新加坡国立大学的MoS2/ZnS催化CO2制甲醇研究获进展

新加坡国立大学的研究团队提出一种少层二硫化钼(MoS2)-硫化锌盒状组合体用于催化CO2加氢制甲醇。MoS2边缘硫缺陷在硫化锌遮挡下可使其在该反应中具有较高的甲醇选择性。相关研究成果发表于《美国化学会·催化》杂志。

传统的CO2加氢制甲醇催化剂为Cu/ZnO/Al2O3，然而该催化剂甲醇选择性低、稳定性差。近年来，In2O3等金属氧化物催化剂和ZnO/ZrO2固溶体催化剂相继用于该反应，但反应温度通常大于300 ℃，能耗较高。因此设计更高效的低温CO2加氢制甲醇催化剂具有重要意义。

MoS2催化剂可在较温和条件下催化该反应，少层MoS2平面硫缺陷是甲醇合成的活性位点，而边缘硫缺陷则主要催化生成甲烷。制备高分散的MoS2纳米片且限制MoS2边缘位对反应更为有利。

该研究团队以ZIF-8为原料、以硫代钼酸铵为硫化剂进行溶剂热硫化反应，经焙烧后制得该催化剂。在热处理过程中，ZnS纳米颗粒的存在会限制MoS2片层的横向生长，致使催化剂具有被ZnS限制的少层MoS2纳米片结构。在较温和条件下，该催化剂展示出较高的甲醇选择性。但将边缘的ZnS去除后，甲醇选择性明显降低，甲烷选择性则明显升高。

通过一系列表征发现，ZnS主要分布在MoS2纳米片边缘。ZnS对边缘位的遮挡使其在CO2加氢中具有较高的甲醇选择性。而ZnS的移除则会释放更多的边缘硫缺陷，从而使产物中甲烷选择性明显提高。

该合成方法也可用于制备WS2/ZnS、MoS2/CoS等其他二维过渡金属硫化物空心组合体，可控地限制或创建边缘硫缺陷对于催化CO2加氢或其他催化反应具有重要的研究意义和应用前景。