國際社會廣泛關注CO₂減排。利用綠氫将CO₂轉化為甲醇和低碳烯烴，既可實現CO₂資源化，又可減排CO₂，具有重要戰略意義。2016年開始，郭利民教授小組一直緻力于熱催化CO₂加氫研究，包括催化劑研制、性能評價、加氫反應機理研究及應用示範等，取得了一些進展和積累。近年來小組在CO₂加氫方向的研究進展如下：

² Re負載型模型催化劑及CO₂加氫反應機理研究

熱催化CO₂加氫反應中催化劑與催化性能之間的構效關系一直是學界研究的熱點和難點之一。小組開展了Re負載型模型催化劑的系列研究，探究了多種結構敏感型催化劑在CO₂加氫反應中的構效關系和反應機理。如：利用原位漫反射紅外傅裡葉變換光譜和程序升溫表面反應技術來識别和表征CeO₂負載Re催化劑的形态效應，通過控制CeO₂晶形可以調整Re和CeO₂ 之間的電子金屬-載體相互作用進而優化催化性能（Catalysis Science & Technology, 2022, 12, 1159）；研究了Re/TiO₂催化劑催化的CO₂甲烷化反應，制備了一系列特定尺寸的TiO₂負載Re催化劑，通過系統的測試和表征，證明了活性位點和反應機理與TiO₂尺寸效應密切相關（ACS Catalysis, 2023, 13, 10364）；最近，課題組發現了控制Re納米顆粒尺寸和結構可以提高CO₂甲烷化反應的活性和效率，研究發現Re納米顆粒的低配位邊緣位點是CO₂解離成CO并随後氫化生成甲烷的活性位點，其大小影響了活性邊緣位點的分布，并影響了CO中間體的反應性和穩定性，這是CO₂甲烷化反應的速率決定步驟（Journal of Catalysis, 2024, 432, 115464）。

圖. Re/TiO₂催化劑上CO₂加氫的尺寸效應示意圖（Journal of Catalysis, 2024, 432, 115464；ACS Catalysis, 2023, 13, 10364）

² Co-In催化劑體系構建及其催化CO₂加氫制甲醇性能研究

CO₂加氫制甲醇用高溫催化劑由于在雙功能催化劑中的潛力應用而備受學界關注。小組對Co-In體系的高溫制甲醇催化劑開展了系列研究。如：探究了CO₂加氫在Co₃O₄和In/Co摩爾比的In_xCo_1-xO_y催化劑上明顯的産物選擇性轉變，發現在還原性氣氛下，In_xCo_1-xO_y發生重構并生成了表面富In₂O₃的核殼狀結構，并進一步詳細研究并闡述了反應路徑和可能的反應機理（Chinese Journal of Catalysis, 2022, 43, 862-876）；構建了新型Co₃InC_0.75-In₂O₃複合催化劑，在300 ^oC，5 MPa條件下達到0.62 g_MeOHg_cat^-1h^-1甲醇産率，通過動力學及表面研究發現了兩種組分間的電子轉移、CO₂和CO在催化劑表面吸附能力的增強，證明了Co₃InC_0.75和In₂O₃之間的協同作用是甲醇産率得以提升的關鍵（Applied Catalysis A: General, 2023, 665, 119374）。

圖. Co₃InC_0.75-In₂O₃催化劑用于CO₂加氫示意圖（Applied Catalysis A: General, 2023, 665, 119374）

以上研究獲得國家自然科學基金委面上項目（22378152、21878116）、國家重點研發計劃政府間科技創新合作重點專項（2017YFE0127400）、湖北省自然科學基金-傑出青年人才（2019CFA070）、科技部外國專家局高端外國專家引智（G2022154025L、G2021154004L）、國家留學基金委創新型人才國際合作培養（CXXM20220042）等項目及國内外合作夥伴支持。面向國家“雙碳”重大戰略及實際應用需求，小組将繼續在基于CO₂加氫制甲醇和低碳烯烴方向系統開展應用基礎研究和創新型人才培養。