鐵碳化物催化劑，尤其是Fe₇C₃相，在將二氧化碳高效加氫轉化為烯烴方面具有巨大潛力。然而，在反應條件下穩定該相仍然是一個重大挑戰。

2025年8月28日，中國科學院煤炭化學研究所/中科合成油技術股份有限公司劉金家，劉興武，溫曉東在國際知名期刊Nature Communications發表題為《Stabilized Fe₇C₃ catalyst with K-Mg dual promotion for robust CO₂ hydrogenation to high-value olefins》的研究論文，Fei Qian，Maolin Wang為論文共同第一作者，劉金家，劉興武，溫曉東為論文共同通訊作者。

在本文中，作者報告了從普魯士藍類似物衍生的近乎相純的Fe₇C₃催化劑的穩健且高效的合成方法，其穩定性通過戰略性地引入K和Mg助劑而顯著增強。

表征結果表明，K加速了碳化過程，并顯著提高了烯烴的選擇性，而Mg有效地抑制了水誘導的氧化，保持了Fe₇C₃相的結構完整性。

在優化的反應條件下（340 ℃，2 MPa，H₂/CO₂=3），Fe₇C₃-KMg催化劑實現了41.5%的二氧化碳轉化率和67.1%的烯烴選擇性，并在超過1000 h的時間內保持了卓越的催化穩定性。

該研究為合理設計穩健的鐵碳化物催化劑以可持續且高效地將二氧化碳轉化為高附加值化學品提供了寶貴的新見解。

圖1：經過全面表征的使用過的催化劑。a 使用過的Fe、FeMg、FeK和FeKMg的XRD圖譜。b 使用過的FeKMg的穆斯堡爾譜。c Fe K邊X射線吸收近邊結構（XANES）光譜。d 在Fe K邊的傅里葉變換擴展X射線吸收精細結構（FT EXAFS）用于Fe、FeMg、FeK和FeKMg。FeKMg催化劑的 (e) 粒徑分布和16px;line-height: 1.75em;"},"namespaceURI":"http://www.w3.org/1999/xhtml"}]"> (f) HRTEM圖像。g Fe、FeMg、FeK和FeKMg催化劑的Fe 2p XPS譜圖。h FeKMg催化劑的STEM-EDS元素分布圖和線掃描分析。i 所有使用過的催化劑（Fe、FeMg、FeK、FeKMg）均在達到穩態催化性能后收集，標準條件為340°C、2 MPa、H₂/CO₂ = 3、GHSV=6 L g_cat^?1 h^?1。

圖2：催化劑在反應過程中的相演變。a Fe，b FeMg，c FeK，d FeKMg。反應條件：0.10 g催化劑，340 °C，GHSV=6 L g_cat^?1 h^?1，2 MPa，H₂/CO₂=3。e 在反應過程中觀察到的催化劑相轉變。f 催化劑相的示意圖。

圖3：催化性能。Fe基催化劑上CO₂加氫的產物分布：a FeK，和b FeKMg。條形圖顯示了不同碳數的烴類選擇性與碳數的關系。c Fe₇C₃-K在不同Mg水平下的CO₂轉化率和產物選擇性。d 與之前報道的催化劑相比的催化性能。e Fe₇C₃-KMg催化劑的穩定性測試。（反應條件：0.10 g催化劑，340°C，2.0 MPa，H₂/CO₂=3，GHSV=6 L g_cat^-1 h^?1）。

圖4：水對催化性能和表面結構的影響。a 在干燥條件下和額外添加10%氣態水的CO₂加氫活性（反應條件：0.10 g催化劑，340°C，2.0 MPa，H₂/CO₂=3，GHSV=6 L g_cat^-1 h^-1）。b 反應后記錄的拉曼光譜（光譜1-6代表反應的順序階段）。

圖5：Mg促進劑的機制。a 在Fe₇C₃-K和Fe₇C₃-KMg上H₂O解離過程的理論計算。b Fe₇C₃-K和Fe₇C₃-KMg上Fe-O鍵的晶體軌道漢密爾頓布居（COHP）分析。c 通過Fe₇C₃-KMg催化劑體系從CO2合成烯烴的反應過程示意圖。

綜上，作者研究了K-Mg雙摻雜穩定的Fe₇C₃催化劑在二氧化碳加氫制高附加值烯烴中的應用，通過從普魯士藍類似物衍生出近乎相純的Fe₇C₃催化劑，并利用K和Mg的協同作用顯著增強了催化劑的穩定性和催化性能。

在優化條件下實現了41.5%的二氧化碳轉化率和67.1%的烯烴選擇性，并保持了超過1000 h的卓越催化穩定性。

該研究不僅為設計穩健的鐵碳化物催化劑提供了新見解，也為可持續和高效地將二氧化碳轉化為高附加值化學品開辟了新途徑，具有重要的科學意義和廣闊的應用前景。

Stabilized Fe₇C₃ catalyst with K-Mg dual promotion for robust CO₂ hydrogenation to high-value olefins. Nat. Commun., 2025. https://doi.org/10.1038/s41467-025-63218-3.