原位H2 导向策略激活Co-MoS2 基面并扩大层间距以增强加氢脱硫活性

为解决传统MoS2 催化剂基面惰性和层间距限制问题，研究人员通过原位H2 导向策略合成Co-MoS2 -n系列催化剂，实现>75%热稳定1T相形成及层间距扩大至11.1 Å，使HDS活性提升至71.4%（220°C）。DFT模拟揭示1T相降低H2 解离能垒（1.16 eV），为高效催化剂设计提供新思路。

随着全球对清洁能源需求的增长，化石燃料燃烧产生的硫化物污染仍是严峻挑战。当前燃油硫含量标准已严苛至10 ppm以下，而传统MoS₂
催化剂存在基面活性低、层间距狭窄（6.2 Å）等问题，限制了加氢脱硫(HDS)效率。更棘手的是，2H相MoS₂
的热力学稳定性与1T相的催化活性形成矛盾，且反应后层间距收缩现象普遍存在。这些瓶颈促使研究者探索同时激活基面、稳定1T相和调控层间距的新策略。

北京化工大学团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表的研究中，创新性地采用H₂
作为结构导向剂(SDA)，通过动态压力控制（0-2.0 MPa）一步水热法合成Co-MoS₂
-n催化剂。结合DFT计算和原位表征技术，系统研究了1T相形成机制与层间距热力学稳定性。关键技术包括：1）变压力H₂
导向水热合成；2）X射线衍射(XRD)和透射电镜(HRTEM)分析层间距与相变；3）同步辐射表征电子结构；4）DFT计算H₂
解离能垒及反应路径。

催化剂制备与结构表征
通过调控H₂
压力合成的Co-MoS₂
-2.0呈现70 nm纳米片结构（SEM），HRTEM显示9.8 Å层间距及1T相特征晶格条纹（图1c）。XRD证实层间距随H₂
压力从9.2 Å（0 MPa）扩展至11.1 Å（2.0 MPa）。拉曼光谱中1T相特征峰（J₁
/J₂
≈3.2）表明>75%高比例1T相形成，XPS证明Co²⁺
掺杂促进硫空位(S_v
)生成。

催化性能与机理
在220°C、2 MPa H₂
条件下，Co-MoS₂
-2.0的噻吩HDS转化率达71.4%，较商业2H-MoS₂
（44.1%）提升1.6倍。DFT模拟揭示：1）1T相基面使H₂
解离能垒从3.37 eV降至1.16 eV；2）Co-Mo-S位点与S_v
协同促进直接脱硫(DDS)和加氢路径(HYD)；3）反应后层间距从11.1 Å收缩至10.3 Å，ab initio热力学分析表明吸附H原子通过降低表面自由能实现热力学稳定。

结论与意义
该研究开创性地利用H₂
分子动态调控催化剂结构，实现三重突破：1）突破基面惰性限制，通过2H→1T相变激活平面活性；2）建立层间距-压力定量关系，解决质量传递瓶颈；3）阐明Co掺杂稳定1T相的电子效应。提出的"相变-间距-电子"三元协同机制（图6），为设计高温高压稳定的高效HDS催化剂提供了新范式，对实现超低硫燃料生产具有重要工业价值。