Liquid hydrocarbon fuels play an essential part in the global energy chain, owing to their high energy density and easy transportability. Olefins play a similar role in the production of consumer goods. In a post-oil society, fuel and olefin production will rely on alternative carbon sources, such as biomass, coal, natural gas, and CO(2). The methanol-to-hydrocarbons (MTH) process is a key step in such routes, and can be tuned into production of gasoline-rich (methanol to gasoline; MTG) or olefin-rich (methanol to olefins; MTO) product mixtures by proper choice of catalyst and reaction conditions. This Review presents several commercial MTH projects that have recently been realized, and also fundamental research into the synthesis of microporous materials for the targeted variation of selectivity and lifetime of the catalysts.

It is suggested that there may be several effects contributing to the special catalytic properties of supported nanosized gold particles, and that it is useful to order them in a hierarchy. The most important effect is related to the availability of many low-coordinated gold atoms on the small particles. Effects related to the interaction with the support may also contribute, but to a considerably smaller extent. We base the analysis on a new set of experimental results comparing the CO oxidation rates over gold supported on different reducible and nonreducible oxides, on an analysis of a large number of published activity data, and on an analysis of density-functional calculations of the effect of metal coordination numbers in comparison to the role of charge transfer, layer thickness, and interactions with the support.

Au is usually viewed as an inert metal, but surprisingly it has been found that Au nanoparticles less than 3–5 nm in diameter are catalytically active for several chemical reactions. We discuss the origin of this effect, focusing on the way in which the chemical activity of Au may change with particle size. We find that the fraction of low-coordinated Au atoms scales approximately with the catalytic activity, suggesting that atoms on the corners and edges of Au nanoparticles are the active sites. This effect is explained using density functional calculations.

For the first time, the standard and fast selective catalytic reduction (SCR) of NO by NH3 are described in a complete catalytic cycle that is able to produce the correct stoichiometry while allowing adsorption and desorption of stable molecules only. The standard SCR reaction is a coupling of the activation of NO by O2 with the fast SCR reaction, enabled by the release of NO2. According to the scheme, the SCR reaction can be divided into an oxidation of the catalyst by NO + O2 and a reduction by NO + NH3; these steps together constitute a complete catalytic cycle. Furthermore, both NO and NH3 are required in the reduction, and finally, oxidation by NO + O2 or NO2 leads to the same state of the catalyst. These points are shown experimentally for a Cu-CHA catalyst by combining in situ X-ray absorption spectroscopy (XAS), electron paramagnetic resonance (EPR), and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). A consequence of the reaction scheme is that all intermediates in fast SCR are also part of the standard SCR cycle. The activation energy calculated by density functional theory (DFT) indicates that the oxidation of an NO molecule by O2 to a bidentate nitrate ligand is rate-determining for standard SCR. Finally, the role of a nitrate/nitrite equilibrium and the possible influence of Cu dimers and Brønsted sites are discussed, and an explanation is offered as to how a catalyst can be effective for SCR while being a poor catalyst for NO oxidation to NO2.

The catalytic oxidation of carbon monoxide (CO) on a platinum (111) surface was studied by scanning tunneling microscopy. The adsorbed oxygen atoms and CO molecules were imaged with atomic resolution, and their reactions to carbon dioxide (CO2) were monitored as functions of time. The results allowed the formulation of a rate law that takes the distribution of the reactants in separate domains into account. From temperature-dependent measurements, the kinetic parameters were obtained. Their values agree well with data from macroscopic measurements. In this way, a kinetic description of a chemical reaction was achieved that is based solely on the statistics of the underlying atomic processes.

In this study, we demonstrate that phosphorus-modification of Pt/Al2O3 leads to sinter-stable catalysts with improved activity in the dehydrogenation of perhydro benzyltoluene, an attractive liquid organic hydrogen carrier. TEM images show that platinum nanoparticles are stabilized to a size below 1 nm by the P-modification procedure, while unmodified counterparts show considerable sintering after reduction at 600 °C. The modification procedure starts by a simple impregnation of Pt/Al2O3 with H3PO3, followed by a high temperature treatment above 550 °C. It is crucial to adjust the right P:Pt ratio to reach stabilization of all platinum nanoparticles and thereby high catalytic surface areas. In our dehydrogenation studies, a catalyst with the optimal molar P:Pt ratio of 1.8 shows a 18 % higher activity compared to the unmodified sample. Even after treating the catalyst at temperatures up to 900 °C, this activity boost remains. XPS and XRD measurements prove that Pt stays in its reduced elemental state, also after P-modification, which is essential for a good dehydrogenation activity. The phosphorus species act as an anchor for the Pt particles on the Al2O3 surface, reducing their mobility and preserving small nanoparticles.

This study addresses the impact of SO2 exposure on the catalytic performance of a Cu-chabazite based SCR catalyst, as used in diesel exhausts, to reduce the emission of NOx through...