大化所杨冰/高研院朱倍恩，发表JACS！

碳化是CO/CO₂加氢中Fe、Mo、和Co基催化剂的典型动态过程。许多报道表明，原位形成的FeC_x相(Fe₅C₂、Fe₃C、Fe₃C₇)对Fisher-Trosch合成、高度醇合成以及许多其他工业过程都起到重要作用。

然而，动态碳化通常需要很长的诱导周期。由于揭示动态碳化机理的显著复杂性，在反应中操纵这种原位过程是一项挑战。研究发现，反应过程中碳化铁的形成受到反应条件的强烈影响，如压力、温度、气体组成(CO₂/CO/H₂比)和反应中间体(CO或烃类)。

动态转化也可能受到结构特征的复杂相互作用的影响，如启动子、MSI、尺寸、合金、形态和还原性，这使得难以找到驱动动态转化的关键因素。关于动态重构与反应环境或中间体在工况下加速渗碳和调节反应性方面的相互作用知之甚少。

近日，中国科学院大连化物所杨冰和中国科学院上海高等研究院朱倍恩等报道了Pd-FeO_x催化剂在长期反应过程中反应网络和催化剂重构之间的多米诺效应，这强烈调节了碳化介导的CO₂加氢的活性和诱导周期。反应物H₂由于尺寸依赖性MSI而诱导Pd-FeO_x界面的不同动态重构，这决定了反应路径(加氢或还原路径)，进一步调节动态碳化和催化性能。Pd NP (5Pd-FeO_x)的大尺寸诱导了反应金属-载体相互作用，随后原位形成Pd₃Fe进行中间体调节，使得表面快速碳化(Fe₅C₂)，最终获得优异的催化性能。

相比之下，在分离的Pd和产生的CO的帮助下，0.5Pd-FeO_x和0.05Pd-FeO_x发生了缓慢的体积碳化，导致诱导周期延长和活性降低。复杂的反应网络在调节催化剂重组及其在CO₂加氢中的催化性能方面起着决定性作用。基于动力学分析，确定了原位合金化而非尺寸效应对碳化至关重要。

研究人员在FeO_x上进一步设计了一种预合成的Pd₃Fe合金，发现其活性增强，诱导周期显著缩短。综上，该项研究强调了复杂反应网络与催化剂重组之间的相互耦合，这为在实际反应中合理设计异构催化剂提供了理论指导。

Domino effect of catalysis: Coherence between reaction network and catalyst restructuring accelerating surface carburization for CO₂ hydrogenation. Journal of the American Chemical Society, 2025. DOI: 10.1021/jacs.5c01435