Sulfur vacancy-rich MoS2 as a catalyst for the hydrogenation of CO2 to methanol

甲醇 催化作用 氢解 空位缺陷 硫黄 选择性 甲烷 材料科学 化学 化学工程 光化学 有机化学 冶金 结晶学 工程类
作者
Jingting Hu,Liang Yu,Jiao Deng,Yong Wang,Yong Wang,Kang Cheng,Chao Ma,Qinghong Zhang,Wu Wen,Shengsheng Yu,Yang Pan,Jiuzhong Yang,Hao Ma,Fei Qi,Yongke Wang,Yongke Wang,Yanping Zheng,Mingshu Chen,Rui Huang,Shuhong Zhang
出处
期刊:Nature Catalysis [Nature Portfolio]
卷期号:4 (3): 242-250 被引量:737
标识
DOI:10.1038/s41929-021-00584-3
摘要

The low-temperature hydrogenation of CO2 to methanol is of great significance for the recycling of this greenhouse gas to valuable products, however, it remains a great challenge due to the trade-off between catalytic activity and selectivity. Here, we report that CO2 can dissociate at sulfur vacancies in MoS2 nanosheets to yield surface-bound CO and O at room temperature, thus enabling a highly efficient low-temperature hydrogenation of CO2 to methanol. Multiple in situ spectroscopic and microscopic characterizations combined with theoretical calculations demonstrated that in-plane sulfur vacancies drive the selective hydrogenation of CO2 to methanol by inhibiting deep hydrogenolysis to methane, whereas edge vacancies facilitate excessive hydrogenation to methane. At 180 °C, the catalyst achieved a 94.3% methanol selectivity at a CO2 conversion of 12.5% over the in-plane sulfur vacancy-rich MoS2 nanosheets, which notably surpasses those of previously reported catalysts. This catalyst exhibited high stability for over 3,000 hours without any deactivation, rendering it a promising candidate for industrial application. The catalytic hydrogenation of CO2 to methanol is a crucial reaction for the recycling of this greenhouse gas, although the selection and related performance of commercial catalysts is still limited. Now, the authors introduce sulfur vacancy-rich MoS2 nanosheets as a superior catalyst for this process, rivalling the commercial benchmark system.
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