直接还原CO2制备甲酸是未来化学工业的重要基础，具有重要意义。由于高活性、高选择性电催化剂的严重缺乏，导致CO2直接还原技术的发展受到限制。 基于此，中国科学院化学研究所李玉良院士等人以石墨炔（GDY）负载的金属氧化物量子点（QDs）为理想模型，结合DFT计算和高通量筛选，确定了具有高CO2RR活性和选择性的目标催化剂。 理论上预测GDY负载的氧化铟量子点（InOx/GDY）是一种具有最佳CO2RR性能的新型异质结构电催化剂。

VASP解读

通过DFT计算，作者研究了MOx/GDY对CO2RR的活性。MOx/GDY催化剂对CO2RR→HCOOH反应的活性由速率决定步骤的吉布斯自由能变化表示（ΔGmax），其中ΔGmax越低，表明CO2RR→HCOOH的途径在能量上更有利。适度的HCOO*吸附能力是实现CO2RR→HCOOH高效过程的首选条件。当Eads-HCOO*值约为-3.19 eV时，MOx/GDY催化剂的催化活性最高，ΔGmax值最小。结果表明，Eads-HCOO*是预测MOx/GDY产生HCOOH的CO2RR活性的良好描述符。

此外，作者比较了不同MOx/GDY催化剂上CO2RR→HCOOH（ΔGmax(CO2RR→HCOOH)）和CO2RR→CO（ΔGmax(CO2RR→CO)）的速率决定步骤中的吉布斯自由能。在上部区域，CO2RR→HCOOH通路更有利，而在下部区域，CO2RR→CO途径更有利。 结果表明，大多数MOx/GDY催化剂表现出较高的CO2RR选择性，优选产生HCOOH而不是副产物CO。作者还发现MOx/GDY催化剂的选择性也与Eads-HCOO*密切相关。在-3.95 eV至-2.20 eV范围内，由于ΔGmax(CO2RR→HCOOH)和ΔGmax(CO2RR→CO)之间的差值几乎为负，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: 10.1002/anie.202318080.