Morphologie‐optimierte hochaktive und ‐stabile Ru/TiO₂‐Katalysatoren für die selektive CO‐Methanisierung

Abstract

Ru/TiO 2 -Katalysatoren sind sehr aktiv fürd ie selektive Methanisierung von CO in CO 2 -u nd H 2 -reichen Reformat-Gasmischungen, werden aber während der Reaktion leichtd eaktiviert. Diese Einschränkung kann mithilfe hochaktiver und nicht deaktiviert werdender Ru/TiO 2 -Katalysatoren über die gezielte Optimierung der Morphologie des TiO 2 -Trägers überwunden werden. Anhand von hauptsächlicha us {001}-, {100}-oder {101}-facettierten Nanokristalliten bestehenden Trägern kçnnen wir zeigen, dass nache iner anfänglichen Aktivierungsperiode Ru/TiO 2 -{100}-und Ru/TiO 2 -{101}-Katalysatoren sehr stabil sind, während Ru/TiO 2 -{001} kontinuierlich deaktiviert wird. Mittels Operando/In-situ-Spektroskopie sowie Ex-situ-Charakterisierungsmethoden zeigen wir, dass dies auf Unterschiede in den Träger-Metall-Wechselwirkungen (MSIs) zurückzuführen ist. Die stärkeren MSIs auf den defektreichen TiO 2 -{100}-und TiO 2 -{101}-Trägern stabilisieren nichtn ur flache Ru-Nanopartikel, im Unterschied zu den hemisphärischen Partikeln auf TiO 2 -{001}, sondern führen auchz ue iner elektronischen Modifikation der Ru-Oberflächenatome,d ie wiederum in einer stärkeren Bindung von adsorbiertem CO auf diesen Katalysatoren resultiert. Abbildung 1. Repräsentative TEM-Aufnahmen von frisch präparierten Anatas-TiO 2 -Nanokristalliten:a )TiO 2 -{001}, b) TiO 2 -{100}, c) TiO 2 -{101}. d, e, f) Gitterebenen der TiO 2 -NCs in hochaufgelçsten TEM-Abbildungen. Zusätzliche TEM-Aufnahmen von TiO 2 -Nanokristalliten sind in AbbildungS3g ezeigt. Abbildung 2. a) Zeitliche Entwicklung der Ru-massebezogenen Reaktionsgeschwindigkeit sowie b) Steady-State-Reaktionsgeschwindigkeiten (schraffiert) und dazugehçrige Turnover-Frequenzen (TOFs, grau) in SR-ref-6000-Gasmischung bei 190 8 8C.