title: Model Catalytic Studies of Liquid Organic Hydrogen Carriers: Dehydrogenation and Decomposition Mechanisms of Dodecahydro-N-ethylcarbazole on Pt(111).
abstract: Liquid organic hydrogen carriers (LOHC) are compounds that enable chemical energy storage through reversible hydrogenation. They are considered a promising technology to decouple energy production and consumption by combining high-energy densities with easy handling. A prominent LOHC isN-ethylcarbazole (NEC), which is reversibly hydrogenated to dodecahydro-N-ethylcarbazole (H12-NEC). We studied the reaction of H12-NEC on Pt(111) under ultrahigh vacuum (UHV) conditions by applying infrared reflection-absorption spectroscopy, synchrotron radiation-based high resolution X-ray photoelectron spectroscopy, and temperature-programmed molecular beam methods. We show that molecular adsorption of H12-NEC on Pt(111) occurs at temperatures between 173 and 223 K, followed by initial C-H bond activation in direct proximity to the N atom. As the first stable dehydrogenation product, we identify octahydro-N-ethylcarbazole (H8-NEC). Dehydrogenation to H8-NEC occurs slowly between 223 and 273 K and much faster above 273 K. Stepwise dehydrogenation to NEC proceeds while heating to 380 K. An undesired side reaction, C-N bond scission, was observed above 390 K. H8-NEC and H8-carbazole are the dominant products desorbing from the surface. Desorption occurs at higher temperatures than H8-NEC formation. We show that desorption and dehydrogenation activity are directly linked to the number of adsorption sites being blocked by reaction intermediates.
authors: Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik, and Erlangen Catalysis Resource Center, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 3, 91058 Erlangen, Germany.
authors: Max
authors: M
authors: Amende
authors: Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik, and Erlangen Catalysis Resource Center, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 3, 91058 Erlangen, Germany.
authors: Christoph
authors: C
authors: Gleichweit
authors: Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik, and Erlangen Catalysis Resource Center, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 3, 91058 Erlangen, Germany.
authors: Kristin
authors: K
authors: Werner
authors: Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik, and Erlangen Catalysis Resource Center, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 3, 91058 Erlangen, Germany.
authors: Stefan
authors: S
authors: Schernich
authors: Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik, and Erlangen Catalysis Resource Center, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 3, 91058 Erlangen, Germany.
authors: Wei
authors: W
authors: Zhao
authors: Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik, and Erlangen Catalysis Resource Center, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 3, 91058 Erlangen, Germany.
authors: Michael P A
authors: MP
authors: Lorenz
authors: Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik, and Erlangen Catalysis Resource Center, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 3, 91058 Erlangen, Germany.
authors: Oliver
authors: O
authors: Höfert
authors: Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik, and Erlangen Catalysis Resource Center, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 3, 91058 Erlangen, Germany.
authors: Christian
authors: C
authors: Papp
authors: Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik, and Erlangen Catalysis Resource Center, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 3, 91058 Erlangen, Germany.
authors: Marcus
authors: M
authors: Koch
authors: Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik, and Erlangen Catalysis Resource Center, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 3, 91058 Erlangen, Germany.
authors: Peter
authors: P
authors: Wasserscheid
authors: Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik, and Erlangen Catalysis Resource Center, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 3, 91058 Erlangen, Germany.
authors: Mathias
authors: M
authors: Laurin
authors: Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik, and Erlangen Catalysis Resource Center, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 3, 91058 Erlangen, Germany.
authors: Hans-Peter
authors: HP
authors: Steinrück
authors: Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik, and Erlangen Catalysis Resource Center, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Egerlandstrasse 3, 91058 Erlangen, Germany.
authors: Jörg
authors: J
authors: Libuda
keywords: infrared spectroscopy; liquid organic hydrogen carrier; mass spectrometry; model catalysis; molecular beams; photoelectron spectroscopy