本报讯（记者卜叶）近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员邓德会团队与厦门大学教授王野团队合作，在二氧化碳（CO2）催化加氢制甲醇研究中取得重要进展。研究团队历时近6年，首次利用富含硫空位的少层二硫化钼（MoS2）催化剂实现了低温、高效、长寿命催化CO2加氢制甲醇。MoS2催化剂的活性与选择性均显著优于此前报道的金属氧化物催化剂，并显示了优异的稳定性，为实现低能耗、高效率的CO2转化利用开辟了新途径。相关研究成果发表于《自然—催化》。
温室气体CO2是诸多化学反应的最终产物。其过量排放加剧了全球平均气温的上升，给生态环境带来巨大压力。如何高效转化利用CO2，将其变废为宝，是能源化工领域的研究热点和难点。
与基于可再生能源的绿氢（H2）反应制备甲醇是CO2变废为宝的重要途径之一。通常，传统的金属氧化物催化剂需要300摄氏度以上的反应温度，同时常伴随严重的逆水煤气变换反应，产生大量副产物一氧化碳。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，降低目标产物甲醇的选择性。CO2低温高效加氢制甲醇亟须寻求新的催化剂体系。
此前的研究中，邓德会团队发现MoS2基催化剂在催化电解水生产H2方面性能优异。反过来，“MoS2能否在室温下活化H2，并高效催化CO2加氢制甲醇？”带着这一想法，邓德会与王野团队展开联合攻关。
通过调变MoS2自身结构，研究人员开发出具有丰富硫空位的少层MoS2。经评价，该MoS2催化剂能够实现低温甚至室温下CO2和H2的直接活化、解离，并有效抑制甲醇的过度加氢。原位表征与理论计算研究结果显示，MoS2面内硫原子空位是催化CO2高选择性加氢到甲醇的活性中心。
在实验室小试中，CO2在180摄氏度下的单程转化率可达12.5%，甲醇选择性高达94.3%，显著优于此前报道的金属和金属氧化物等传统催化剂，并且性能稳定维持3000小时未见衰减，表现出优异的工业应用潜力。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41929-021-00584-3