将温室气体CO₂与绿氢耦合转化为含两个及以上碳原子的高附加值醇（C₂+OH），是实现CO₂减排和满足全球能源与化学品需求的重要途径。然而，该过程面临多重挑战，CO₂化学性质惰性、反应网络复杂，使得精准控制C-C偶联仍存在很大的挑战性。尽管已开发出贵金属催化剂、改性费托合成催化剂等多种体系，但当前催化体系C₂₊OH的时空收率仍未达预期，因此，亟需开发更高效的催化剂或设计新的反应路线。

图1.CO₂加氢合成C₂₊OH的反应网络。

中国科学院兰州化学物理研究所低碳催化与二氧化碳利用全国重点实验室可再生碳资源催化转化组在前期Ni催化CO₂加氢合成C₂₊OH（Angew. Chem. Int. Ed.,2023,DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202311335.）和多相催化烯烃氢甲酰化合成醛（J. Catal. 2025,DOI: 10.1016/j.jcat.2025.116095;J. Org. Chem,2023,DOI: 10.1021/acs.joc.2c02105等）的研究基础上，研究人员一方面构建了Ni-K共修饰的Fe基催化剂（1Ni-4K/Fe），将CO₂加氢生成C₂₊OH的时空收率（STY）提高到317.0 mg/g/h，并且能在300h内稳定运行；另一方面利用接力催化思想，构建了“CO₂加氢-烯烃氢甲酰化-醛氢化”（1Ni-4K/Fe||Rh1/POPs||Cu@SiO₂）的三串联体系，将产物中烯烃进一步转化为醇，实现C₂₊OH的时空收率达到980.5 mg/g/h，选择性可达55.0%，而且由于氢甲酰化的增碳作用，C₂₊OH中C₃₊OH的占比可达75.6%，显著提升碳的利用率。

图2. K-Ni共修饰Fe基催化剂及两段三催化剂串联体系的催化CO₂加氢合成C₂₊OH。

系统研究表明，在K-Ni共修饰的Fe催化剂中，K-Ni之间的协同作用机制显著提升了C₂₊OH生成的时空收率，Ni的引入促进了*CH_x中间体形成，K的存在能抑制*CH_x深度加氢，二者协同增强了*CO-*CH_x偶联。同时，K和Ni的引入能够加速活性相Fe₅C₂的生成与原位再碳化，因此，在表现出高活性的同时，还展示出较好的使用稳定性。

图3.反应后4K/Fe（A）和4K-1Ni/Fe（B）催化剂的HRTEM结果;（C）反应后4K-1Ni/Fe催化剂EELS元素分布；（D）4K/Fe与4K-1Ni/Fe催化剂的结构演变。

为进一步提高碳原子的利用率和产物中C₂₊OH的选择性，研究人员利用接力催化思想，构建了“CO₂加氢-烯烃氢甲酰化-醛加氢”两段三催化剂的串联体系（如图4），将产物中多余的烯烃全部转化为相应的醛或醇。相比单段的1Ni-4K/Fe催化剂，该串联催化体系能实现C₂₊OH选择性达到55.0%，时空收率可达到980.5 mg/g/h。而且，得益于氢甲酰化反应的增碳作用，该串联体系中C₃₊OH在总醇中占比从单催化剂的41.0%提升至75.6%。

图4. 两段三催化剂串联体系。

相关研究成果以“Catalytic Tandem CO₂ Hydrogenation and Hydroformylation for High-yield Synthesis of C₂₊ Alcohols” 为题发表在ACS Catalysis（ACS Catal. 2025,15,11440-11451）上。

该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委甘肃省重大科技专项以及低碳催化与二氧化碳利用全国重点实验室的支持。