对二甲苯是生产聚酯纤维等化工产品的关键原料，我国每年对于对二甲苯的需求量在3000万吨以上。当前，工业合成对二甲苯的普遍方法是基于重油的催化重整反应，每生产1吨对二甲苯约消耗4吨石油，同时排放出约3吨二氧化碳。利用可再生能源电解水制氢，再与二氧化碳反应直接制备对二甲苯，有望在实现温室气体二氧化碳的资源化利用的同时，为传统高能耗、高排放的生产工艺提供替代方案。

近期，安徽工业大学曾杰教授团队与日本富山大学Noritatsu Tsubaki院士团队合作，研制出新型“金属氧化物-分子筛”复合催化剂，基于多步串联催化过程，成功实现以二氧化碳和氢气为原料直接合成对二甲苯，并创下单程时空收率的世界纪录。日前，国际知名期刊《美国化学会志》发表了这项成果。

研究团队所研发的复合催化剂由主要由两个模块组成。其中，金属氧化物模块负责催化二氧化碳加氢得到短链烯烃，分子筛模块则负责催化短链烯烃的聚合、环化和芳构化过程，最终产生对二甲苯。为提升对二甲苯的选择性，研究团队对分子筛模块进行了“胶囊化”的精细设计。其内部的空心结构能有效促进中间体的传质过程。同时，分子筛孔径与对二甲苯分子大小相匹配，可以特异性促进对二甲苯产物由内到外的扩散过程。研究团队还对“胶囊”的外表面进行了钝化处理，避免产出的对二甲苯进一步发生异构化和烷基化等副反应。基于这一独特设计，研究团队将对二甲苯的单程时空收率提升至一个新高度，使用一千克复合催化剂持续工作一天即可获得1000.8克对二甲苯，远超现有科技文献报道的性能水平。

研究团队提出的复合催化剂设计思路还有望拓展到其他二氧化碳加氢反应体系中，进而实现对高附加值产物碳链长度、分子尺寸的“量身定制”。