CO2是造成温室效应的主要气体之一。近年来,为了减少CO2的排放,人们对CO2的催化转化给予了越来越多的关注。将CO2加氢转化为甲醇不仅有助于缓解温室效应、保护环境,而且可提供有用的化学产品和燃料。因此,开发高效和稳定的CO2加氢制甲醇催化剂具有重要意义。本文以In2O3催化剂为研究对象,以设计高性能催化剂为目的,围绕In2O3晶面稳定性及其表面反应机理,采用密度泛函理论、第一性原理热力学和微观动力学模拟方法,对In2O3催化剂上CO2加氢合成甲醇反应进行了系统研究。In2O3晶体处于CO2加氢合成甲醇反应气氛下时,其晶面稳定性受反应温度、压力和气相组成的影响,影响程度的顺序自大至小依次为:温度＞压力＞气相组成。温度越高、压力越低、H2/CO2的比值越大,氧化铟晶面中富含铟的晶面越稳定。在典型的CO2加氢制甲醇反应条件下,In作为终止面的In2O3（100）面是主要的暴露面、也是最稳定的表面,此时In2O3的平衡晶体结构呈现为截断八面体。In2O3催化CO2加氢合成甲醇的活性位点为氧空穴。氧空穴可以通过热脱附、H2还原和CO还原三种方式产生,产生氧空穴的方式由易到难顺序依次为:CO还原＞H2还原＞热脱附。以热脱附氧原子的方式形成氧空穴时,氧空穴的形成能与其所处晶面无关,而与对应氧原子的化学环境相关。H2的还原机理为:H2先发生解离形成表面H原子和羟基,H原子和羟基进一步反应形成水,水脱除后即形成氧空穴。在相同In2O3晶面上,CO比H2更容易还原表面形成氧空穴。在同一还原剂下,In2O3（110）面比In2O3（111）面更容易形成氧空穴。以CO2的解离反应、CO2加氢生成COOH物种的反应和CO2加氢生成HCOO物种的反应作为判断In2O3晶面催化CO2初始反应选择性的依据。研究表明,在In作为终止面的In2O3（100）面（In2O3（100）-In）、含氧空穴的In2O3（110）面（In2O3（110）-D）和In2O3（111）面（In2O3（111）-D）上,CO2加氢生成HCOO物种的反应比CO2的解离反应和CO2加氢生成COOH物种的反应更容易进行,但是In2O3（100）-In面的催化活性低于In2O3（110）-D和In2O3（111）-D面,因此,In2O3（110）-D和In2O3（111）-D面是潜在的高甲醇选择性的催化表面。在In2O3（110）-D和In2O3（111）-D面上,CO2加氢合成甲醇倾向于以H3CO路径进行,即CO2将经过HCOO、H2CO和H3CO中间物种最终生成甲醇。在In2O3（110）-D面上,HCOO*加氢生成H2CO*的反应为速率控制步骤,而在In2O3（111）-D面上,OH基团加氢形成水的反应为速率控制步骤。微观动力学模拟的结果显示,In2O3（110）-D面比In2O3（111）-D面上生成甲醇的反应速率高,同时温度变化比原料气中H2/CO2的比率变化对反应速率的影响更大。