新型催化劑實(shí)現(xiàn)二氧化碳高效轉(zhuǎn)化 相關(guān)研究成果已發(fā)表在《自然·催化》上

溫室氣體二氧化碳(CO2)是諸多化學(xué)反應(yīng)的最終產(chǎn)物，其過(guò)量排放會(huì)加劇全球平均氣溫上升，給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)巨大壓力。如何高效轉(zhuǎn)化利用CO2是能源化工領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。記者4月23日從中國(guó)科學(xué)院大連化物所獲悉，該所研究員鄧德會(huì)團(tuán)隊(duì)與廈門大學(xué)教授王野團(tuán)隊(duì)合作，在CO2催化加氫制甲醇研究中，首次利用富含硫空位的少層二硫化鉬(MoS2)催化劑，實(shí)現(xiàn)了低溫、高效、長(zhǎng)壽命催化CO2加氫制甲醇。

該研究歷時(shí)近6年，其MoS2催化劑的活性與選擇性均顯著優(yōu)于金屬氧化物催化劑，顯示出優(yōu)異的穩(wěn)定性，為實(shí)現(xiàn)低能耗、高效率的CO2轉(zhuǎn)化利用開(kāi)辟了新途徑。相關(guān)研究成果已發(fā)表在《自然·催化》上，并以“不同尋常的空位催化”為題，刊發(fā)了專家評(píng)述文章，對(duì)該項(xiàng)研究給予高度評(píng)價(jià)。

基于可再生能源的綠氫(H2)反應(yīng)制備甲醇是CO2變廢為寶的重要途徑之一。通常，傳統(tǒng)的金屬氧化物催化劑需要300攝氏度以上的反應(yīng)溫度，同時(shí)常伴隨嚴(yán)重的逆水煤氣變換反應(yīng)，導(dǎo)致大量副產(chǎn)物——一氧化碳產(chǎn)生。

“在金屬氧化物催化劑中引入過(guò)渡金屬組分可以促進(jìn)H2的活化從而降低反應(yīng)溫度，但容易導(dǎo)致CO2過(guò)度加氫產(chǎn)生甲烷，從而降低目標(biāo)產(chǎn)物甲醇的選擇性。”大連化物所科研人員說(shuō)，CO2低溫高效加氫制甲醇急需尋求新的催化劑體系。

值得一提的是，在實(shí)驗(yàn)室小試中，CO2在180攝氏度下的單程轉(zhuǎn)化率可達(dá)12.5%，甲醇選擇性高達(dá)94.3%，顯著優(yōu)于此前報(bào)道的金屬和金屬氧化物等傳統(tǒng)催化劑，其性能也能穩(wěn)定維持3000小時(shí)而未見(jiàn)衰減，表現(xiàn)出優(yōu)異的工業(yè)應(yīng)用潛力。

德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院教授Felix Studt表示，CO2高效轉(zhuǎn)化利用是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的重要一環(huán)，該研究揭示了二維MoS2的硫空位在催化反應(yīng)中的應(yīng)用潛力，為開(kāi)發(fā)CO2加氫新型催化劑提供了新思路，有望為二氧化碳加氫制甲醇的工業(yè)應(yīng)用帶來(lái)巨大的效率提升。(記者郝曉明)