DOI: 10.1021/acs.est.2c04193

活性组分利用率高的脱硫剂对于高温下脱除煤气中的H2S具有重要意义。在此，本研究结合静电纺丝、原位水热生长和碳化技术制备了ZnxCo3-xO4/碳纳米纤维吸附剂。金属-有机骨架衍生ZnxCo3-xO4纳米颗粒均匀负载在静电纺丝碳纳米纤维（CNFs）上，其分散性较高。ZnxCo3-xO4/CNFs吸附剂具有最高的穿透硫容（12.4g S/100g吸附剂）和出色的活性组分利用率（83.2%）。ZnxCo3-xO4/CNF的优异性能可归因于CNFs载体上的分层结构和广泛分布的ZnxCo3-xO3的协同效应。Zn/Co-ZIFs的分解不仅生成了氧化物核，而且通过在CNFs表面形成碳网格，实现其物理隔离，避免了氧化物的聚集。此外，ZnxCo3-xO4/CNFs吸附剂比ZnO/CNFs吸附剂显示出压倒性的优势，这是由于引入了Co，从而促进了Zn在高温下的稳定性。Co的存在也会加速H2S在氧化物表面活性位点处的吸附。总体而言，本研究提出的方法有利于提高脱硫性能以及制备出活性组分利用率高的吸附剂。

图1.（a）ZnxCo3-xO4/CNF吸附剂的合成。（b,c）Zn/Co-ZIF/PAN和（d,e）ZnxCo3-xO4/CNFs复合材料的SEM图像。（f,g）ZnxCo3-xO4/CNFs吸附剂的TEM图像。（h）ZnxCo3-xO4的HRTEM图像，以及（i）对应于（g）中黄色方形区域的放大HRTEM图像和晶格条纹间距。（j）ZnxCo3-xO4/CNFs吸附剂的原子结构和（k）元素映射图解（黑色：C，灰色：Zn，蓝色：Co，红色：O）。

图2.（a）ZnxCo3-xO4/CNFs、Zn/Co-ZIF/PAN和Co9S8/ZnS/CNFs的宽XPS光谱。（b）ZnxCo3-xO4/CNFs吸附剂的Co2p高分辨XPS光谱。（c）Zn/Co-ZIF/PAN、ZnxCo3-xO4/CNFs和Co9S8/ZnS/CNFs的XRD光谱，以及相关标准JCPDS数据。（d）CNFs、ZnxCo3-xO4/CNFs和Co9S8/ZnS/CNFs的拉曼光谱。（e）Co9S8/ZnS/CNFs复合材料的S2p XPS光谱。（f）ZnxCo3-xO4/CNFs和Co9S8/ZnS/CNFs的N2吸附-解吸等温线及其结构参数。（g,h）Co9S8/ZnS/CNFs复合材料的SEM图，（i）元素映射，（j,k）TEM和（l）HRTEM图像。分别为（l）中标记方框1（m）和2（n）的HRTEM图像。

图3.（a）ZnxCo3-xO4/CNFs吸附剂的脱硫过程示意图。（b）吸附剂脱硫穿透曲线。（c）不同条件下制备的ZnxCo3-xO4/CNFs和ZnO/CNFs吸附剂的穿透能力和利用率。（d）将穿透能力和利用率与先前出版的文献进行比较。

图4.（a）H2O形成途径的势能曲线。（b）ZnCo2O4（ZnxCo3-xO4/CNFs）（220）表面上H2S过渡态和产物的结构。（c,d）在ZnCo2O4和ZnO的速率测定步骤中中间体内氧的PDOS光谱。（e,f）ZnCo2O4-H2S和ZnO-H2S的电荷分布（蓝色：电子增益，黄色：电子损耗）。