我室能源与环境小分子催化研究中心（509组群）邓德会研究员、于良研究员和胡景庭副研究员团队在二氧化碳（CO2）催化转化研究中取得新进展。团队将钴（Co）单原子限域在二维硫化钼晶格中构筑钴-钼（Co-Mo）活性位点，实现了高效催化CO2加氢制甲酸盐。
甲酸盐是重要的化工原料，广泛用于皮革、纺织和印染等行业。通过CO2加氢制甲酸盐是实现温室气体转化为高值化学品的一条有前景的途径。该反应传统上依赖钯（Pd）、金（Au）、铱（Ir）、钌（Ru）等贵金属催化剂，这类催化剂虽活性较高，但存在储量稀少、成本高昂的问题。相比之下，储量丰富的非贵金属基催化剂更具实际应用潜力，但目前已开发的非贵金属多相催化剂普遍存在反应活性不足和易被腐蚀的问题，亟需开发新型催化剂体系以实现高效CO2加氢制甲酸盐。
邓德会团队长期致力于能源与环境小分子的催化转化研究，近年来在二维硫化钼催化的惰性小分子转化方面取得了系列进展（Nat. Catal.，2023；Nat. Catal.，2021；Angew. Chem. Int. Ed.，2023；Angew. Chem. Int. Ed.，2020；J. Am. Chem. Soc.，2025；Nat. Commun.，2025；Nat. Commun.，2023；Nat. Commun.，2020；Nat. Commun.，2017；Energy Environ. Sci.，2015）。该团队此前研究发现，二维硫化钼硫空位限域Mo位点可在水相反应体系中实现催化CO2加氢制甲酸盐（Angew. Chem. Int. Ed.，2023）。然而，其实际应用受两大问题制约：一是难以通过脱除硫原子生成高活性的硫空位限域Mo位点，二是配位不饱和Mo位点在暴露于空气中时易被氧占据而失活，限制了可接触活性位点的数量，进而影响整体催化性能。
基于此，本工作中邓德会团队通过晶格限域杂原子实现了二维硫化钼硫空位限域金属中心活性的调控，发现将Co原子限域在二维硫化钼晶格中（Co-MoS2），可促进限域Co位点处硫空位的形成，从而在Co-MoS2催化剂上实现高效CO2加氢制甲酸盐。该催化剂在200 ℃下，甲酸盐生成速率达到17.0 mmol gcat.-1 h-1，选择性超过99%，其反应速率为未修饰MoS2催化剂的三倍。结合多种实验表征和理论计算发现，Co比Mo具有更低的配位数，这导致晶格限域Co-Mo位点与表面硫或氧之间的键合作用较弱，从而促进了氢气（H2）驱动下的硫或氧物种的移除，生成硫空位。暴露出的硫空位限域Co-Mo位点，在边缘和面内都具有适中的CO2吸附能力，能够抑制C-O断裂并促进生成甲酸盐，从而使得Co-MoS2非贵金属催化剂在CO2加氢制甲酸盐反应中展现出优异的活性和选择性与良好的结构稳定性。
相关研究成果以“Sulfur vacancy-confined Co-Mo sites in MoS2 for high-efficiency CO2 hydrogenation to formate”为题，发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。上述工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金、榆林中科洁净能源创新研究院能源革命科技专项、大连化物所创新基金等项目的资助。（文/图 王子逢、胡景庭）
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-69780-8
