Fe₂O₃の還元的失活抑制：CO₂水素化のためのIn─O─Feモチーフ形成

科学分野:

• 触媒作用
• 材料科学
• 表面化学

背景:

• 水素リッチ環境下では、遷移金属酸化物は過剰還元され、触媒失活を引き起こす可能性があります。
• 鉄酸化物（Fe₂O₃）は、逆水性ガスシフト（RWGS）反応中にFe₃O₄に変換され、触媒性能を低下させます。

研究 の 目的:

• 避けられない還元にもかかわらず触媒機能の維持戦略を開発すること。
• RWGS反応によるCO₂水素化の触媒の安定性とCO収率を向上させること。

主な方法:

• In₂O₃/Fe₃O₄界面を形成するためのFe₂O₃上へのインジウム（In）のin situ酸化。
• 作動触媒構造を特徴付けるためのオペランドおよび反応後分析。
• 触媒界面における電子構造と軌道混成の調査。

主要な成果:

• In₂O₃/Fe₃O₄界面は、sp-sp軌道混成によりギ酸分解を促進し、C-O結合を弱めます。
• この界面モチーフは、Fe₂O₃と比較してCO収率をほぼ2倍向上させます。
• 修飾触媒は450℃で顕著な耐久性を示し、活性低下は6%に過ぎませんが、未修飾のFe₃O₄では62%でした。

結論:

• 界面モチーフ戦略は、遷移金属酸化物の還元定常状態において触媒機能を再構築することができます。
• このアプローチは、耐久性のあるCO₂水素化触媒への簡潔なルートを提供します。
• In-O-Feモチーフは、バルク安定化法と比較して優れた性能と安定性を提供します。