当前，化石燃料在全球一次能源需求的占比中较大。含碳资源的催化转化是世界范围内经济增长和能源结构调整过程中面临的主要挑战，也是未来通过“负排放”技术实现全球“碳中和”目标的重要技术路径之一。
近年来，中国科学院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室研究员温晓东团队利用量子力学及分子轨道理论相结合的方法，系统研究铁、钴、镍、钼等廉价过渡金属在催化含碳分子转化过程中不同碳化学势下形成的碳物种所导致的催化剂结构、形貌、电子性质和催化性能的影响，并取得了一系列成果。
以Fe在费托合成过程中的碳化为例，该综述从碳化铁团簇结构开始，讨论了FexCy各种可能的稳定结构和Fe-Fe、Fe-C键长、Fe原子磁矩、电荷、内聚能随团簇尺寸、Fe/C比例的变化规律。研究人员进一步结合实验中的认知，讨论了基于密度泛函理论和分子动力学模拟的体相Fe各个晶面上的渗碳过程。研究发现碳化深刻影响催化剂的各种性质。
此外，该综述还展望了该领域的发展方向，包括：发展原位模拟方法，实现对反应条件下催化剂真实结构的有效模拟；进行基于数据驱动的反应位点统计分析；进一步发展原位表征手段，获取催化剂在真实工况下的原子尺度信息。相关研究成果发表在ACS Catalysis上，山西煤化所副研究员刘星辰为论文第一作者，温晓东为论文通讯作者。