直接還原CO2制備甲酸是未來化學工業(yè)的重要基礎，具有重要意義。由于高活性、高選擇性電催化劑的嚴重缺乏，導致CO2直接還原技術的發(fā)展受到限制。
基于此，中國科學院化學研究所李玉良院士等人以石墨炔（GDY）負載的金屬氧化物量子點（QDs）為理想模型，結合DFT計算和高通量篩選，確定了具有高CO2RR活性和選擇性的目標催化劑。理論上預測GDY負載的氧化銦量子點（InOx/GDY）是一種具有最佳CO2RR性能的新型異質結構電催化劑。通過DFT計算，作者研究了MOx/GDY對CO2RR的活性。MOx/GDY催化劑對CO2RR→HCOOH反應的活性由速率決定步驟的吉布斯自由能變化表示（ΔGmax），其中ΔGmax越低，表明CO2RR→HCOOH的途徑在能量上更有利。適度的HCOO*吸附能力是實現CO2RR→HCOOH高效過程的首選條件。當Eads-HCOO*值約為-3.19 eV時，MOx/GDY催化劑的催化活性最高，ΔGmax值最小。結果表明，Eads-HCOO*是預測MOx/GDY產生HCOOH的CO2RR活性的良好描述符。此外，作者比較了不同MOx/GDY催化劑上CO2RR→HCOOH（ΔGmax(CO2RR→HCOOH)）和CO2RR→CO（ΔGmax(CO2RR→CO)）的速率決定步驟中的吉布斯自由能。在上部區(qū)域，CO2RR→HCOOH通路更有利，而在下部區(qū)域，CO2RR→CO途徑更有利。結果表明，大多數MOx/GDY催化劑表現出較高的CO2RR選擇性，優(yōu)選產生HCOOH而不是副產物CO。作者還發(fā)現MOx/GDY催化劑的選擇性也與Eads-HCOO*密切相關。在-3.95 eV至-2.20 eV范圍內，由于ΔGmax(CO2RR→HCOOH)和ΔGmax(CO2RR→CO)之間的差值幾乎為負，HCOOH的形成比CO的形成更有利。Theoretical Prediction Leads to Synthesize GDY Supported InOx Quantum Dots for CO2 Reduction. Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202318080.
