Efficiënte omzetting van CO ₂ is van strategisch belang voor het verlichten van de energiecrisis en het bereiken van het doel van koolstofneutraliteit. Een veelbelovende conversieroute is de hydrogenering van CO ₂ tot methanol met behulp van een op hernieuwbare energie gebaseerde "groene waterstof" bron.

Traditionele metaaloxidekatalysatoren voor deze reactie vereisen doorgaans een hoge temperatuur (> 300 ^O C), die de neiging heeft om ongewenste nevenreacties van de water-gasverschuiving (RWGS) te bevorderen, waardoor een grote hoeveelheid CO als bijproduct ontstaat.

Introductie van overgangsmetaalcomponenten op metaaloxiden kan de activering van H . bevorderen ₂ , waardoor de reactietemperatuur wordt verlaagd, maar dit vergemakkelijkt ook overmatige hydrogenering van CO ₂ naar CH ₄ , wat leidt tot een verlaagde methanolselectiviteit. Verdere verbetering van de prestaties van conventionele metaal-/metaaloxidekatalysatoren voor CO . bij lage temperatuur ₂ hydrogenering tot methanol wordt ernstig beperkt door de afweging tussen hun activiteit en selectiviteit.

Onlangs, een groep onder leiding van Prof. Deng Dehui van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academy of Sciences (CAS), in samenwerking met Prof. Wang Ye van de Universiteit van Xiamen, bereikt voor de eerste keer lage temperatuur hoge efficiëntie hydrogenering van CO ₂ naar methanol, met een lange levensduur boven zwavel-leegstandrijke weiniglaagse MoS ₂ , evenals opmerkelijk hogere activiteit en selectiviteit dan die van de commerciële Cu/ZnO/Al ₂ O ₃ katalysator.

Hun werk dat werd gepubliceerd in Natuur Katalyse , opent een nieuwe weg voor de omzetting van CO ₂ met een laag energieverbruik en een hoog rendement.

Ze ontdekten dat het zwavel-leegstandrijke MoS . met weinig lagen ₂ tegelijkertijd kunnen activeren en diss ^O Ciate CO ₂ en H ₂ bij lage temperaturen en zelfs bij kamertemperatuur, waardoor de hydrogenering van CO . bij lage temperatuur wordt vergemakkelijkt ₂ tot methanol met hoge activiteit en selectiviteit.

In aanvulling, ze ontdekten dat de RWGS-reactie en overmatige hydrogenering van methanol tot CH ₄ effectief werden onderdrukt. bij 180 ^O C, 94,3% methanolselectiviteit voor een CO ₂ een omzetting van 12,5% over de katalysator werd bereikt; dit resultaat was beter dan dat verkregen met het commerciële Cu/ZnO/Al ₂ O ₃ katalysator en eerder gerapporteerde katalysatoren.

De activiteit en selectiviteit werden gedurende meer dan 3000 uur gestaag gehandhaafd over de MoS ₂ katalysator, waardoor het een veelbelovende kandidaat is voor industriële toepassingen. In situ karakteriseringen gecombineerd met theoretische berekeningen toonden aan dat de zwavelvacatures in het vlak op MoS ₂ waren de actieve centra voor het katalyseren van de zeer selectieve hydrogenering van CO ₂ tot methanol.

"Dit werk onthult het potentieel van vacatures in het vlak in tweedimensionale materialen voor katalyse en biedt een nieuwe strategie voor de ontwikkeling van nieuwe katalysatoren voor gebruik in CO ₂ hydrogenering", zei prof. Deng.