Anschlussprojekte | Sonderprojekte

Förderbeginn 01.01.2021

In2O3/Pd(111)-katalysierte CO2-Hydrierung: Beobachtung der in-situ Oberflächen Rekonstruktion

Prof. Dr. Barbara A. J. Lechner
Technische Universität München
Depatment Chemie

Dr. Monika Blum
Lawrence Berkeley National Laboratory
Advanced Light Source


Die Methanolsynthese durch CO2-Hydrierung ist eine attraktive Alternative zur traditionellen Produktion von Synthesegas, welche mit Umweltbelastungen und dadurch Erderwärmung einhergeht. Bis heute mangelt es an effizienten Katalysatoren für alternative Prozesse, aber Indiumoxid, In2O3, ist ein sehr vielversprechender Kandidat in Bezug auf Selektivität und Stabilität - zwei Schlüsselfaktoren, die normalerweise die Industrialisierung von CO2-Hydrierungsreaktionen verhindern. Der Einfluss des Trägersubstrats des In2O3 und die Wahl des Reaktionsmechanismus müssen jedoch noch grundlegender verstanden werden. Das vorliegende Projekt hat zum Ziel, die chemische und strukturelle Entwicklung und Dynamik an der In2O3/Pd(111)-Oberfläche und -Grenzfläche während der CO2-Hydrierung in situ zu untersuchen, indem Umgebungsdruck-Röntgenphotoelektronenspektroskopie (APXPS) und Umgebungsdruck-Rastertunnelmikroskopie (APSTM) kombiniert werden.

Abschlussbericht
Die Förderung durch BaCaTeC ermöglichte die gemeinsame Untersuchung von In2O3/Pd(111) Katalysatoren während der CO2 Hydrierung durch die beiden Forschungsgruppen von Prof. Barbara A. J. Lechner an der TU München und Dr. Moni Blum am Lawrence Berkeley National Lab. Die Methanolsynthese durch CO2-Hydrierung ist eine attraktive Alternative zur traditionellen Produktion von Synthesegas, welche mit Umweltbelastungen und dadurch Erderwärmung einhergeht. Bis heute mangelt es an effizienten Katalysatoren für alternative Prozesse, aber Indiumoxid, In2O3, ist ein sehr vielversprechender Kandidat in Bezug auf Selektivität und Stabilität.

In dem hier finanzierten Projekt wurde die chemische und strukturelle Entwicklung und Dynamik an der In2O3/Pd(111)-Oberfläche und -Grenzfläche während der CO2-Hydrierung beobachtet. Hierzu wurde die Expertise der beiden Gruppen in der Röntgenphotoelektronenspektroskopie und Rastertunnelmikroskopie unter Umgebungsdruck (APXPS und APSTM) kombiniert, was zu spannenden Resultaten geführt hat. Die Kombination der beiden Methoden hat es ermöglicht, ein In-Pd Mischoxid als die aktive Spezies zu identifizieren und gezeigt, dass die Katalysator Oberfläche einem dynamischen Gleichgewicht unterliegt.

Zusätzlich zum wissenschaftlichen Output, der zur Publikation vorbereitet wird, hat die BaCaTeC eine enge Zusammenarbeit der Lechner und Blum Gruppen ermöglicht. Im November 2022 hat Moni Blum das Labor in München besucht, wo die In2O3/Pd(111) Proben im APSTM untersucht wurden und im Juni sowie Dezember 2022 fuhren Nachwuchswissenschaftler der TUM nach Berkeley, um dort APXPS Messungen durchzuführen. Das BaCaTeC Funding hat somit maßgeblich zur Weiterbildung von Wissenschaftlern an beiden Standorten beigetragen. Weitere Projekte zwischen den beiden Gruppen sind in Vorbereitung, und auch eine längerfristige Zusammenarbeit ist im Gespräch, dank der Anstoßfinanzierung durch BaCaTeC.