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2021年，全球海洋温度创下历史新高，海洋热含量增加的背后是数十年的气候变暖。作为一种主要的温室气体，二氧化碳与全球变暖和气候变化息息相关。过去的二十年中，大气中的二氧化碳浓度一直在增加。捕获二氧化碳并将其转化为燃料和化学品，不但有助于缓解不断增加的二氧化碳积聚，同时还可以增加二氧化碳的价值。近期，大连理工大学科研团队在二氧化碳加氢领域取得了新进展，相关成果以论文形式发表于Science子刊Science Advances。
作为一种可再生且环保的碳源，二氧化碳能够转化为燃料和化学品，这也为缓解日益增加的二氧化碳积累提供了机会。在“双碳目标”的背景下，二氧化碳加氢制备高附加值的烃类化学品被认为是缓解环境和能源问题的有效策略之一，而Fe基催化剂在该反应中具有较好的催化性能。然而，在反应中Fe物种复杂多样，同时存在金属铁、碳化铁、氧化铁等物种；且各类Fe物种处于动态变化中，不易调控。因此，理解该反应中催化剂动态结构演变规律，对优化表面竞争反应、调控催化剂结构和性能、进一步设计高效二氧化碳加氢催化剂尤为重要。
不同反应时间的催化剂形貌结构分析
基于以上问题，精细化工国家重点实验室、辽宁省“兴辽英才计划”高水平创新团队郭新闻教授课题组，与美国莱斯大学Thomas Senftle教授、香港中文大学宋春山教授、大连化学物理研究所刘伟研究员、傅强研究员等课题组合作，在Science Advances发表了题为“Dynamic structural evolution of iron catalysts involving competitive oxidation and carburization during CO2 hydrogenation”的研究论文。
催化剂结构演变示意图和理论计算的Fe物种相图
该工作使用多种（准）原位表征方法，探究了金属Fe催化剂在二氧化碳加氢中的结构演变：在反应气氛下，金属Fe经过Fe3C转变为Fe5C2，随后生成大量Fe3O4，在稳态下生成Fe3O4@(Fe5C2+Fe3O4)的核壳结构。实验研究和表征分析及理论计算结果表明，催化剂的表面组成依赖于催化反应中的“碳化-氧化”动态平衡，且催化剂表面结构和反应微环境相互依赖、相互影响。其中，氧化过程主要受二氧化碳加氢生成的副产物水的影响。同时本文还将催化剂动态结构与反应性能演变关联，为开发高效催化剂提供了启示。
该论文第一作者为大连理工大学化工学院博士生朱杰，共同通讯作者为化工学院张光辉副教授、郭新闻教授和香港中文大学宋春山教授。工作得到了重点研发计划、国家自然科学基金、辽宁省“兴辽英才”计划等资助支持。
郭新闻，大连理工大学化工学院教授、博士生导师，现任化工学院党委书记。1989年获大连理工工大学高分子材料学士学位，1995年4月获大连理工大学工业催化博士学位，并留校工作。催化学报、石油学报（石油加工）编委，国际期刊CHEM ENG TECH编委。辽宁省“百千万人才工程”百人层次，教育部“新世纪优秀人才”人选。2003年获得国家科技进步二等奖（排名3）；2007年被评为大连市第四批优秀专家；2008年获得中国石油和化学工业协会青年科技突出贡献奖。主要研究领域为：分子筛合成与应用的基础研究、二氧化碳催化转化、MOF材料的设计合成与形貌调控、择形催化与选择氧化。
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