全球变暖的“元凶”二氧化碳，正被科学家们“变废为宝”——将其加氢转化为甲醇，不仅能减少温室气体排放，还能生产重要化工原料和清洁燃料。但传统催化剂要么选择性低、要么易失活，让这一技术难以大规模应用。我国科研团队在《Frontiers of Chemical Science and Engineering》上发表的一篇综述，为解决这一难题提供了新思路：氧化铟（In₂O₃）基催化剂在二氧化碳加氢制甲醇反应中展现出近100%的选择性，其性能优化的“密钥”正被逐步解锁。

传统催化剂的“卡脖子”难题

二氧化碳是出了名的“稳定分子”，要让它与氢气反应生成甲醇，需要催化剂“牵线搭桥”。目前工业常用的铜基催化剂（如Cu/ZnO/Al₂O₃），在高温高压下甲醇选择性仅约40%，还容易因烧结失活；贵金属催化剂虽稳定，但成本高且吸附二氧化碳能力弱。如何找到“高活性、高选择性、长寿命”的催化剂，成了领域内的核心挑战。

氧化铟：藏在“缺陷”里的潜力股

氧化铟的“逆袭”，源于其独特的表面结构。它是一种n型半导体，表面存在大量“氧空位”——就像催化剂表面的“小坑”，能精准吸附二氧化碳分子，并为后续加氢反应提供活性位点。实验发现，氧化铟基催化剂在甲醇水蒸气重整反应中甚至能实现近100%的二氧化碳选择性，几乎不产生副产物一氧化碳，这让它成为替代传统催化剂的“潜力股”。

不过，纯氧化铟也有短板：催化活性不足，需在高温高压（>300℃、>1MPa）下才能有效反应。为突破限制，科研人员从“结构调控”入手，总结出一套“性能优化工具箱”：

• 给氢气“开绿灯”：在氧化铟表面负载钯、铑等金属颗粒，这些金属像“氢气分解器”，能高效解离氢气为活性氢原子，再通过“氢溢出”迁移到氧化铟表面，促进氧空位形成；
• 给二氧化碳“建接口”：通过金属-氧化铟界面的强相互作用，调整电子分布，让界面成为二氧化碳吸附的“专属区域”，提升反应效率；
• 给结构“加保险”：引入氧化锆、氧化钛等金属氧化物，既能稳定氧空位、防止氧化铟过度还原为金属铟（导致失活），又能增强表面对二氧化碳的吸附能力；
• 给活性“调参数”：通过形成金属固溶体或复合催化剂，改变活性位点特性，进一步优化甲醇选择性。

实验室到工业：还有多远？

这些优化策略已在实验中展现成效。例如，负载钯的氧化铟催化剂在573K（约300℃）、5MPa条件下，甲醇时空产率（单位时间单位质量催化剂的甲醇产量）可达0.89g/(h·g)，选择性超70%；负载氧化锆的氧化铟催化剂稳定性更突出，连续运行1000小时仍保持高效。

但要真正走向工业应用，仍有挑战：如何精准控制氧空位的数量和分布？金属-载体相互作用过强会生成合金，反而降低活性；过弱则无法稳定结构——平衡“力度”是门技术活。此外，氧化铟的成本和工业制备工艺也需进一步优化。

未来：更“聪明”的催化剂

论文指出，未来研究可聚焦两方面：一是通过原子级调控，设计具有高密度、高稳定性氧空位的催化剂；二是开发“双功能复合催化剂”，结合不同材料的优势，同时提升吸附、活化和转化效率。随着这些问题的解决，或许在不久的将来，二氧化碳变甲醇的技术能真正“落地”，为碳中和目标提供更有力的支撑。

来源: 化学工程前沿FCSE