综述：碳基催化剂在CO2加氢促进循环经济中的最新进展

这篇综述系统阐述了碳基催化剂（PC/CNTs/石墨烯/MOFs衍生碳）在热催化CO2加氢制CO和烯烃（RWGS/FTS）中的最新进展，重点分析了多孔碳（PC）的限域效应、碳纳米管（CNTs）的电子调控特性、石墨烯的界面工程以及金属-有机框架（MOFs）衍生碳的结构优势，为碳中和目标下的催化剂设计提供了重要理论指导。

　　

碳基催化剂在CO₂循环利用中的突破性进展

1. 碳基催化剂的战略价值

   面对全球年排放超350亿吨CO₂的严峻形势，热催化加氢技术因其成熟度高、产物可调（合成气/醇类/烯烃等）成为实现碳循环经济的关键路径。其中碳基催化剂凭借独特的结构可调性、优异的化学稳定性及丰富的原料来源，在CO₂转化领域展现出不可替代的优势。

2. CO₂制CO的催化机制革新

   2.1 多孔碳载体的结构优势

   生物质衍生多孔碳（PC）通过其超高比表面积（如椰壳衍生PC达2693 m²·g^-1）和介孔限域效应，可实现Cu-Mo₂C纳米界面催化剂中活性组分的高度分散（粒径~6.1 nm）。氮掺杂策略更创造性地诱导出原子级分散的Cu-Mo₂C团簇，通过吡啶氮的电子调控使CO选择性达99.95%。

2.2 碳纳米管的电子调控特性

氮掺杂CNT负载的Ni单原子催化剂（Ni-SAs/N-CNTs）因Ni-N_x位点对CO₂的强吸附（75.5 kJ·mol^-1）和对CO的弱吸附特性，在500°C实现99.3%的CO选择性。有趣的是，氧化CNT（oCNT）负载的Mo_n-Mo₂C混合相催化剂通过结构异质性协同作用，使CO生成速率达58.1 μmol_CO2·g_Mo^-1·s^-1。

1. CO₂直接制烯烃的催化突破

   3.1 铁碳活性相的精准调控

   Na修饰的χ-Fe₅C₂催化剂通过抑制烯烃二次加氢，在320°C实现64.3%的烯烃选择性。MOFs衍生的FeZnK-NC催化剂则利用空心碳结构稳定Fe₅C₂活性相，连续运行126小时未见失活。

3.2 碳载体的空间限域效应

石墨烯负载的Co-Fe合金纳米颗粒（10 nm）通过尺寸效应调控反应路径，在300°C获得51%的烯烃选择性。更有趣的是，螺旋结构石墨烯载体通过降低中间体覆盖度，使烯烃选择性提升至65.6%。

1. 未来挑战与创新方向

   当前研究仍面临生物质PC机械强度不足、CNTs内/外表面活性位差异不明确等挑战。新兴的光热催化技术有望通过降低反应能垒提升效率。机器学习辅助催化剂设计、脉冲激光等新型制备方法将为碳基催化剂的工业化应用开辟新途径。

这项研究系统揭示了碳材料特性（孔隙率/杂原子掺杂/拓扑结构）与催化性能的构效关系，为开发高效CO₂转化催化剂提供了重要理论依据，对实现联合国可持续发展目标（SDGs 7/12/13）具有重要实践意义。