二氧化碳(CO2)与可再生氢气(H2)定向转化为具有高价值的重碳产品(C6+)，为实现化工净零生产提供了一条可持续的途径。
目前，研究人员开发了一系列金属氧化物/沸石化合物来催化CO2加氢反应。其中，CO2首先在金属氧化物上加氢反应形成C2-4有机物，然后沸石结构将这些物种捕获在其封闭的酸性孔隙中，并催化随后向芳烃的复杂转化。然而，这种复杂的反应过程常常导致氧化物和沸石之间的C-C偶联速率不匹配，以及沸石通道内发生产物异构化。为了解决这些问题，在串联体系中将氧化物的CO2加氢结构域与C-C耦合结构域分离可能是金属氧化物/沸石催化剂的一个潜在策略。换句话说，通过保持强大的加氢活性，同时调节金属氧化物的C-C偶联倾向，具有高效定向串联转化CO2至芳烃的巨大潜力。近日，清华大学魏飞、陈晓、张晨曦和电子科技大学彭翃杰等报道了一种新型的复合铁氧化物/沸石系统(LaFeO3/H-ZSM-5)。其中，LaFeO3钙钛矿具有[FeO6]八面体和Fe 3d带结构，可以提供优越的稳定性和特殊的抗渗碳能力。结果表明，与传统的铁基催化剂通常表现出高的C2+选择性不同，LaFeO3/H-ZSM-5上抑制了碳化铁的形成，从而抑制了氧化物上不受控制的C-C偶联，确保LaFeO3上的CO2加氢产生主要的关键C1产物(CH4选择性>90%)，而C-C偶联主要发生在H-ZSM-5沸石内。LaFeO3钙钛矿和H-ZSM-5之间的协同作用导致对烃选择性的精确控制，CO2转化率超过60%，芳烃选择性超过85%，CO选择性<10%，优于文献报道的其他铁基催化剂。此外，LaFeO3/H-ZSM-5催化剂也表现出良好的耐久性，在连续运行超过1000小时后没有发生明显的活性下降，芳烃产量的衰减率明显低于其他报道的复合体系。总的来说，LaFeO3在串联CO2转化中的成功实施不仅突出了活性金属基钙钛矿在工业CO2循环中的巨大潜力，而且预示着钙钛矿介导的串联催化为CO2的广泛利用和化学合成提供了一条可持续和可扩展的途径，为脱碳化学工业铺平了道路。Upgrading CO2 to sustainable aromatics via perovskite-mediated tandem catalysis. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-47270-z
