廈門大學與中國科學院大連化學物理研究所的CO2低溫催化加氫制甲醇研究獲進展

由廈門大學、中國科學院大連化學物理研究所等單位組成的研究團隊在CO2催化加氫制甲醇研究中取得進展，利用富含硫空位的少層二硫化鉬(MoS2)催化劑實現低溫、高效、長壽命催化CO2加氫制甲醇。催化劑的活性與選擇性均優于Cu/ZnO/Al2O3催化劑，并具有優異的穩定性。該研究成果發表于《自然·催化》雜志上。

CO2的高效轉化利用對緩解能源危機以及實現“碳中和”目標具有重要的戰略意義。利用基于可再生能源的綠色氫氣(H2)與CO2反應制備甲醇是一條重要的途徑。從能量效率的角度來說，低溫、節能的CO2加氫制甲醇工藝更具吸引力。由于該反應催化劑的催化活性和選擇性很難兼顧，目前仍具有挑戰，因此開發更高效的CO2低溫加氫催化劑具有潛在的經濟價值。

通常，傳統金屬氧化物催化劑需300 ℃以上的反應溫度，常伴隨嚴重的逆水煤氣變換反應，產生大量副產物CO。在金屬氧化物催化劑中引入過渡金屬組分可以促進H2的活化從而降低反應溫度，但容易導致CO2過度加氫產生甲烷，降低產物甲醇選擇性。

該研究團隊發現：MoS2基催化劑在催化電解水產H2方面性能優異；通過調變MoS2自身結構，可以開發出具有豐富硫空位的MoS2。在H2預處理的多層二硫化鉬納米片上，將CO2在二硫化鉬納米片的硫空位上解離，產生與表面結合的CO和O2，進而實現CO2到甲醇的高效低溫氫化。

該研究團隊結合多種原位光譜、微觀結構表征和理論計算對反應機理進行研究。結果表明，H2預處理可以從二硫化鉬晶格的基面和邊緣去除硫原子，從而導致面內和邊緣硫空位的共存。面內硫空位可以抑制CO2深度氫解為甲烷從而驅動CO2選擇性加氫為甲醇，而邊緣空位則促進過度加氫生成甲烷。在180 ℃下，該催化劑在12.5%的CO2轉化率下獲得94.3%的甲醇選擇性。該催化劑在超過3 000 h的反應時間內表現出高穩定性并且沒有失活，該催化劑為實現低能耗、高效率的CO2轉化利用開辟了新途徑。