Understanding surface structures of In2O3 catalysts during CO2 hydrogenation reaction using time-resolved IR, XPS with in situ treatment, and DFT calculations

X射线光电子能谱 结合能 密度泛函理论 催化作用 化学 氧气 原位 动能 甲醇 物理化学 光化学 计算化学 化学工程 有机化学 原子物理学 工程类 物理 量子力学
作者
Yuchen Wang,Liang Zhu,Yang Liu,Evgeny I. Vovk,Junyu Lang,Zixuan Zhou,Peng Gao,Shenggang Li,Yong Yang
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:631: 157534-157534 被引量:35
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2023.157534
摘要

The In2O3 catalyst has been shown to have a high activity for CO2 hydrogenation to methanol. For this high pressure process, reliable spectral assignment of surface species formed by interaction with CO2, H2O, and other major reaction ingredients, is the key step to achieve mechanistic understanding. In this study, in situ IR and XPS are performed to investigate the O1s binding energies of the adsorbates induced by CO2 and H2O treatments along with density functional theory (DFT) simulations to further correlate the calibrated assignments with surface structures. Time resolved IR indicates that carbonates formation induced by CO2 exposure replaces the original hydroxyl on In2O3, and XPS further reveals that these two oxygen species have very similar binding energies (532.0 ± 0.2 eV). Computational results using the In2O3(1 1 0) and (1 1 1) slab models give good agreement with the XPS experiments, further suggesting that the amount of oxygen vacancy concentration does not induce new lattice oxygen O1s binding energy, but resulting in a slight shift to a higher binding energy instead. Our results provide useful structure information for the In2O3 catalyst surface and shed light for further investigations into its kinetic behavior under methanol synthesis condition.
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