反应器系统允许实时可视化化学反应[视频]

热图像序列显示放热的表面反应前沿在催化剂上移动。

EPFL的研究人员开发了一种反应器系统和一种分析方法，使他们首次可以实时观察到由CO2和H2产生的合成天然气。

红外（IR）热成像技术可在不干扰系统的情况下高精度地确定人体和物体的温度。用红外热像仪拍摄的单个图像可以一次捕获与数百至数百万个热电偶（温度传感器）相同的信息量。此外，现代的红外热像仪可以实现超过50 Hz的快速采集频率，从而可以高分辨率研究动态现象。

现在，EPFL的科学家设计了一种反应器，该反应器可以使用红外热成像技术来可视化动态表面反应，并将其与其他快速气体分析方法关联起来，以在快速变化的条件下全面了解反应。这项研究由安德烈亚斯·苏特尔（EPFL和Empa）实验室的Robin Mutschler和Emanuele Moioli领导，他们与米兰理工大学的研究人员合作。

科学家将他们的方法应用于二氧化碳和氢之间的催化表面反应，包括Sabatier反应，该反应可通过将大气中的CO2与水分解产生的H2结合来由可再生能源生产合成甲烷，从而实现可再生合成的合成。与化石燃料具有类似性质的燃料，这就是为什么萨巴蒂埃反应最近引起了很多关注。在Sabatier反应中需要催化剂以活化相对惰性的CO 2作为反应物。

特别地，EPFL研究人员专注于研究在不同的初始催化剂状态下反应活化过程中发生的动态反应现象。

Mutschler说：“氢化表面有利于催化剂的反应，而暴露于CO2会使催化剂中毒并抑制快速的反应活化。”

“借助这种新方法，我们可以可视化从未见过的新动态反应现象，” Moioli说。

在他们的工作中，他们首次展示了催化剂的工作原理，并对进料气体组成的变化以及在其活化过程中从不同的初始状态起的变化做出了实时响应。通过他们的结果，现在可以更好地理解反应的启动和活化行为，并且可以导致优化的反应器和催化剂设计，以改善这些在动态条件下运行的反应器系统的性能。

这是至关重要的，因为可再生能源通常随机地提供能量和反应物，因此将可再生能源转化为燃料的反应堆必须适合于在某些情况下在动态条件下工作。

参考：“成像催化：“通过红外热成像技术对CO2加氢反应动力学进行操作研究”，Robin Mutschler，Emanuele Moioli，Kun Zhao，Loris Lombardo，Emad Oveisi，Alessandro Porta，Leonardo Falbo，Carlo Giorgio Visconti，Luca Lietti和AndreasZüttel，2019年12月11日， ACS催化.DOI：
10.1021 / acscatal.9b04475

其他贡献者：恩帕材料科技

资金：瑞士国家科学基金会（SNSF）