合成气转化是实现煤、天然气、生物质、固体废弃物、CO₂等多种含碳资源清洁低碳高效转化利用的关键平台，其产品结构涉及各种烃类燃料和高附加值化学品，备受国内外学术界和工业界的青睐。近期，上海高研院低碳转化科学与工程中心孙予罕研究员和钟良枢研究员团队受邀在《Accounts of Chemical Research》上发表题为“Cobalt Carbide Nanocatalysts for Efficient Syngas Conversion to Value-Added Chemicals with High Selectivity”的背封面综述文章（Acc. Chem. Res. 2021, 54, 8, 1961-1971；IF：22.38），系统总结了该团队在合成气高选择性制备烯烃和高碳醇等高附加值化学品研究中的重要进展，阐述了碳化钴纳米结构在合成气转化中的设计理念与构建策略，为合成气转化产物选择性调控提供了新的设计思路。
2016年，该团队首次创制出具有特定形貌结构和暴露晶面的纳米碳化钴催化新材料并用于合成气直接高效制备烯烃，突破了近百年来费托合成反应通常遵循的ASF产物分布规律，成果发表于Nature杂志（Nature, 2016, 538, 84, 被引频次>460），并入选了国家自然科学基金委员会2016年度基础研究十大主要进展和2016年上海市十大科技事件。在随后的工作中，该团队系统研究了碳化钴的纳米效应（ACS Catal. 2019, 9, 798），揭示了Na助剂（ACS Catal. 2017, 7, 3622；Catal. Sci. Technol., 2020,10, 1816；J. Phys. Chem. C 2021, 125, 6061）、Mn助剂（ACS Catal. 2017, 7, 8023；ChemCatChem 2020, 12, 1630）、金属载体相互作用（Chinese J. Catal. 2018, 39, 1869），前驱体粒径（Catal. Sci. Technol., 2021,11, 5232）和环境气氛（J. Catal. 2018, 366, 289；ACS Catal. 2019, 9, 9554）等因素对活性位形貌和晶面结构的调控机理，同时提出了修正的三因子ASF分布模型（Appl. Catal. A: Gen 2018, 563, 146），实现了单程转化率> 30%时，烃中甲烷选择性低于5%，烃中烯烃选择性超过85%的综合性能。此外，针对传统合成气转化高CO₂排放的特征，该团队提出碳化钴表面浸润性调控的策略，有效将副产物CO₂选择性从40%以上降低到15.1%，显著提高了烯烃收率和过程碳效（Appl. Catal. B: Environ. 2021, 299, 120683）。基于系统的科学基础研究，该团队解决了催化剂规模制备放大关键技术难题，完成了近10吨工业催化剂的生产，正在开展5000吨/年的FTO中试试验。
高碳醇是烯烃的下游产业链产品，基于烯烃氢甲酰化的传统合成技术受国外公司垄断。合成气直接制高碳醇具有路线简便的优势，一般采用双活性中心，分别用于链增长及CO插入。如何通过双活性位结构的设计和反应网络的调控，强化CO插入进而大幅提高C₂₊OH的选择性是该领域的一大挑战。该团队基于对纳米碳化钴的科学认识，构建了Co⁰/Co₂C界面结构催化剂，通过改变Co₂C纳米尺度（CO插入位点）调控Co⁰/Co₂C配比和界面接触面积，进而控制C₂₊醇类化合物选择性（Appl. Catal. A: Gen 2018, 549, 179；Ind. Eng. Chem. Res. 2018, 57, 15647；Appl. Catal., A 2020, 602, 117704）。在此基础上，提出了强化含氧化过程的系统性策略，构建了互补性和兼容性一体的多功能催化剂体系，通过引入Cu基提高CH_xO^*和CO^*等含氧中间物种的浓度以及引入具有氢甲酰化功能的Rh^δ+/Ru^δ+组元来提高CO非解离活化功能活性位密度等，从动力学上强化了CO插入和调控了反应网络，实现了高选择性直接合成醇类化合物（Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 4627；Appl. Catal. B: Environ. 2021, 285, 119840；Green Chem., 2021,23, 9038）。
该综述论文是对上述基础研究的系统性总结，并针对现有工作存在的研究难点提出了新的展望。

文章链接为：https://doi.org/10.1021/acs.accounts.0c00883