中国科学院⼤连化学物理研究所（以下简称⼤连化物所）研究员刘岳峰和⼭⻄煤炭化学研究所（以下简称⼭⻄煤化所）副研究员刘星⾠合⼒开发了⼆氧化碳加氢转化⼀氧化碳的新型催化剂体系。该双⾦属氧化物负载的催化剂在逆⽔煤⽓变换反应中的性能⽐传统催化剂⾼3.3倍，⼀氧化碳选择性超过99%，表现优异。
论⽂从26⻚增加到63⻚的背后是10个⽉的漫⻓审稿期，跨越了⼏乎整个2023年。“⼭⽔图”形象展示了氢传输通道，揭示了催化剂作⽤。受访者供图
⼆氧化碳加氢转化液体燃料或化学品是国内外科学家都想摘下的“桂冠”。⼀边是⼈类⽣产⽣活排放后被收集起来的⼆氧化碳，⼀边是可再⽣能源制造的充裕氢⽓，源源不绝的“原料”经过复杂的“变幻”，究竟能产⽣怎样的化学品？这是⼀个未完全解开的化学反应⽅程式。
碳⼀分⼦——只有⼀个碳原⼦的分⼦，在⼤⾃然中储量丰富。⽆论是⼆氧化碳还是⼀氧化碳、甲烷、甲醇，单分⼦结构只有⼀个碳原⼦。它们转化为结构更复杂的液体燃料、⾼端化学品的过程就像⼀场在反应容器⾥的接⼒赛，其中⼆氧化碳转化为⼀氧化碳或者甲烷就是第⼀棒。碳⼀分⼦转化⼗分困难，其中平衡转化率、选择性，保持催化剂活性都是控制化学反应的难点。
⽽将该转化放到⼯业应⽤中则存在能耗⾼、步骤多、产品分离⼯艺复杂等问题。因此，探索温和条件下碳⼀分⼦定向转化技术是急需且极具挑战性的课题。
2020年，刘岳峰课题组就上述问题展开激烈讨论。当时参与讨论的既有本课题组的同事、学⽣，也有⼭⻄煤化所和意⼤利梅⻄纳⼤学的学者。“当时，对找到现象中蕴含的深层规律⼼⾥没底，我们不是特别⼤的团队，要想啃下这块‘硬⻣头’离不开⾼⽔平协作。”刘岳峰回忆道。抱着这样的想法，他找到了理论计算经验丰富的刘星⾠。
在多⽅讨论的基础上，论⽂第⼀作者、⼤连化物所联合培养博⼠研究⽣康辉开展了⼤量实验研究，最终开发出了⼀种新型双氧化物载体催化剂。该催化剂在强氧化物载体相互作⽤和传统强⾦属载体相互作⽤这两种竞争策略下，发⽣了难以解释的变化：其中⼀种氧化物定向朝着另⼀种氧化物表⾯分散，给氧化物表⾯打上了“补丁”，形成了⼀种可以⾼效传输氢物种的传输通道。这条关键的通道，可以⼤⼤促进加氢反应。
“两种过程的竞争策略是常⻅的催化剂反应现象和规律，但从来没有⼈想过同时利⽤它们，这为我们发展⼀种全新的催化剂设计策略、设计⼀种全新的催化剂，打开了思路。”刘岳峰说。
“通常在催化基础研究中，研究者不希望催化剂的组成过于复杂，因为这会给了解催化过程带来巨⼤困难。但这次，我们设计的三元催化剂，巧妙结合了动⼒学实验和理论计算，清晰指出了催化剂中各组分的具体作⽤。刚整理完这项⼯作时，我的脑海⾥就出现了⼀幅能描述这个催化剂作⽤原理的‘⼭⽔图’。”康辉说。
于是，刘岳峰和康辉找设计师画了⼀幅中国⻛的三江源“⼭⽔画”，通过它来描述催化剂作⽤原理。钌基催化剂就是⼀座座⾼⼭，“氢溢流”就是⼭腰上蜿蜒⽽下的河流，畅通⽆阻的河道中流淌的是氢，河道旁的平原就是氧化钛-氧化锰，在河流灌溉下⻓出树⽊，氢⽓成为养分，⼀氧化碳就是果实。
刘岳峰介绍，该催化剂的设计策略不仅限于这⼀个化学反应，⽽且适⽤于⾦属氧化物催化剂整个家族。此外，那些在研发、⽣产中已经实现⼯艺定型的催化剂，利⽤该设计策略，只需“原位”⼩修⼀下制备⼯艺即可提升催化剂功效。
此外，该催化剂体系以⽓氛诱导的⽅式进⾏，在现有的反应器内就可以调控，⼏乎没有成本，“省⼯省料”的同时经济性和反应效率都有所提升，⽽且有望产⽣新的更有反应活性的结构。
审稿意⻅⼀正⼀负
刘岳峰带着新的催化体系信⼼满满地投稿时，却接连碰壁。“我们向《⾃然-催化》投了稿，⼀审意⻅‘⼀正⼀负’。”刘岳峰告诉《中国科学报》，有⼀位审稿⼈的意⻅很积极，认为该体系设计思路新颖，有很好的发展前景，并列出了很⻓的修改建议；另⼀位审稿⼈虽然对⼯作的创新性给予了充分肯定，却觉得⽂章“不符合要求”，有拒稿的意思。
⾯对这样的反馈，刘岳峰⼼情沉重，因为如果稿件暂时不被接收，就要等很⻓时间，⽽康辉可能要延期毕业。他们认真研究审稿⼈意⻅后发现，“⼀正⼀负”的情况下还可以重新投递。这给了刘岳峰团队⼀点信⼼，他们整理了审稿⼈的建议，发现需要补充理论计算，以此⽀撑结论。于是，准备⽀撑材料⼜花了5个⽉。“我们补充了很多计算以及原位表征和动⼒学数据，然后⼜⼀次提交稿件。
这次的反馈意⻅正⾯很多，理论计算领域的评审专家觉得⼯作完成度、创意性很不错。”刘岳峰说，最终经过了10个⽉的时间，论⽂从26⻚增加到63⻚。
拿到接收函的那⼀刻，刘岳峰如释重负。
通过合作弥补短板
采访中，刘岳峰和刘星⾠不约⽽同地提到了科研协作的重要性。全世界科研⽔平的不断提升，既依靠科研⼯具、技术的进步，也依靠⾼素质科研⼈才的不断涌现。这需要我们想⽅设法提⾼科研能⼒和⽔平，⽽提⾼协作效率是必由之路。
2021年4⽉，刘星⾠与同是“80后”的刘岳峰相识于⼀个微信⼯作群，开启了实验与理论计算的合作。当年，在中国科学院⻘年创新促进会⼭⻄煤化所⼩组举办的学术交流会上，⼭⻄煤化所、⼤连化物所、中国科学院兰州化学物理研究所的年轻⼈同台分享学术成果，两⼈才有了第⼀次线下沟通的机会。身处碳⼀化学同⼀领域，两⼈⼀⻅如故，敲定了后续合作的关键节点和步骤。
实验与计算两个⼯作阶段⼀前⼀后、⼀主⼀副，在催化化学⾥必不可少。“我们不是⼤课题组，没有⾜够的⼒量投⼊到每⼀个岗位上，但是依靠⾼效、默契的协作能够弥补这⼀短板。我们⼀直在向⽼⼀辈科学家间共同协作的典范看⻬。”刘岳峰说。