Niedrigbeladenen Edelmetall Katalysatoren wurden für die Herstellung von CH4 und CO mittels der Hydrierung von CO2 untersucht. Struktur-Reaktivität Beziehungen und Reaktionswege wurden anhand in-situ und ex-situ Charakterisierungen vorgeschlagen. Die CO2 Methaniesierung wurde an Ru/TiO2 und Ru/ZrO2 Katalysatoren recherchiert. Der Umsatzgrad des CO2 auf einen sol-gel synthetisierten 0.9 wt.% Ru/TiO2 Katalysator (100 % CH4 Selektivität) übertraf die Leistung eines Ru/TiO2 Katalysators mit geringer Sauerstoff Defektzahl und gleichen Ru Beladung, der durch konventionelle Imprägnierung hergestellt wurde. Zusätzlich wurden für dieselbe Reaktion Ru/ZrO2 und MgO modifizierte Ru/ZrO2 Katalysatoren verwendet, die durch Nassimprägnierung mit ca. 0.4 wt.% Ru hergestellt wurden. Der Katalysator mit einer größeren Menge an Sauerstoff Defekten (O-Defekten) mit 2.6 wt.% MgO zeigte wieder die höchste CH4 Reaktionsgeschwindigkeit. Gemäß in-situ Spektroskopien ist der Anstieg der CH4 Erzeugung auf die geförderte Destabilisierung der Zwischenprodukte (Formiat/Carbonyl) durch Elektronentransfer von O-Defekten zu aktiven Ru-Grenzflächenstellen zurückzuführen. Außerdem, obwohl mehrere Ru-CO Spezies identifiziert wurden, erwies sich nicht die gesamte Ru-CO Schicht als aktiv gegenüber CH4.
Für die Erzeugung von CO durch der umgekehrte Wasser-Gas-Shift Reaktion (RWGS) wurden Au/ZrO2 und Au/TiO2 Katalysatoren mit Au < 0.1 wt.% erforscht. Die Unterschiede zwischen den intrinsischen Aktivitäten wurden mit den verschiedenen elektronischen Wechselwirkungen an der Metall-Träger Grenze verbunden. Solche Interaktionen sind im Fall des höchstens defektives Au/TiO2 Katalysators stärker ausgeprägt worden. In-situ Charakterisierung Techniken bewiesen, dass sowohl Hydroxycarbonyl (HOCO) als auch Formiat Spezies Zwischenprodukte für CO-Entwicklung sind. Dennoch wird einen Aufstieg der Reaktionsgeschwindigkeit beobachtet, im Gegenteil zu CO2 Methaniesierung, wenn Formiat nicht als Primäres Zwischenproduckt gebildet wird.
The production of CH4 and CO via CO2 hydrogenation was studied on catalysts with low precious metal loading. Structure-reactivity relationships and reaction pathways were proposed according to in-situ and ex-situ characterization results. The CO2 methanation was investigated on Ru/TiO2 und Ru/ZrO2 catalysts. The conversion of CO2 on a sol-gel prepared 0.9 wt.% Ru/TiO2 catalyst (100 % CH4 selectivity) overcome that of another less oxygen defective Ru/TiO2 catalyst with the same Ru loading prepared via conventional impregnation. In addition, the same reaction was studied on Ru/ZrO2 and MgO modified Ru/ZrO2 catalysts prepared via wet impregnation with ca. 0.4 wt.% Ru. The catalyst with higher amount of oxygen vacancies (O-vacancies) with 2.6 wt.% MgO showed again the highest CH4 rate. The increase of the CH4 production is associated, according to in-situ spectroscopies, to the promoted destabilization of intermediates (format/carbonyl) by the electron transfer from O-vacancies to active interfacial Ru sites. Moreover, although several Ru-CO species were identified, not all the formed Ru-CO layer was found active to CH4.
The formation of CO via the reverse water gas shift reaction (RWGS) was studied on Au/ZrO2 and Au/TiO2 catalysts with < 0.1 wt.% Au. The differences in the intrinsic activities were associated to the distinct electronic interactions between the supported metal and the supporting matrix, being more pronounced in the case of the most active and defective Au/TiO2 catalyst. In-situ characterization techniques indicated that hydroxycarbonyl (HOCO) and formate are intermediates in the reaction. However, in contrast to CO2 methanation, an increase in the reaction rate can be observed when formate like species do not participate as the main intermediates.