The present thesis contributes to a better understanding of one of the most promising catalysts for the oxidative coupling of methane (OCM) reaction, i.e., MnOx-Na2WO4/SiO2. Oxygen species involved in selective and unselective pathways were investigated using O2 and N2O as the oxidants. The maximized selectivity to the desired products was demonstrated using N2O-OCM feed in the presence of H2O. Spatially resolved and steady-state kinetic analyses combined with oxygen isotopic exchange tests were used to identify the activity-defining descriptor over M2WO4/SiO2 (M=Na, K, Rb, or Cs). The activity and selectivity of lattice and adsorbed oxygen species over M2WO4/SiO2 and MnOx-M2WO4/SiO2 (M=Na, K, Rb, or Cs) were investigated by pulse experiments with isotopic tracers at ambient pressure and in high vacuum. The effects of alkali metal for both bi- and trimetallic compositions on activity and selectivity were established. Steady-state isotopic transient kinetic analysis was instrumental in elucidating the role of MnOx. The results of this work could be used as a basis for further theoretical calculations that will provide further insight into active species/sites/phases.
Diese Arbeit trägt zu einem besseren Verständnis eines der vielversprechendsten Katalysatoren für die oxidative Kopplung von Methan (OCM) bei, nämlich MnOx-Na2WO4/SiO2. Unter Verwendung von O2 und N2O als Oxidationsmittel wurden Sauerstoffspezies untersucht, die an selektiven und unselektiven Wegen beteiligt sind. Die beste Selektivität der gewünschten Produkte wurden bei der Verwendung von N2O-OCM in Gegenwart von H2O nachgewiesen. Räumlich aufgelöste und stationäre kinetische Experimente in Verbindung mit Sauerstoffisotopenaustausch-Tests wurden verwendet, um den aktivitätsbestimmenden Deskriptor über M2WO4/SiO2 (M=Na, K, Rb oder Cs) zu identifizieren. Die Aktivität und Selektivität von Gitter- und adsorbierten Sauerstoffspezies über M2WO4/SiO2 und MnOx-M2WO4/SiO2 (M=Na, K, Rb oder Cs) wurden durch Pulsexperimente mit Isotopentracern bei Umgebungsdruck und in Hochvakuum untersucht. Der Einfluss des Alkalimetalls auf Aktivität und Selektivität für bi- und trimetallische Zusammensetzungen wurden ermittelt. Eine stationäre isotopische transiente kinetische Analyse trug zur Klärung der Rolle von MnOx bei. Die Ergebnisse dieser Arbeit könnten als Basis für weitere theoretische Berechnungen dienen, die ein besseres Verständnis der aktiven Spezies/Stellen/Phasen ermöglichen.