CO2加氢制甲醇由于具有低碳燃料生产的潜力而受到学术界和工业界的广泛关注。虽然Cu基催化剂主要用于CO加氢合成甲醇的工业规模，但当碳原料为CO2时，Cu基催化剂面临着甲醇选择性低和快速失活等挑战。为了提高甲醇收率，Cu基催化剂活性中心的确定和催化剂性能的改善是研究的重点。
另外，开发具有高选择性和稳定性的CO2加氢非Cu基催化剂也成为一个重要的研究领域。具有表面氧空位的In2O3催化剂由于其优越的甲醇选择性而被认为是一种很有前途的催化剂。但该催化剂存在着CO2转化率低、稳定性差等缺点。因此，有必要开发合适的策略以提高In2O3的CO2加氢活性和稳定性。近日，天津大学刘昌俊和新加坡国立大学颜宁等在In2O3催化剂上锚定高度分散的Ga簇，显著提升了催化CO2加氢制甲醇性能。实验结果表明，优化的1.0% Ga/In2O3催化剂(Ga载量为0.74 wt%)在300 ℃下的CO2转化率为12.2%，甲醇STY值为0.42 g甲醇 h-1 gcat-1，比纯In2O3高35.5%。此外，1.0% Ga/In2O3催化剂在300 ℃时下连续反应60小时后，活性仅损失11.1%；作为比较，纯In2O3在反应仅10小时后已经失去了20.2%的活性。因此，研究人员推测优化的Ga负载可以有效地抑制催化剂表面的过度还原和In金属的沉积，使催化剂结构稳定，从而提高了CO2加氢制甲醇的稳定性。基于一系列原位表征和理论计算表明，研究人员揭示了在Ga团簇和In2O3载体之间形成的富电子界面位点在提高性能方面起着关键作用：1.这些位点使CO2的竞争吸附成为可能，并阻止了阻塞活性位点的表面碳酸盐的形成；2.此外，吸附在这些活性中心的CO2很容易分解成吸附的CO，然后再氢化成甲醇；3.Ga团簇和In2O3载体之间的强大相互作用也有助于稳定表面结构，防止催化剂的过度还原，从而增强稳定性。总之，该项研究阐明了Ga在In2O3载体上增强CO2加氢制甲醇中的促进作用，证明了非贵金属Ga作为In基CO2转化催化剂的促进剂的有效性。Gallium cluster-promoted In2O3 catalyst for CO2 hydrogenation to methanol. ACS Catalysis, 2024. DOI: 10.1021/acscatal.4c03045
