Selective Conversion of CO 2 to Methanol on a In 2 O 3– x –TiO 2 (110) Interface: Importance of Oxide–Oxide Interactions

催化作用 材料科学 甲醇 覆盖层 氧化物 选择性 化学工程 X射线光电子能谱 无机化学 基质(水族馆) 一氧化碳 色散(光学) 解吸 多相催化 石墨烯 选择性还原 金属 催化剂载体 部分氧化
作者
Kasala Prabhakar Reddy,Anas Mahmud,Pedro J. Ramírez,Arephin Islam,Irene Barba-Nieto,Zahir Faruqi,Adrian Hunt,Iradwikanari Waluyo,James I. Rodriguez
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:18 (3): 5206-5216 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsami.5c20054
摘要

Methanol is a strategic energy vector for the storage and delivery of energy and is a widely used precursor for the synthesis of many high-value chemicals. The hydrogenation of carbon dioxide (CO2) into methanol is a key process in industrial operations. In this study, we show that an oxide-oxide interface generated by a low loading (0.15 ML) of In2O3-x on a TiO2(110) substrate has a high activity and selectivity as a catalyst for the CO2 + 3H2 → CH3OH + H2O process. The properties of the In2O3-x-TiO2 interface under reaction conditions were investigated using a combination of synchrotron-based ambient pressure X-ray photoelectron spectroscopy (AP-XPS), temperature-programmed desorption (TPD), and catalytic testing. The In2O3-x overlayer spread out on top of the titania and was rich in defects and O vacancies that activated CO2 and H2 as reactants, without destroying CH3O and CH3OH as reaction products. The In2O3-x/TiO2(110) catalyst is at least 1 order of magnitude more active than bulk indium oxide while maintaining a very high selectivity (∼80%) toward methanol production. Under the rich hydrogen environment of methanol synthesis, the oxide-oxide interactions allowed only a partial reduction of the In cations, preventing the formation of metal alloys as seen in the case of catalysts with metal-indium oxide interfaces. Thus, the dispersion of low loadings of In2O3-x on a stable oxide substrate is a valid and low-cost approach for generating efficient catalysts for CO2 valorization.
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