近日，低碳转化科学与工程中心绿色碳科学团队/低碳催化与二氧化碳利用全国重点实验室高鹏研究员和李圣刚研究员团队在CO₂加氢反应诱导过程的氧化铟结构演变研究中取得新进展。该团队通过实验研究、密度泛函理论（DFT）计算和微观动力学模拟相结合的方法，捕捉活性位点在初始阶段的演变，并将其与稳定阶段的催化剂结构进行比较，阐明了In₂O₃纳米催化剂在二氧化碳加氢反应诱导阶段所发生的结构变化及相应的性能变化。

图1 二氧化碳加氢反应诱导阶段In₂O₃催化剂结构及性能演化示意图。

借助可再生能源获得的H₂，将CO₂资源化利用转化为甲醇，不仅可以缓解对化石资源的过度依赖、保障国家能源安全，还有助于相关行业双碳目标的实现。此外，甲醇可广泛用作化工基础原料，还可直接用作交通运输燃料或作为燃料添加剂，因而利用制得的绿色甲醇作为碳中性化学品或液体燃料可应对未来碳边境调节机制与可再生燃料的强劲需求。中国科学院上海高等研究院（以下简称"上海高研院"）在低碳催化领域深耕十余载，取得了一系列突破性进展：通过阐明金属氧化物表面氧空位上CO₂加氢经甲酸盐生成甲醇的反应机理以及晶相和暴露面影响机制（Nat. Chem. 2017, 9, 1019；Sci. Adv. 2020, 6, eaaz2060），指导了CO₂加氢制甲醇铜-氧化物复合工业催化剂的开发，并于2020年完成5000吨/年工业侧线，目前年产30万吨绿色甲醇项目已开工建设，相关研究成果的系统总结与综述已发表于（ACS Cent. Sci. 2020, 6, 1657; Annu. Rep. Comput. Chem. 2021, 17, 211; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202210095; Chin. J. Catal. 2022, 43, 2045）。

近些年，具有丰富表面氧空位的氧化铟（In₂O₃）催化体系倍受研究者关注，In₂O₃不仅在CO₂加氢反应中表现出较高的甲醇选择性，还能与分子筛耦合将CO₂直接转化为含两个碳以上的烃类化合物。基于In₂O₃的二氧化碳加氢制甲醇催化剂已取得较大进展，但仍存在转化率偏低、反应过程中存在逆水煤气变换反应生成一氧化碳副产物等问题。了解结构-活性关系，开发更高效的In₂O₃基催化剂，亟需对实际反应条件下活性位点的演变有深入的了解。研究团队通过沉积沉淀法制备了立方相的In₂O₃纳米颗粒，并评价了其催化二氧化碳加氢制备甲醇的反应性能，发现在达到反应的稳定阶段之前，在初始阶段有一个活化过程。通过多种不同的表征手段深入探究了In₂O₃纳米催化剂上二氧化碳加氢过程的诱导阶段，并结合第一性原理计算和谱学表征结果发现：催化剂的激活和诱导阶段，存在In₂O₃纳米颗粒的烧结和在In₂O₃表面更多氧空位的生成；氢诱导使催化剂在活化阶段产生了额外的氧空位，提高了In₂O₃催化剂的二氧化碳加氢性能；在诱导期形成的较高氧空位覆盖度表面和羟基化表面加快了二氧化碳反应速率，但却更多地促进了一氧化碳的生成，导致甲醇选择性降低。这项研究为显著提高In₂O₃基催化剂的二氧化碳反应活性并保持良好的甲醇选择性和长周期稳定性提供了有价值的见解。

研究成果“An experimental and computational investigation on structural evolution of the In₂O₃ catalyst during the induction period of CO₂ hydrogenation”于5月20日发表在《催化学报》杂志上（Chinese Journal of Catalysis, 2025, 72, 301-313. DOI: 10.1016/S1872-2067(25)64657-2）。论文的第一作者为上海高研院/中国科学院大学博士生蔚张茜，共同一作为研究生王明秀，通讯作者为路昕楠副研究员、李圣刚研究员与高鹏研究员。该研究工作得到了国家重点研发计划（2024YFB4006600）的资助。

文章链接： https://www.cjcatal.com/CN/10.1016/S1872-2067(25)64657-2