第一作者： 丁杰

通讯作者：钟秦、张舒乐、Maohong Fan

通讯单位：南京理工大学和University of Wyoming

论文DOI：10.1038/s41467-025-61851-6

南京理工大学钟秦、张舒乐和丁杰老师团队采用原位合成方法制备出一种由 MnCO₃共价连接的In₂O₃组成的催化剂，In₂O₃中的O原子占据 MnCO₃的氧空位，能够在In₂O₃-MnCO₃界面形成In-O-Mn路易斯酸碱对。光照和加热都改善了电子激发和电子从In到O的转移，促进 CO₂活化和甲醇的产生，实现了67.5%的甲醇选择性和13.5%的CO₂转化率。该研究为系列In–Mn催化剂的设计及分子水平结构介导的光热催化加氢过程提供了深入理解。

大规模安全储存H₂仍然是氢经济的关键。通过H₂与CO或CO₂反应进行化学储氢是实现H₂安全储存的重要方法之一，而其中CO₂因其易于储存、不可燃和安全等特性更具吸引力。目前，已开发出多种用于催化CO₂加氢制甲醇的催化剂，如In基、Zn基和Cu基催化剂。然而，这些催化剂通常需要反应温度≥250°C才能表现良好，导致能耗过高。化工厂中存在大量低品位热源（通常≤150°C），如低压蒸汽（100–150°C）。若能将CO₂加氢制甲醇的温度降至≤150°C，则可将这些低品位热源与CO₂制甲醇过程耦合，显著节约能耗。CO₂活化是限制CO₂制甲醇温度降低的关键步骤之一。近年来，光热催化在CO₂加氢中受到广泛关注，因为光可激发电子以活化CO₂的化学键并促进加氢反应。

我们提出了一种提高In₂O₃光热低温CO₂加氢活性的新策略，该策略将In₂O₃与MnCO₃结合制备In₂O₃-MnCO₃复合催化剂以促进CO₂活化。该催化剂采用简单的一锅水热结合原位合成方法制备。评估了它们的CO₂加氢转化为甲醇的活性，与单个组分相比，30In-Mn的甲醇生产率分别是纯In₂O₃和MnCO₃的1.7倍和10.4倍。

要点一：采用水热结合原位合成的方法成功制备出In₂O₃-MnCO₃催化剂，该催化剂中In₂O₃的O原子占据MnCO₃的氧空位，从而在In₂O₃-MnCO₃界面处产生产生In-O-Mn Lewis酸碱对，促进CO₂的低温光热活化。

图1 In₂O₃-MnCO₃催化剂中In-O-Mn Lewis酸碱对的表征

要点二：光热效应能够增强Lewis酸碱对的电子转移，从而促进促进CO₂的活化及其光热催化效果，实现了67.5%的甲醇选择性和13.5%的CO₂转化率。

图2In₂O₃-MnCO₃催化剂光热催化CO₂加氢制甲醇的活性

要点三：In-O-Mn Lewis酸碱对吸附活化CO₂后形成COO*中间体，进而加氢形成甲醇。

图3催化剂机理表征

该研究报道了一种由In₂O₃与MnCO₃共价连接构成的In₂O