在全球碳中和目标与可持续燃料需求持续攀升的背景下，利用生物质气化-费托合成与CO₂电转液路线制备绿色汽柴油、航空煤油等高值液体燃料，已成为推动碳资源高效利用的重要技术方向。然而，当前主流的合成气制备路径包括生物质气化、CO₂电解以及CH₄-CO₂干重整等，所产原料气中普遍含有1%至30%的CO₂，而传统费托合成（FTS）工艺对CO₂耐受度较低，通常需借助高能耗的分离工序将CO₂预先脱除，方能保证后续合成的稳定运行。这一必经的预处理环节显著增加了系统的能量消耗与经济成本，成为制约整体工艺经济性的关键瓶颈之一。铁基催化剂虽具备成本低廉与反应路径灵活等显著优势，但在CO/CO₂共反应气氛下，铁物种会经历还原、碳化与氧化等多重动态演化过程，其物相结构高度复杂且相互转化频繁。如何在反应条件下精准调控铁氧化物与铁碳化物的相对比例，以实现CO与CO₂的协同活化并促进其高效转化为液体燃料，已成为该体系研究中亟待攻克的核心科学挑战。

针对以上问题，中国科学院上海高等研究院（以下简称“上海高研院”）低碳转化科学与工程中心绿色碳科学团队开展了系列研究工作，前期通过调控Zn–O–Fe界面与χ-Fe₅C₂活性相的平衡，开发了FeZnK催化体系，实现了CO₂加氢制直链α-烯烃的高效转化。之后团队通过提出“表面–体相协同工程”策略，构建了K、Al双助剂协同调控的FeAlK催化剂，在反应过程中原位构筑了χ-Fe₅C₂/Fe₃O₄界面活性位与体相富集的χ-Fe₅C₂物种，分别促进了CO₂活化和碳碳偶联反应。最优FeAlK催化剂上，C₅₊重烯烃时空产率达453.7 mg·g_cat^–1·h^–1，C₈–C₁₆航煤馏分时空产率达252.7 mg·g_cat^–1·h^–1，并展现出800小时的优异稳定性（ACS Catal. 2026, 16, 8368; ACS Catal. 2025, 15, 3940; Appl. Catal. B, 2025, 378, 125532；Appl. Catal. B, 2024, 358, 124440; Appl. Catal. B 2023, 321, 122050）。

近期，该团队设计了一种Mn、K双助剂协同调控的FeMnK催化剂，在CO/CO₂共反应气氛中原位构筑了ε-Fe₂C、χ-Fe₅C₂与Fe₃O₄三相共存的活性结构。最优FeMnK催化剂在320 ^oC、2.0 MPa、H₂/CO/CO₂ = 51/26/8的条件下，CO转化率可达61.8%，C₅₊汽柴油选择性达73.2%，其中C₈–C₁₆航煤馏分占50.9%，C₅₊汽柴油和C₈–C₁₆航煤馏分收率分别达到37.0%和25.7%，且展现出超过1000小时的优异稳定性。综合运用X射线吸收谱、穆斯保尔谱、工况漫反射红外、氢氘同位素交换、探针分子脉冲等多种表征手段，系统揭示了催化剂的结构演化与反应机制。该工作为CO/CO₂共转化制绿色液体燃料提供了高效的催化剂设计策略，展现出良好的工业应用前景。

相关工作以“Highly Efficient Hydrogenation of CO₂-Containing Syngas to Liquid Fuels over FeMnK Catalysts”为题发表在ACS Catalysis上。第一作者为上海高研院硕士研究生叶博惠，共同第一作者为上海高研院博士研究生张剑，通讯作者为上海高研院王浩副研究员和高鹏研究员。同步辐射X射线吸收谱实验在上海高研院上海光源BL11B和BL17B1线站完成，该研究工作得到国家重点研发计划项目的资助。

图1 FeMnK催化剂CO/CO₂加氢反应性能、多谱学表征及反应路径示意图

文章链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.6c04989