上海科學家在二氧化碳加氫催化劑研究上有了突破

新民晚報訊（記者 郜陽）近日，中國科學院低碳轉化科學與工程重點實驗室暨上海高等研究院-上海科技大學低碳能源聯合實驗室研究員孫予罕、高鵬和李聖剛帶領的團隊在二氧化碳催化加氫催化劑研發中取得重要進展，實現了更高性能氧化銦催化劑的理性設計與合成。相關成果今天凌晨在線發表在《科學·進展》上。

二氧化碳催化加氫反應耦合太陽能、風能、生物質等可再生能源，是一條綠色、可持續的甲醇、汽油等液體燃料的合成途徑，是循環經濟包括「液態陽光」和「甲醇經濟」的重要一環，也可用於其它基礎化學品如烯烴、芳烴等的合成。

近年來，越來越多的研究表明，一些氧化物催化體系在該系列反應中具有獨特的優勢，受到國內外研究者的廣泛關注，但仍需進一步提升此類催化劑的反應性能，才有望繼續擴大二氧化碳加氫工業應用領域的戰果。

記者了解到，在這項研究中，科研人員通過密度泛函理論計算發現，立方相氧化銦表面可形成兩個截然不同的二氧化碳吸附結構，且分別對應於目標產物甲醇和副產物一氧化碳的生成路徑。為了快速搜索更有利於甲醇生成的氧化銦催化劑，研究人員擴大了第一性原理計算範圍，考察了氧化銦主要晶相及其相對穩定的晶面，並根據理論計算得到的反應路徑建立了定性的催化性能預測模型。

根據理論模型預測，一種熱力學亞穩定的六方相氧化銦的表面會在二氧化碳加氫反應中表現出更高的活性和甲醇選擇性。因此，研究人員進一步採用極其簡單的合成方法製備出具有不同晶相和形貌的氧化銦材料，對它們進行了詳細的結構分析和波譜表徵，並考察了它們在二氧化碳加氫反應中的催化性能，建立了氧化銦催化劑的構效關係。

科研人員告訴記者，目前的研究成果很好地展示了計算科學應用於工業催化劑輔助設計的巨大潛力，其所發現的高性能氧化銦催化劑有望被用於二氧化碳加氫制甲醇的工業過程，也將進一步推動二氧化碳加氫制低碳烯烴、汽油及芳烴等高碳烴的氧化物/分子篩雙功能催化劑的研發與工業應用。