烯烃作为一种基础且非常重要的高附加值化工原料，在能源化工领域发挥着重要作用。工业上的烯烃主要来源于石脑油的裂解，开发从合成气直接制备烯烃的反应路径来替代传统的石化路线具有十分重要的意义。但是由于该反应需要在高温条件下进行，传统催化剂体系无法同时获得高CO转化率和高烯烃选择性，同时存在甲烷等副产物多和CO2选择性高等问题。因此，如何发展合成气转化制备烯烃的新方法、新策略是该领域的重大挑战。

近期，北京大学化学与分子工程学院马丁研究员和中科院山西煤化所温晓东研究员等人合作在该研究领域取得了重要研究进展，使用不添加助剂的Fe5C2催化剂，在光照和常压的条件下可使CO的转化率达到50%，在烃类产物中可以得到56%的低碳烯烃（烯/烷比高达11），CO2的选择性低至18%，且催化剂具有优异的循环稳定性，相关研究结果发表在Chem上（DOI: 10.1016/j.chempr.2018.09.017）。

作者通过深入研究发现该催化体系的高催化活性得益于两方面原因。首先，Fe5C2催化剂在整个太阳光谱中具有良好的光吸收、出色的光热效果，这改变了催化剂对产物的选择性。而传统的热催化转化合成气反应在该温度下，烷烃产物却以甲烷为主（选择性为95%），CO2的选择性高达36%；其次，Fe5C2催化剂表面在光照条件下原位形成了微量O原子修饰的Fe5C2-O异质结构，这种独特结构以及催化剂对光电的吸收促进了烯烃快速脱附，避免其进一步加氢生成烷烃，从而提高烯烃的选择性。通过比较基态（热催化反应）和激发态（光催化反应）下烯烃和烷烃的吸附能量值，作者发现表面O原子可以改变Fe5C2表面的局部电子结构和光学带隙，使反应更趋向于生成低碳烯烃。该工作一方面可直接利用太阳能作为光源来驱动反应，作为一种理想的洁净能源生产和污染治理技术，具有非常高的应用潜力；另一方面通过对催化剂活性位结构的原位研究过程有助于深入理解费托合成机理，指导新催化剂的设计。

该工作第一作者为北京大学博士后高娃、中科院山西煤化所、内蒙古大学的高瑞和北京化工大学的赵宇飞。该研究得到国家科技部重点研发计划项目（2017YFB0602200）、国家自然科学基金重大研究计划重点支持项目和重点项目（21725301, 21821004, 91645115, 21473003, 91545121, 21473229）等项目的资助。

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