ACS Catalysis: 剖幽析微！揭示In2O3-金属界面上高甲醇选择性的原子结构起源

CO₂加氢制甲醇具有减少碳排放和在一次反应中生产有价值的化学品的潜力，因此其具有重要的环境和经济意义。与未改性的传统Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂相比，氧化铟基催化剂的甲醇选择性提高了一倍(从30-50%提高到60-100%)。值得注意的是，虽然甲醇收率有所提高，但是对于分散在氧化铟(M/In₂O₃，M=Pd，Ni，Au等)上的各种活性金属催化剂，尽管添加的金属具有不同的化学性质，其选择性仍然与普通In₂O₃相似。

为了研究这种行为背后的现象，布鲁克黑文国家实验室Ping Liu和José A. Rodriguez等使用RuO₂/In₂O₃作为模型催化剂来研究活性中心的动态性质。AP-XPS、原位XAFS和TR-XRD结果表明，RuO₂/In₂O₃催化剂在反应环境中的结构具有高度的动态性。

具体而言，在反应条件下，Ru纳米粒子促进了In₂O₃的还原，从而产生了具有氧空位的In₂O_3-x；在一定浓度的氧空位作用下，In₂O_3-x会迁移到Ru团簇表面，形成热力学驱动的包覆结构。

由RuO_x和In₂O_3-x聚集体修饰的Ru⁰纳米颗粒组成的独特的包覆结构，可以通过阻断Ru⁰位点来抑制CH₄的形成，同时产生界面RuO_x−In₂O_3-x位点可用于CO₂选择性加氢制甲醇。与普通In₂O₃相比，所制备的催化剂的甲醇选择性由62.4%提高到74.7%，产率由0.25提高到0.59 g_MeOH h⁻¹ g_cat⁻¹。

密度泛函理论(DFT)计算表明，在氧空位形成、CO₂活化以及进一步转化为甲醇等方面，In₂O_3-x覆盖层比本体In₂O₃具有更高的活性，这是导致活性增强的原因。总的来说，这项工作揭示了In₂O₃基催化剂对反应环境响应的动态结构，为合理设计选择性合成甲醇的材料提供了指导。

Atomic Structural Origin of the High Methanol Selectivity over In₂O₃–Metal Interfaces: Metal–Support Interactions and the Formation of a InOx Overlayer in Ru/In₂O₃ Catalysts during CO₂ Hydrogenation. ACS Catalysis, 2023. DOI: 10.1021/acscatal.2c06029

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