近日,新加坡國立大學(xué)的研究團隊開發(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)于無富勒烯結(jié)構(gòu)和無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)硫缺陷位點是CO2加氫制甲醇的催化活性位點,而邊緣硫缺陷位點則更容易生成甲烷。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。

該研究團隊通過SiO2物理限域拓撲轉(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,同時對MoS2修飾Cu原子。這種修飾Cu的曲面MoS2實現(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,減少暴露的邊緣硫缺陷位點。通過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)機理以及Cu原子對催化反應(yīng)的促進作用。理論計算結(jié)果表明,產(chǎn)生壓縮應(yīng)力有助于形成硫缺陷,促進CO2加氫催化反應(yīng),拉伸應(yīng)力有助于加快催化位點的重生。

該研究可為CO2加氫制甲醇反應(yīng)催化劑開發(fā)提供借鑒。