功能化碳材料因其独特的特性（例如可调节的表面特性，出色的导热性，高表面积，可调节的孔隙率以及与客体金属的相互作用适中）而被广泛用于非均相催化中。合成气向碳氢化合物（称为费托合成）或含氧化合物的转化是放热反应，通常由分散在功能化载体上的过渡金属催化。各种碳材料已用于合成气转化中，不仅是为了提高性能或减少昂贵的活性金属的用量，而且是为基础研究建立模型催化剂。

有鉴于此，厦门大学王野教授和张庆红教授、成康等人，对近年来碳材料，特别是功能化纳米碳材料在合成气转化为碳氢化合物或含氧化合物方面的应用进展进行了综述。

本文要点

1）重点介绍了碳材料在分散金属纳米粒子、掺杂杂原子、表面改性、构建特殊纳米结构等方面的独特特性。讨论了控制反应过程的关键因素和反应机理，为合理设计高效的碳负载合成气转化催化剂提供了思路。简要分析了开发用于合成气转化的功能化炭材料面临的挑战和未来的机遇。

2）虽然本综述所选取的案例表明碳材料具有促进基础研究的独特特性，但碳材料应用于合成气转化仍存在一些局限性，特别是从工业潜在用途的角度来看。首先，在高压氢气，活性金属和合成气转化过程中释放的热量的存在下，氢解反应可能会分解碳。其次，大多数炭材料的机械强度不够高，在成型过程中要考虑与粘结剂的结合，这是具有挑战性的。第三，含有过渡金属的失活催化剂通常需要周期性地通过氧化和还原进行再生。然而，碳材料在高温下对氧非常敏感。第四，反应过程中碳材料的变化，如杂原子的损失和碳基体的无定形，有时是不可逆的。第五，与金属氧化物载体相比，碳材料的制造，特别是那些具有独特形状和功能位点的材料，在许多情况下仍是昂贵的。

3）然而，毫无疑问，对功能化炭材料用于合成气转化的研究，对于合理设计催化剂具有重要的启示意义。对于功能化碳材料的合成和应用，还有很多的探索机会。碳材料上的缺陷位点和官能团非常复杂，它们对催化性能的影响很难在原子水平上解开。对于具有明确结构和特定功能位点的碳材料在催化中的应用，应该投入更多的精力。到目前为止，只有氮掺杂和氧掺杂的碳材料被应用于合成气转化。对于硼、硫、磷或二元杂原子掺杂碳材料的研究还不够。由于其不可预测的性质，这些功能化碳材料有可能在合成气转化中提供卓越的性能。今后应重点研究碳材料在合成气转化中的实际应用。

总之，碳材料极大地丰富和深化了合成气转化的基础研究，为碳材料在多相催化领域的广泛应用打开大门。

参考文献：

Kuo Chen et al. Functionalized Carbon Materials in Syngas Conversion. Small, 2021.

DOI: 10.1002/smll.202007527

https://doi.org/10.1002/smll.202007527