Räumliche Entwicklung von Koks in ZSM‐5‐Katalysatoren während der Umwandlung von Methanol in Kohlenwasserstoffe, aufgezeigt durch in‐situ‐Röntgen‐Photoelektronenspektroskopie

ZUSAMMENFASSUNG Neben der Untersuchung chemischer Reaktionswege ist das Verständnis der räumlichen Entwicklung von deaktivierenden Koksbildnern in Zeolithen von entscheidender Bedeutung für die Steigerung ihrer katalytischen Effizienz in Prozessen zur Herstellung von Chemikalien und Kraftstoffen. In dieser Studie liefern synchrotronbasierte In‐situ‐Röntgen‐Photoemissionsspektroskopie‐Experimente Einblicke in die Koksablagerung auf ZSM‐5‐Katalysatoren mit unterschiedlichem Si/Al‐Verhältnis während der Umwandlung von Methanol in Kohlenwasserstoffe, einer industriell relevanten Reaktion. Die oberflächensensitive C 1s‐Röntgen‐Photoemissionsspektroskopie mit einer Eindringtiefe von ≈ 1 nm zeigt, dass die weniger sauren ZSM‐5‐Zeolithe eine ausgeprägtere Koksansammlung an der Kristalloberfläche aufweisen und die Bildung hochverdichteter, graphitähnlicher Strukturen stärker begünstigen als die stärker sauren. Die Analyse der Verkokungskinetik, der Gitterverformung und der Kokszusammensetzung mittels Raman‐, In ‐situ‐Infrarot‐ und Operando‐UV‐Vis‐Spektroskopie untermauert zudem die verstärkte Oberflächenverkokung bei Katalysatoren mit geringer Säure und langsamer Deaktivierung sowie die ausgeprägtere Bildung von Mikroporenkoks bei Katalysatoren mit hoher Säure und schneller Deaktivierung. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Säureplatzdichte sowohl die Kinetik als auch die bevorzugte Anordnung des Kokses bestimmt, was Aufschluss über die grundlegenden nanoskaligen Prozesse gibt, die der kokinduzierten Deaktivierung von Zeolithkatalysatoren zugrunde liegen.