Mechanistic investigation of CO2 activation via reverse water gas shift reaction on Rh,Pt and Ag based catalysts

In the last decades the extensive use of fossil fuels is causing an increment in CO2 concentration in the atmosphere [1, 2]. Due to this, being CO2 a greenhouse gas, the average Earth temperature is increasing [3]. Thus, the implementation of carbon dioxide capture and conversion systems is considered a valuable solution, avoiding CO2 emission in the atmosphere and using CO2 as source of C1 building block to produce fundamental chemicals for the industry (e.g., syngas). In this context, CO2 hydrogenation reactions are of great interest. Among them, Reverse Water Gas Shift plays a crucial role both because allows to convert CO2 to CO, and because it is an intermediate step in the conversion of CO2 to other chemical species, such as methanol and methane. In this work, the mechanistic investigation of the Reverse Water Gas Shift reaction on 4% Pt/Al2O3 and 4% Rh/Al2O3 is made. The use of several characterization techniques, in-situ IR spectroscopy and extensive kinetic tests leads to a clearer understanding of the reaction mechanism, of the CO2 activation and of their eventual dependence on the catalyst active metal. Moreover, a preliminary study of 4% Ag/Al2O3 is performed to assess its activity in converting CO2 via RWGS and study its characteristics, paving the way for more extensive investigation in the future.

Negli ultimi decenni l’utilizzo estensivo di combustibili fossili ha provocato un incremento delal concentrazione di CO2 nell’atmosfera [1, 2]. Essendo l’anidride carbonica un gas serra, questo sta causando un aumento della temperatura media terrestre [3]. Pertanto, l’implementazione di sistemi di cattura e conversione di CO2 è considerata una potenziale soluzione, evitando l’emissione di CO2 in atmosfera, utilizzandola come fonte di C1 building block per la produzione di intermedi fondamentali per l’industria (e.g., syngas). In questo contesto, le reazioni di idrogenazione di CO2 sono di grande interesse. Fra esse, la reazione di Reverse Water Gas Shift ricopre un ruolo cruciale sia perchè consente di convertire CO2 in CO, sia perchè è uno step intermedio nella conversione di CO2 in altrespecie chimiche, come metanolo e metano. In questo lavoro è condotta un’investigazione meccanicistica della reazione di Reverse Water Gas Shift su 4% Pt/Al2O3 e 4% Rh/Al2O3. L’uso di diverse tecniche di caratterizzazione, spettroscopia in-situ IR e estensivi test cinetici consentono una più chiara comprensione del meccanismo di reazione, dell’attivazione della CO2 e della loro eventuale dipendenza dal metallo attivo impiegato come parte del catalizzatore studiato. Inoltre, uno studio preliminare su 4% Ag/Al2O3 è condotto in modo da valutare la sua attività nella reazione di RWGS e studiare le sue caratteristiche, aprendo la strada per una sua indagine più ampia in futuro.