近日，中国科学院山西煤炭化学研究所温晓东研究员团队在铁基催化剂结构调控方向取得重要进展。研究成果以“Stabilized Fe₇C₃ Catalyst with K-Mg Dual Promotion for Robust CO₂ Hydrogenation to High-Value Olefins”为题，发表于《Nature Communications》期刊。

铁基催化剂因其低成本和可调控性，在合成气转化及CO₂加氢等领域具有广泛应用前景。然而，铁催化剂在反应过程中通常呈现出复杂的相态演化行为，其活性相多为不同碳化铁（如θ-Fe₃C、χ-Fe₅C₂、Fe₇C₃、ε-Fe₂C等）与氧化铁的共存体系，导致反应机制难以明确、选择性控制受限，且结构稳定性不足。

为突破该瓶颈，研究团队创新性地构建了Fe₇C₃铁碳化物催化剂。通过普鲁士蓝类前驱体在氨气氛热解条件下诱导形成Fe₂N中间相，在CO₂加氢过程中进一步原位转化为Fe₇C₃，从而规避了传统碳化路径中Fe₃O₄/Fe₅C₂动态混相难控的问题。该策略实现了Fe₇C₃主相在CO₂加氢低碳势气氛中的生成与稳定保持。

该研究通过K–Mg双助剂的协同调控策略显著增强了Fe₇C₃的结构稳定性。K助剂有效促进碳化过程，引导Fe₂N中间相向Fe₇C₃的有序相变；Mg助剂则在反应过程中通过吸电子效应削弱Fe–O键合强度，显著提高水分子在表面的解离能垒，从而有效抑制水诱导的表面氧化。研究团队进一步构建了Fe₇C₃的热力学形成相图，揭示在低碳化学势条件下，Fe₇C₃与其他铁碳化物之间的形成能差异较小，表明其具备稳定存在的热力学可行性。结合XRD、Mössbauer、XAS与XPS等多尺度表征手段，明确验证了该催化剂在氧化性反应环境中依然能够稳定保持Fe₇C₃主相，展现出卓越的结构保持能力和反应稳定性。

该工作不仅在材料结构调控方面实现重要突破，也为Fe₇C₃物相在其他催化转化反应中的应用探索提供了新的研究范式。所提出的前驱体热解策略同样适用于χ-Fe₅C₂、θ-Fe₃C和ε-Fe₂C等多种铁碳化物的可控构建，为深入揭示碳化物结构–性能关系和开发高性能铁基催化剂提供了有力的理论支撑与实践指导。

本研究国家杰出青年科学基金（22225206，22025804），国家自然科学基金（22172183， 22202224，22178367），国家重点研发计划（2022YFA1604100，2022YFB4101200），北京市自然科学基金（L255001），中国科学院基础研究青年科学家项目（YSBR-005），中国科学院前沿科学重点研究项目（ZDBS-LY-7007），国家自然科学基金重大研究计划（92045303），中科院信息化专项（CAS-WX2021SF0110），鄂尔多斯市重点研发计划（YF20232316，YF20232317），以及来自中科合成油有限公司的经费支持。

（908课题组）