厦门大学与中国科学院大连化学物理研究所的CO2低温催化加氢制甲醇研究获进展

由厦门大学、中国科学院大连化学物理研究所等单位组成的研究团队在CO2催化加氢制甲醇研究中取得进展，利用富含硫空位的少层二硫化钼(MoS2)催化剂实现低温、高效、长寿命催化CO2加氢制甲醇。催化剂的活性与选择性均优于Cu/ZnO/Al2O3催化剂，并具有优异的稳定性。该研究成果发表于《自然·催化》杂志上。

CO2的高效转化利用对缓解能源危机以及实现“碳中和”目标具有重要的战略意义。利用基于可再生能源的绿色氢气(H2)与CO2反应制备甲醇是一条重要的途径。从能量效率的角度来说，低温、节能的CO2加氢制甲醇工艺更具吸引力。由于该反应催化剂的催化活性和选择性很难兼顾，目前仍具有挑战，因此开发更高效的CO2低温加氢催化剂具有潜在的经济价值。

通常，传统金属氧化物催化剂需300 ℃以上的反应温度，常伴随严重的逆水煤气变换反应，产生大量副产物CO。在金属氧化物催化剂中引入过渡金属组分可以促进H2的活化从而降低反应温度，但容易导致CO2过度加氢产生甲烷，降低产物甲醇选择性。

该研究团队发现：MoS2基催化剂在催化电解水产H2方面性能优异；通过调变MoS2自身结构，可以开发出具有丰富硫空位的MoS2。在H2预处理的多层二硫化钼纳米片上，将CO2在二硫化钼纳米片的硫空位上解离，产生与表面结合的CO和O2，进而实现CO2到甲醇的高效低温氢化。

该研究团队结合多种原位光谱、微观结构表征和理论计算对反应机理进行研究。结果表明，H2预处理可以从二硫化钼晶格的基面和边缘去除硫原子，从而导致面内和边缘硫空位的共存。面内硫空位可以抑制CO2深度氢解为甲烷从而驱动CO2选择性加氢为甲醇，而边缘空位则促进过度加氢生成甲烷。在180 ℃下，该催化剂在12.5%的CO2转化率下获得94.3%的甲醇选择性。该催化剂在超过3 000 h的反应时间内表现出高稳定性并且没有失活，该催化剂为实现低能耗、高效率的CO2转化利用开辟了新途径。