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在碳中和背景下，二氧化碳如何進(jìn)行高效轉(zhuǎn)化成為化學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)。在可能的各種化學(xué)反應(yīng)中，最有希望開(kāi)展大規(guī)模應(yīng)用的是二氧化碳加氫生成甲醇的反應(yīng)。目前，具有高活性和高選擇性的二氧化碳加氫催化劑成為進(jìn)一步應(yīng)用的關(guān)鍵。
銀催化劑已被用于研究光催化和電化學(xué)還原二氧化碳。然而，尚未有研究證實(shí)其對(duì)于二氧化碳選擇性加氫制甲醇具備高活性。
劉昌俊介紹，自2013年起，他們與合作者通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)證實(shí)，含氧空位的氧化銦及其負(fù)載的鈀、鉑、金、鎳、銠、銥等金屬催化劑對(duì)于二氧化碳加氫生成甲醇具備很高的甲醇選擇性和較高的活性，氧化銦負(fù)載金屬催化劑也具有很好的穩(wěn)定性。氧化銦負(fù)載銀催化劑應(yīng)用于非均相二氧化碳加氫制甲醇反應(yīng)尚未有研究報(bào)道。
在最新的這項(xiàng)研究中，劉昌俊課題組將氧化銦的合作者聚焦在金屬銀催化劑上，通過(guò)銀與氧化銦的結(jié)合調(diào)變，使Ag/In?O?催化劑成為二氧化碳加氫合成甲醇的高活性催化劑。
研究人員首先通過(guò)密度泛函理論計(jì)算，分析了銀與含氧空位氧化銦表面之間的相互作用。計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，二者之間的界面位點(diǎn)能夠很好地活化二氧化碳分子，使其更容易在該位點(diǎn)發(fā)生加氫反應(yīng)。
基于理論計(jì)算的結(jié)果，研究人員采用沉積沉淀法制備出Ag/In?O?催化劑，并與氧化銦催化劑對(duì)比進(jìn)行了反應(yīng)活性評(píng)價(jià)。對(duì)比結(jié)果顯示，銀的加入提升了二氧化碳加氫生成甲醇的能力，明顯降低了其轉(zhuǎn)化的表觀活化能。而穩(wěn)定測(cè)試的結(jié)果也說(shuō)明Ag/In?O?催化劑具備更好的催化穩(wěn)定性，相比In?O?催化劑，反應(yīng)10小時(shí)后，活性保持率為90.5%，而In?O?催化劑的活性保持率僅為80.4%。
此外，表征實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，銀的加入能夠促進(jìn)表面氧空位的生成，從而增多氧空位位點(diǎn)的數(shù)量，促進(jìn)二氧化碳的吸附與解離過(guò)程。研究人員表示，希望這項(xiàng)工作為高選擇性氧化銦基催化劑的理性設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。
