SiO2与TiO2负载MoS2催化剂的水煤气变换反应机制：红外光谱与透射电镜的对比研究

本研究针对生物质合成气中硫杂质导致传统水煤气变换(WGS)催化剂失活的问题，通过红外光谱(IR/CO)和高分辨透射电镜(HR-STEM-HAADF)技术，揭示了MoS2在SiO2和TiO2载体上的边缘位点(M-edge/S-edge)差异及其对WGS反应机制的影响，发现TiO2负载催化剂通过羟基化路径实现CO转化，而SiO2负载体系遵循COS氧化还原路径，为硫耐受型催化剂设计提供了理论依据。

　　

随着氢能经济的兴起，生物质合成气中硫杂质对传统催化剂的毒害成为制约清洁能源发展的瓶颈。水煤气变换反应(WGS)作为合成气纯化的关键步骤，其催化剂在含硫环境下的稳定性至关重要。法国研究人员Nouma Saloua团队在《Applied Catalysis B: Environment and Energy》发表的研究，通过多尺度表征技术揭示了MoS₂催化剂的结构-活性关系。

研究采用红外光谱结合CO探针分子(IR/CO)定量分析边缘位点，结合高分辨透射电镜(HR-TEM)和环形暗场扫描透射电镜(HR-STEM-HAADF)直接观测纳米片形貌，并通过原位反应测试阐明机制差异。

【催化剂制备】
采用商业SiO₂(506 m²/g)和TiO₂(65 m²/g)为载体，通过等体积浸渍法负载钼酸铵前驱体，经硫化处理获得催化剂。

【表征结果】

1. 形貌特征：TEM显示TiO₂负载的MoS₂呈三角形仅暴露M-edge位点，而SiO₂负载的呈六边形具有更高S-edge/M-edge比例。IR/CO证实TiO₂体系在2185 cm^-1处Mo⁴⁺特征峰更显著。

2. 反应机制差异：

• MoS₂/SiO₂：遵循COS介导的氧化还原路径，S-edge位点参与COS中间体形成
• MoS₂/TiO₂：通过M-edge位点的S/O交换及载体羟基的协同作用实现甲酸盐路径

1. 失活控制：添加H₂S可稳定催化剂表面硫空位，抑制M-edge位点的过度氧化。

结论表明，载体性质通过调控MoS₂纳米片形貌决定活性位点分布：TiO₂强相互作用促进三角形结构形成，而SiO₂弱相互作用利于六边形结构发展。该研究为硫耐受型WGS催化剂的理性设计提供了关键依据，特别是揭示了载体-活性相界面效应在反应路径选择中的决定性作用。