高分散硫化钼片层结构的可控合成及其加氢性能研究

Compared with bulk Molybdenum sulfide, single and few-layer MoS2 nanosheet materials demonstrate better performance, so the synthesis of layer controllable MoS2 materials becomes the current research hotspot. However, layer controllable MoS2 materials synthesized at present can not meet the demand of their applications. This research project aims at the synthesis of layer controllable MoS2 nanosheet material by controlling the crystallization kinetics with wet chemical method. The kinetic factors such as surfactants, structure directing agents, crystallization conditions, molybdenum precursors, solvent properties, reductants and so on affect the crystallization process, so the research was focused on the influence law between kinetic factors and the layer number and particle size, and using the pyrene as the model compound of heavy oil, the hydrogenation activity of model reaction on MoS2 materials with different layer numbers and sheet sizes need to be explored. Furthermore, to create more active sites of hydrogenation, modifying layer controllable MoS2 nanosheet material with Co or Ni promoters can be carried out by simultaneous crystallization with MoS2 or loading on the as-synthesized layer controllable MoS2 nanosheet material. The influences of promoters with different modification methods, particle sizes, loading amounts, promoter dispersions, and loading positions on the hydrogenation activity will be investigated. Qualitative and quantitative correlations of layer number, sheet size, promoters of MoS2 materials with the hydrogenation activity of model reaction of heavy oil can be revealed, and it will lay a solid foundation for real reaction of hydrogenation of heavy oil into clean fuel oil.

相比于块体MoS2材料，单层或少层纳米片具有更好的性能，因此层数可控的MoS2材料的制备成为目前研究的热点。然而目前层数可控的MoS2材料合成仍然不能满足其应用的要求。本项目拟采用湿化学法控制晶化过程动力学，制备层数可控的MoS2纳米片材料。研究表面活性剂、结构导向剂、晶化条件、钼源种类、溶剂性质、还原剂的种类等晶化过程动力学因素对合成MoS2纳米片的层数和尺寸的影响规律；探究不同层数和尺寸MoS2材料在芘做重质油模型化合物的加氢反应活性。进一步通过Co、Ni助剂在MoS2制备过程中共晶化或在预先制备的MoS2上负载创建更多加氢活性位得到助剂修饰的MoS2纳米片材料，以期进一步提高材料的加氢活性。考察助剂修饰方法、助剂尺寸、负载量、分散度及负载位置等对加氢反应活性的影响。揭示催化剂层数、尺寸、助剂与重质油加氢模型反应活性的定性定量关联，为真实重质油加氢制取清洁燃料油品反应打下良好的基础。

二硫化钼（MoS2）被广泛的用作炼油工业的催化剂，具有较高的催化加氢活性。MoS2材料的催化加氢活性与其结构特征息息相关。相比于块体MoS2，低堆积层数甚至单层MoS2纳米催化剂，暴露了大量的边面活性位，且具有更好的分散性。调控MoS2材料的片层结构可控合成高活性位暴露、高分散的加氢催化剂，从单原子层水平研究MoS2片层结构和探讨其催化加氢构效关系，可为重质油悬浮床加氢制清洁燃料工业化提供借鉴和认识，具有重要的科学意义和应用前景。本项目基于湿法化学合成全面优化探索了活性位暴露影响因素如层结构、尺寸、助剂修饰和中空结构等对其催化加氢性能的影响，加深对其催化加氢构效关系的理解；系统研究了合成过程晶化过程动力学影响因素对层结构、尺寸、分散性的影响，总结得到了高分散、高活性位暴露的MoS2催化剂制备的规律，有望为其它二维层状材料的合成提供理论指导和借鉴；设计了具有单壳和双层壳结构的高活性位暴露的MoS2材料，为构造新奇结构的高活性纳米MoS2催化剂提供了新的思路；阐明了助剂种类和添加量对加氢和脱硫性能的影响；探索了催化剂在真实组分重油悬浮床加氢反应中的性能。上述研究成果，对于加深MoS2活性位和分散性调控规律的认识以及建立高活性加氢催化剂可控合成的理论具有重要的理论指导价值。通过本项目的研究，已在国际 SCI 期刊发表相关学术论文2 篇，2篇正在投稿，另有3篇正在整理中，申请发明专利8项。培养博士研究生2名，作为辅助导师指导博士研究生2 名。培养青年人才1名。项目执行期间开展了广泛的国内外学术交流，项目负责人参加催化领域高端的学术会议两次，并作口头报告和墙报讲解，与到会学者积极交流。项目组主要成员还参加第十六届国际催化会议和先进无机材料发展研究生论坛，并作口头报告和墙报讲解。