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(yīng)中具有較高的甲醇選擇性。相關(guān)研究成果發(fā)表于《美國化學會·催化》雜志。

傳統(tǒng)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(wěn)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(yīng)，但反應(yīng)溫度通常大于300 ℃，能耗較高。因此設(shè)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(yīng)，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(yīng)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(yīng)，經(jīng)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(jié)構(gòu)。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(fā)現(xiàn)，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(chǎn)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(chuàng)建邊緣硫缺陷對于催化CO2加氫或其他催化反應(yīng)具有重要的研究意義和應(yīng)用前景。……