新加坡國立大學的MoS2/ZnS催化CO2制甲醇研究獲進展

新加坡國立大學的研究團隊提出一種少層二硫化鉬(MoS2)-硫化鋅盒狀組合體用于催化CO2加氫制甲醇。MoS2邊緣硫缺陷在硫化鋅遮擋下可使其在該反應中具有較高的甲醇選擇性。相關研究成果發表于《美國化學會·催化》雜志。

傳統的CO2加氫制甲醇催化劑為Cu/ZnO/Al2O3，然而該催化劑甲醇選擇性低、穩定性差。近年來，In2O3等金屬氧化物催化劑和ZnO/ZrO2固溶體催化劑相繼用于該反應，但反應溫度通常大于300 ℃，能耗較高。因此設計更高效的低溫CO2加氫制甲醇催化劑具有重要意義。

MoS2催化劑可在較溫和條件下催化該反應，少層MoS2平面硫缺陷是甲醇合成的活性位點，而邊緣硫缺陷則主要催化生成甲烷。制備高分散的MoS2納米片且限制MoS2邊緣位對反應更為有利。

該研究團隊以ZIF-8為原料、以硫代鉬酸銨為硫化劑進行溶劑熱硫化反應，經焙燒后制得該催化劑。在熱處理過程中，ZnS納米顆粒的存在會限制MoS2片層的橫向生長，致使催化劑具有被ZnS限制的少層MoS2納米片結構。在較溫和條件下，該催化劑展示出較高的甲醇選擇性。但將邊緣的ZnS去除后，甲醇選擇性明顯降低，甲烷選擇性則明顯升高。

通過一系列表征發現，ZnS主要分布在MoS2納米片邊緣。ZnS對邊緣位的遮擋使其在CO2加氫中具有較高的甲醇選擇性。而ZnS的移除則會釋放更多的邊緣硫缺陷，從而使產物中甲烷選擇性明顯提高。

該合成方法也可用于制備WS2/ZnS、MoS2/CoS等其他二維過渡金屬硫化物空心組合體，可控地限制或創建邊緣硫缺陷對于催化CO2加氫或其他催化反應具有重要的研究意義和應用前景。