安徽工业大学多相催化团队聚焦于二氧化碳分子的高效转化与利用，在高效纳米催化材料研究基础上开展深入的催化反应机制研究，并结合催化流程设计取得系列突破。迄今为止，团队已在《自然》、《自然·纳米技术》、《自然·催化》、《自然·能源》、《自然·合成》、《自然·可持续性》等高影响力学术期刊发表了266篇论文，申请中美专利87项。

一、团队负责人及骨干介绍

团队负责人

团队骨干

二、主要研究成果

1. 在原子分子层面揭示出纳米催化材料表面二氧化碳转化的反应机制。项目团队基于同步辐射光源技术，自主设计催化原位反应池，搭建起同步辐射催化原位表征平台。依托该平台，揭示出纳米催化材料在二氧化碳加氢反应中发生的物相重构现象[Nature Energy 2017]。发现单原子催化材料中近邻活性单原子间[Nature Nanotechnology 2018]、单原子与近邻配体间[Nature Communications 2019]的协同作用对二氧化碳加氢反应路径的调控机制。相关成果入选国家“十三五”科技创新成就展。

2. 创制出限域高效催化材料。基于纳米材料表面零电点调控，发展出单原子催化材料普适性合成方法[Nature Communications 2020]。进一步地，设计并制备出一种“动而不聚”的纳米岛型催化材料，实现了纳米岛上单原子的动态限域，使其在高温、强还原性条件下能保持稳定，从而打破催化材料活性和稳定性间的对立矛盾[Nature 2022]。设计并精准调控限域原子对间距，基于高选择性碳碳偶联过程，将二氧化碳高效转化为乙烯[Nature Communications 2023]。构筑界面限域的铜-铁纳米催化材料，实现常压二氧化碳加氢制长链烯烃，其长链烯烃选择性为当时报道的世界纪录[Nature Communications 2022]。

3. 结合催化材料研究和反应器开发，开辟出以二氧化碳和水为原料“人工或半人工合成粮食新策略”。项目团队研制出新型固态电解质反应器，可以在固态电解质层原位生成液相产物并通过纯水或惰性气体流带出，实现纯液相产物的免分离直接制备[Nature Nanotechnology 2021]。研制出新型膜电极反应器，基于高选择性单原子合金催化材料实现二氧化碳高效制一氧化碳[Nature Communications 2023]。进一步地，项目团队提出电-生物耦合催化模式，以二氧化碳和水为原料合成出食品分子葡萄糖和食用油脂[Nature Catalysis 2022]。该成果入选两院院士评选的中国十大科技进展新闻、《科技日报》评选国内十大科技新闻，获Falling Walls科学突破奖。提出等离子体-电催化级联路径，成功实现以空气和水为原料合成羟胺[Nature Sustainability 2024]。

二、代表性科研项目

1. 可再生能源驱动CO₂还原制高纯液体燃料与天然产物，国家重点研发计划，200万，2024.12-2028.11

2. 新型二氧化碳利用与可持续能源储存技术研究，国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项，100万，2025.03-2027.02

3. 电子补偿机制增强金属单原子材料催化酸性氧还原反应稳定性的研究，国家自然科学基金（面上项目），50万，2025.01-2028.12

4. 新型载体限域异核双位点催化剂设计、构筑及在级联反应制β-氨基醇中的应用和耐久性机制研究，国家自然科学基金（面上项目），50万，2025.01-2028.12

5. 二氧化碳加氢制轻质芳烃的双功能催化剂结构调控与性能研究，国家自然科学基金（青年科学基金项目），30万，2025.01-2027.12

6. 开发移动取样飞行时间质谱仪研究水含量的空间分布对二氧化碳加氢制甲醇反应的影响，国家自然科学基金（青年科学基金项目)，30万，2023.01-2025.12

7. 单原子催化剂活性衰减过程中配位键演变机制和催化剂稳定化方案，安徽省杰出青年基金，70万，2023.09-2026.08

8. 煤制烯烃中的减碳技术研究，安徽省优秀青年基金，20万，2024.09-2027.08

9. CO₂选择性加氢制甲醇研究，横向项目，50万，2024.11-2026.10

10. 高性能产氢催化剂设计与制备，横向项目，50万，2024.11-2026.10

三、代表性论文

1. Yan, Y.; Yu, R.; Liu, M.*; Qu, Z.; Yang, J.; He, S.; Li, H.* and Zeng, J.* General synthesis of neighboring dual-atomic sites with a specific pre-designed distance via an interfacial-fixing strategy. Nature Communications 2025, 16, 334.

2. Zhang, L.; Zhao, J.; Li, T.; Gao, W.*; Li, H.*; Wu, L.; Xia, W.; Wu, W.; Wang, C.; Wang, F.; Yasuda, S.; Guo, X.; He, Y.; Yang, G.; Liu, G.; Jin, Z.; Zeng, J.* and Tsubaki, N.* Long-term CO₂ hydrogenation into liquid fuels with a record-high single-pass yield of 31.7% over interfacial Fe–Zn Sites. Nano Letters 2025, DOI: 10.1021/acs.nanolett.5c00150.

3. Peng, C.; Wang, M.; Li, S.; Zeng, X.; Wang, J.; Wang, W.; Zhang, Z.; Ye, M.; Wei, X.; Wu, K.*; Zhang, K.* and Zeng, J.* A general strategy based on hetero-charge coupling effect for constructing single-atom sites. Angewandte Chemie International Edition 2024, 63, e202408771.

4. Wu, W.^#; Luo, J.^#.; Zhao, J.; Wang, M.; Luo, L.; Hu, S.; He, B.; Ma, C.; Li, H.*; Zeng, J.* Facet sensitivity of iron carbides in Fischer-Tropsch synthesis. Nature Communications 2024, 15, 6108.

5. Yan, Y.; Wen, B.;Liu, M*; Lei, H.; Yang, J.; He, S.; Qu, Z.; Xia, W.; Li, H.*; Zeng, J.* Orienting electron fillings in d orbitals of cobalt single atoms for effective zinc–air battery at a subzero temperature. Advanced Functional Materials 2024, 2316100.

6. Tian, D.; Wang, Z.; Xu, Z.; Zhu, Y.; Yan, Y.*; Yang, J.; He, S.; Xue, Z.; Wang, Z.; Li, K.; Fan, W.; Xue, M.; Qu, Z.*; Xia, W.*; and Liu, M.* Elevating CO₂ selective conversion: Insights into copper-based single atom alloy catalysts. Advanced Composites and Hybrid Materials 2024, 8, 49.

7. Zhang, Z.; Ma, P.; Luo, L.; Ding, X.; Zhou, S.* and Zeng, J.* Regulating spin states in oxygen electrocatalysis. Angewandte Chemie International Edition 2023, e202216837.

8. Liu, F.; Hu, Y.; Qu, Z.; Ma, X.; Li, Z.; Zhu, R.; Yan, Y.; Wen, B.; Ma, Q.; Liu, M.; Zhao, S.; Fan, Z.; Zeng, J.; Liu, M.*; Jin, Z.*; Lin, Z.* Rapid production of kilogram-scale graphene nanoribbons with tunable interlayer spacing for an array of renewable energy. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 2023, 120, e2303262120.

四、联系方式

吴文龙：[email protected]

刘明凯：[email protected]