综述：用于高级醇的顺序催化：克服直接CO2加氢中的障碍

本综述系统探讨了通过顺序催化（sequential catalysis）策略将CO2高效转化为高附加值高级醇（higher alcohols）的研究进展。文章重点分析了直接加氢路径面临的热力学限制与选择性挑战，并深入评述了通过耦合逆水煤气变换（RWGS）、甲醇合成、费托合成（FTS）及烯烃水合等多步反应构建的串联催化体系，为CO2资源化利用提供了创新性解决方案。

　　

直面挑战：直接CO₂加氢的困境

全球变暖问题因二氧化碳（CO₂）排放持续增加而日益严峻，开发温室气体减排新技术迫在眉睫。将CO₂转化为高价值化学品，特别是高级醇，不仅能够实现碳资源循环利用，还可生产具有重要工业应用价值的燃料和化工原料。然而，将CO₂直接加氢生成高级醇的过程在热力学和动力学上均面临巨大障碍。该过程涉及多步反应，需要多功能催化剂具备精确协同的活性位点，以实现高效的C-C耦合和氧原子去除。在纳米尺度上精准控制这些催化界面，至今仍是阻碍该技术发展的核心难题。

另辟蹊径：顺序催化策略的崛起

为克服直接路线的局限性，研究者们将目光转向顺序催化（又称串联催化）这一创新策略。该策略不再依赖单一催化剂完成所有转化，而是将多个独立的、已成熟的催化反应有机结合，通过分步实现CO₂的活化和碳链增长。文中重点探讨了几种关键的反应路径组合：包括先通过逆水煤气变换反应（reverse water-gas shift, RWGS）将CO₂转化为CO，随后通过改性的费托合成（Fischer-Tropsch synthesis, FTS）过程将合成气（syngas）转化为高级醇；或是先催化CO₂加氢生成甲醇，再通过甲醇介导的碳链增长途径；此外，利用烯烃中间体进行水合反应也是构建更长碳链醇类的有效方法。这种“分而治之”的策略，通过优化每个独立反应步骤的催化剂和条件，绕过了直接法面临的热力学瓶颈和选择性控制难题。

核心推动：多功能催化体系的设计

顺序催化体系的成功构建，高度依赖于高性能催化剂的开发与精准复合。综述详细概述了针对不同反应步骤所设计的先进催化剂。例如，用于RWGS反应的金属氧化物催化剂，用于甲醇合成的铜基催化剂（Cu/ZnO/Al₂O₃），以及用于FTS的钴基或铁基催化剂。为了实现高效的串联反应，研究者们致力于设计物理集成（physically integrating）的多功能催化体系，将分别擅长CO₂活化、C-C耦合和加氢/脱氧的催化剂以特定的空间排布方式组合，创造出具有互补功能的协同系统。这种设计使得前一步反应的产物能作为下一步反应的底物被即时消耗和转化，从而驱动反应平衡向生成高级醇的方向移动，并显著提升整体反应效率和目标产物选择性。

前景与展望：串联反应网络的巨大潜力

尽管顺序催化策略展现出巨大潜力，但其发展仍面临挑战，例如多催化剂之间的兼容性、反应器设计以及过程中可能存在的中间体抑制效应等。然而，通过对比不同方法的优劣，该综述强调，基于顺序催化原理构建的串联反应网络（tandem reaction networks）是实现CO₂向高级醇升级转化（upgrading）的一条极具前景且高效可行的路线。它不仅是应对当前催化科学挑战的巧妙方案，也为未来设计更复杂、更高效的CO₂转化系统提供了新的思路和方向，对推动绿色化学和可持续发展具有重要意义。