Aufklärung der CO2‐Hydrierung über In2O3‐Nanopartikeln mittels Operando UV/Vis‐ und Impedanzspektroskopie

• Published in: Angewandte Chemie 2022-09, Vol.134 (39), p.n/a
• Main Authors: Ziemba, Marc, Radtke, Mariusz, Schumacher, Leon, Hess, Christian
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: CO2-Aktivierung; In2O3; Operando-Spektroskopie; Reaktionsmechanismus; Reverse Wasser-Gas-Shift
• ISSN: 0044-8249; 1521-3757
• DOI: 10.1002/ange.202209388

Während sich In2O3 als vielversprechender Katalysator für die CO2‐Aktivierung erwiesen hat, fehlt bisher ein grundlegendes Verständnis seiner Funktionsweise bei der CO2‐Hydrierung, da die Anwendung der operando‐Schwingungsspektroskopie aufgrund von Absorptionseffekten eine Herausforderung darstellt. In dieser mechanistischen Studie untersuchen wir systematisch die Redox‐Prozesse im Zusammenhang mit der reversen Wassergas‐shift‐Reaktion (rWGSR) über In2O3‐Nanopartikeln, sowohl an der Oberfläche als auch in der Bulkstruktur. Basierend auf temperaturabhängigen operando‐UV/Vis‐Spektren und einem neuartigen operando‐Impedanz‐Ansatz für thermische Pulverkatalysatoren schlagen wir die Oxidation durch CO2 als den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt für die rWGSR vor. Die Ergebnisse stimmen mit Redox‐Prozessen überein, wobei wasserstoffhaltige Oberflächenspezies nachweislich eine fördernde Wirkung aufweisen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass für die Aktivität neben Oberflächenprozessen die Sauerstoff/Wasserstoff‐Dynamik wichtig ist, was nicht nur für In2O3, sondern auch für andere reduzierbare Oxidkatalysatoren von Bedeutung sein dürfte. CO2 activation over In2O3 nanoparticle catalysts is consistent with redox processes, including oxidation by CO2 as the rate‐determining step, whereby hydrogen‐containing surface species are shown to exhibit a promoting effect. Besides surface processes, subsurface/bulk dynamics is shown to be essential for the activity in reverse water gas‐shift reaction, as revealed by operando UV/Vis and impedance spectroscopies.