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近日，大連化物所催化基礎國家重點實驗室能源與環境小分子催化研究組（509組）鄧德會研究員、于良副研究員團隊在二氧化碳（CO2）催化加氫制甲酸鹽研究中取得新進展。團隊發現富含邊結構的二維硫化鉬（ER-MoS2）可以高效、高穩定地催化CO2加氫制備甲酸鹽，并提出了一種新型的水介導CO2高選擇性加氫機理。
CO2加氫制備甲酸鹽是CO2資源化利用的重要途徑之一。然而，該反應通常需要稀缺貴金屬基催化劑來達到高的反應效率，這限制了該反應的應用。開發高效的非貴金屬催化劑是該反應能夠規模化應用的重要前提，但是，非貴金屬催化劑面臨活性低和穩定性差的雙重挑戰。
鄧德會團隊長期致力于二維催化材料的表界面調控與能源小分子的催化轉化研究，在調控二硫化鉬的催化活性與選擇性上取得系列進展（Nat. Catal.，2021；Nat. Commun.，2020；Angew. Chem. Int. Ed.，2020；Nano Energy，2020；Nano Energy，2019；Chem. Rev.，2019；Nat. Commun.，2017；Energy Environ. Sci.，2015）。
在此基礎上，團隊發現ER-MoS2可以高效催化CO2加氫到甲酸鹽。在200 ℃下生成甲酸鹽的選擇性高于99%，反應的轉換頻率（TOF）達到780.7 h-1。實驗表征結合理論計算顯示，ER-MoS2催化CO2加氫到甲酸鹽的活性位為MoS2邊緣的硫空位，甲酸鹽的選擇性生成是通過一種新型的水介導CO2加氫機理：水分子優先在邊緣硫空位解離吸附形成OH*和H*活性物種，它們作為溫和的加氫物種將CO2加氫到甲酸，余下的O*被氫氣還原從而使反應進入下一個催化循環。該工作報道了ER-MoS2作為一種非貴金屬基高性能CO2加氫制甲酸鹽催化劑，其揭示的水介導加氫反應機理有望為MoS2基催化劑在加氫反應中的應用提供新思路。
上述工作以“Boosting CO2 Hydrogenation to Formate over Edge-Sulfur Vacancies of Molybdenum Disulfide”為題，于近日發表在《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）上，并被選為熱點文章（hot paper）和內封面文章。上述工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、遼寧省興遼英才計劃、中國科學院B類先導專項“功能納米系統的精準構筑原理與測量”等項目的支持。（文/圖 王子逢、于良）
