曾华淳ACS Catalysis: 边缘受限的少层MoS2纳米盒用于CO2高效加氢制甲醇

CO₂直接氢化成甲醇是减少对化石燃料的过度依赖和减轻环境问题的有前景的策略。最近，有文献报道二维MoS₂纳米片中的面内硫空位为CO₂合成甲醇的有效催化活性位点，而边缘空位促进CO₂加氢生成甲烷。

近日，新加坡国立大学曾华淳课题组通过对金属有机框架(MOF)进行溶剂热和随后的热处理，开发了空心的边缘被ZnS微晶限制的准单层MoS₂纳米盒(h-MoS₂/ZnS)。

曾华淳ACS Catalysis: 边缘受限的少层MoS2纳米盒用于CO2高效加氢制甲醇

研究人员发现高度分散的ZnS在壁中的强限制作用可以抑制MoS₂的生长和聚集，导致形成几层(少于3层)甚至单层的MoS₂纳米片结构。

此外，MoS₂边缘周围的ZnS纳米片可以防止反应分子接近边缘硫空位，从而提高目标产物甲醇的选择性。h-MoS₂/ZnS在催化CO2选择性加氢制甲醇时，在260°C、5 MPa和15 000 mL g_cat^-1 h^-1条件下，h-MoS₂/ZnS可以实现高达0.93 g_MeOH g_MoS2^-1 h^-1的STY_MeOH，CO₂转化率为9.0%以及甲醇选择性为67.3%(所达到的STY_MeOH值明显高于商业MoS₂和其他报道的基于MoS₂的催化剂)。

此外，这种h-MoS₂/ZnS催化剂能够在120小时内稳定运行，并且其中空纳米盒结构几乎保持不变，使其成为CO₂加氢在工业应用的潜在候选者。此外，该方法还适用于合成其他二维金属硫化物复合材料，如MoS₂/ZnS纳米球、WS₂/ZnS以及MoS₂/CoS纳米盒。总的来说，该研究不仅提供了一种利用MOF来制备空心准单层MoS₂纳米盒催化剂的策略，而且还开发了一种新的方法来阻止或产生边缘硫空位，显示了其在高效CO₂增值或其他催化系统中的巨大潜力。

Boxlike Assemblages of Few-Layer MoS₂ Nanosheets with Edge Blockage for High-Efficiency Hydrogenation of CO₂ to Methanol. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c02838

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