可再生能源驱动的二氧化碳和绿色氢气合成甲醇在“甲醇经济”和“液体阳光”愿景中都是一个可行和关键的过程。近年来，In₂O₃基催化剂在克服传统铜基催化剂缺点方面显示出巨大的潜力。

有鉴于此，中科院上海高等研究院孙予罕教授，李圣刚研究员，Peng Gao报道了在理论计算指导下，合理设计出高性能In₂O₃纳米催化剂。

文章要点

1）研究人员首先进行了广泛的DFT计算，以通过优选的反应途径和速率确定In₂O₃催化剂在CO₂加氢成甲醇和CO期间的催化机理。然后，根据理论数据评估了如上所述的c-In₂O₃和h-In₂O₃稳定表面的性能，以寻找优质的催化剂。根据计算预测，就反应性和选择性而言，h–In₂O₃（104）表面具有最佳的催化性能。

2）根据理论计算结果，研究人员合成了具有不同形态的纯c–In₂O₃和h–In₂O₃相的纳米颗粒，并评估了它们在CO₂加氢制甲醇中的性能。实验结果表明，由于In₂O₃纳米粒子的相和暴露面不同，其催化性能取决于In₂O₃纳米粒子的形状。此外，具有高比例暴露的{104}表面的h-In₂O₃纳米晶体在CO₂加氢过程中表现出最佳的性能和较高的催化稳定性，这证实了DFT预测。在300 °C，5.0 MPa，9000 ml g_cat^-1 hour^-1和H₂/CO₂ 为6的反应条件下，甲醇的选择性达到92.4％，单程CO₂转化率超过17％。

该研究工作为使用计算方法设计新的和更有效的催化剂提供了范例。

Shanshan Dang , et al, Rationally designed indium oxide catalysts for CO₂ hydrogenation to methanol with high activity and selectivity, Sci. Adv. 2020

DOI: 10.1126/sciadv.aaz2060

https://advances.sciencemag.org/content/6/25/eaaz2060