近日，我所能源催化转化全国重点实验室计算和数据驱动催化研究组（511组）肖建平研究员团队、甲烷及衍生物催化转化创新特区研究组（05T9组）焦峰研究员团队、碳基能源催化转化研究组（522组）潘秀莲研究员团队合作，在催化剂理性设计研究方面取得新进展。合作团队通过机器学习和反应相图分析，揭示了氧化物-分子筛（OXZEO®）双功能催化剂直接转化合成气的催化机制，为高效催化剂的设计提供了新的理论依据。
OXZEO®催化剂可实现合成气直接高选择性制取烯烃，但如何进一步提高金属氧化物的催化性能是该领域长期面临的挑战。针对复杂反应网络的催化过程，目前仍缺乏优化氧化物活性的理性设计策略。
本工作中，肖建平团队通过反应相图分析，采用CO*和O*（GadCO*和GadO*）的吸附能作为描述符，预测了7种催化剂体系的活性趋势。潘秀莲和焦峰团队通过实验验证了该趋势和理论模型的可靠性。在此基础上，肖建平团队通过机器学习方法，进一步加速了新催化剂的筛选。最终，理论预测Bi掺杂和Sb掺杂的ZnCrOx具有更高催化性能，并得到实验证实。该工作通过理论和实验研究的迭代优化，为复杂反应网络和串联催化过程的理性设计提供了新的思路。
OXZEO®双功能催化概念由我所潘秀莲、包信和院士团队于2016年提出，实现了合成气高选择性制C2=-C4=低碳烯烃（Science，2016）。团队与我所刘中民院士团队、陕西延长石油（集团）有限责任公司合作，完成了国际首套煤经合成气直接制低碳烯烃OXZEO®-TO创新技术的千吨级工业试验。同时，团队就金属氧化物和分子筛催化作用机制方面开展了系统性研究（Angew. Chem. Int. Ed.，2018；Angew. Chem. Int. Ed.，2019；Angew. Chem. Int. Ed.，2020；Nat. Commun.，2022；Natl. Sci. Rev.，2022；J. Am. Chem. Soc.，2022；Science，2023；Angew. Chem. Int. Ed.，2023；J. Am. Chem. Soc.，2024；J. Am. Chem. Soc.，2024；Angew. Chem. Int. Ed.，2025）。OXZEO®概念为碳资源利用提供了新思路，受到广泛关注和研究（Chem. Rev.，2021）。
肖建平团队于2021年基于自主开发的图论和反应相图分析算法，提出了反应相图催化剂设计策略（ACS Catal.，2021），并在催化剂设计方面取得系列进展（Angew. Chem. Int. Ed.，2020；Nat. Commun.，2023；Nat. Energy，2023）。
相关研究以“Accelerated Oxide-Zeolite Catalyst Design for Syngas Conversion by Reaction Phase Diagram Analysis and Machine Learning”为题，于近日发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上，并被选为VIP（Very Important Paper）文章。该工作的第一作者是我所522组博士研究生叶艺涵和白冰副研究员。以上工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、我所创新基金等项目的资助。（文/图 叶艺涵）
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202505589
