科學通報 | 天津理工大學魯統部團隊綜述石墨炔光/電催化二氧化碳還原研究進展

中山大學榮鑫博士（第一作者）、天津理工大學魯統部教授（通訊作者）在《科學通報》發表綜述論文"石墨炔光/電催化二氧化碳還原研究進展"。該文章聚焦石墨炔基催化劑在光/電催化CO2還原領域的最新成果，系統梳理了石墨炔在CO2還原反應中的獨特優勢，并對其發展前景進行了展望。

工業革命以來，化石能源的快速消耗打破了自然碳平衡，引發了全球性能源短缺與環境污染的雙重危機。大氣CO2濃度從19世紀末的280 ppm躍遷至2025年的430 ppm（增幅53%），遠超350 ppm的安全閾值。2020年中國于聯合國大會首次提出“雙碳”目標，推動CO2高效轉化技術的發展勢在必行。

CO2作為直線型分子（O=C=O），其C=O鍵鍵能高達750 kJ·mol?1，顯著高于C-C（336 kJ·mol?1）、C-O（327 kJ·mol?1）和C-H鍵（411 kJ·mol?1），因此，CO2在熱力學上具有較高的穩定性，其分子活化與還原過程均需要輸入大量能量。當前CO2還原方法主要包括：光催化、電催化、熱催化和生物催化。其中，光催化和電催化因具有反應條件溫和、反應可控、環境友好等優勢成為研究焦點，開發高效的光、電催化劑對于將CO2轉化為高附加值化學品具有重要的研究價值。

1987年，Baughman等理論預測了由sp/sp2雜化碳原子構成的新型碳材料——石墨炔。2010年，李玉良院士團隊以六乙炔基苯為前驅體，通過原位Glaser偶聯在銅片表面率先合成γ-石墨炔薄膜，實現從理論到實踐的關鍵突破。此后，通過在苯環中引入功能基團或改變前驅體種類等手段，相繼開發出多種石墨炔衍生物，大幅拓展了其結構多樣性與電子特性可調性。相較于傳統碳材料，石墨炔憑借其本征特性——豐富的炔鍵、超大π共軛結構、均勻的孔隙、高載流子遷移率以及可調控的帶隙——成為多個領域的新興材料，展現出廣闊的應用前景。特別在催化領域，石墨炔通過與金屬（單原子/納米顆粒/氧化物）及非金屬組分復合，顯著提升催化性能。

石墨炔由sp和sp2雜化碳原子構成，具備豐富炔鍵、均勻孔隙、高載流子遷移率及可調帶隙等物理化學性質，這些特性賦予其在CO2還原反應中的獨特優勢：

（1）穩定催化位點：作為新型二維碳同素異形體，石墨炔結構中高密度的炔鍵為單原子及納米顆粒等催化位點提供了豐富的錨定中心。炔鍵的強吸電子能力可引發其與催化位點間強烈的d-π電子相互作用，有效降低單原子或納米顆粒的表面能，從而提高催化位點在CO2還原反應中的穩定性。

（2）優化CO2和中間體吸附：石墨炔憑借其獨特的炔鍵構型，具有豐富的離域電子和均勻的孔隙結構，在CO2吸附方面展現出顯著優勢。同時，石墨炔載體與催化位點間的強相互作用能改變催化中心的電子結構，進而優化CO2還原中間體的吸附行為，促進特定產物高選擇性的生成。

（3）提升光吸收能力以及提高載流子分離效率：石墨炔的能帶結構和電子特性可通過外部應力調節、層數調整以及化學摻雜等手段有效調控。這種獨特的帶隙可調性能改善石墨炔的光吸收能力和光生載流子分離效率，使其在光催化CO2還原領域展現出應用潛力。

本綜述從光催化和電催化兩個方面，分類總結了石墨炔在CO2 還原領域的最新研究進展，并對其未來發展前景進行了展望。

文章信息

榮鑫, 柯卓鋒, 盧秀利, 魯統部*. 石墨炔光/電催化二氧化碳還原研究進展. 科學通報, 2026, doi: 10.1360/CSB-2025-0660

《科學通報》是中國科學院主管、中國科學院和國家自然科學基金委員會共同主辦的綜合性中文學術期刊，致力于快速報道自然科學各學科基礎理論和應用研究的最新研究動態、消息、進展, 點評研究動態和學科發展趨勢。

• 旬刊，每10天出版1期；

• 欄目：進展、評述、快訊、論文、觀點、科技前沿、科學訪談、亮點述評、悅讀科學等；

• 中國科學院文獻情報中心分區表綜合性大類1區TOP期刊；

• 中國科技期刊卓越行動計劃領軍期刊；

• 《中國科技論文與引文數據庫》和《中國科學引文數據庫》的源期刊，同時被EI、ESCI和Scopus等收錄；

• 期刊官網：http://csb.scichina.com.

轉載、投稿請留言

| 關注科學通報 | 了解科學前沿