公共测试平台的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-77347-w