新加坡國(guó)立大學(xué)的CO2加氫制甲醇催化劑研究獲進(jìn)展

近日,新加坡國(guó)立大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種具有類似富勒烯結(jié)構(gòu)的原子Cu介孔SiO2包封的MoS2催化劑(Cu/MoS2@SiO2)。該催化劑可用于CO2加氫制甲醇反應(yīng),在260 ℃條件下,甲醇選擇性為72.5%,甲醇產(chǎn)率為6.11 mol甲醇/(molMo·h),明顯優(yōu)于無(wú)富勒烯結(jié)構(gòu)和無(wú)Cu修飾的MoS2@SiO2。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然·通訊》雜志。

MoS2的平面內(nèi)硫缺陷位點(diǎn)是CO2加氫制甲醇的催化活性位點(diǎn),而邊緣硫缺陷位點(diǎn)則更容易生成甲烷。因此,選擇性暴露活化的基面是CO2加氫制備甲醇反應(yīng)的關(guān)鍵。

該研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)SiO2物理限域拓?fù)滢D(zhuǎn)化的方式將MoO2轉(zhuǎn)化為MoS2,合成一種包覆在介孔SiO2內(nèi)部的與富勒烯結(jié)構(gòu)類似的MoS2,同時(shí)對(duì)MoS2修飾Cu原子。這種修飾Cu的曲面MoS2實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的CO2加氫制備甲醇催化性能。

研究結(jié)果表明,該類富勒烯結(jié)構(gòu)MoS2的球狀曲面能夠產(chǎn)生應(yīng)力,在惰性MoS2基面上產(chǎn)生硫缺陷。類似富勒烯的少層MoS2能夠暴露基面硫缺陷位點(diǎn),減少暴露的邊緣硫缺陷位點(diǎn)。通過(guò)原位傅里葉變換漫反射紅外光譜(DRIFTS)和原位X射線吸收光譜(XAS)表征研究了催化反應(yīng)機(jī)理以及Cu原子對(duì)催化反應(yīng)的促進(jìn)作用。理論計(jì)算結(jié)果表明,產(chǎn)生壓縮應(yīng)力有助于形成硫缺陷,促進(jìn)CO2加氫催化反應(yīng),拉伸應(yīng)力有助于加快催化位點(diǎn)的重生。

該研究可為CO2加氫制甲醇反應(yīng)催化劑開(kāi)發(fā)提供借鑒。