原位紅外等離子體漫反射

等離子體催化，作為一種前景廣闊的低溫高效催化技術，正成為CO?轉化、污染治理甚至合成氨等領域的研究熱點。然而，傳統(tǒng)的表征技術往往只能捕捉反應的“靜態(tài)快照”，無法實時追蹤催化劑表面物種的動態(tài)變化?！暗入x子體與催化劑如何實現(xiàn)‘1+1>2’的協(xié)同增效？反應過程中催化劑表面物種如何動態(tài)演化？” 這兩大核心問題，長期以來困擾著研究人員。

原位紅外等離子體漫反射技術（In-situ Plasma DRIFTS）的出現(xiàn)，為我們提供了一個獨特的“分子鏡頭”，它能在等離子體活化與反應進行的同時，利用原位紅外光譜實時監(jiān)測催化劑表面物種變化，能夠實時捕捉等離子體催化過程中的每一個關鍵瞬間。

產(chǎn)品特點

1、高靈敏度： 

可檢測催化劑表面微量、瞬態(tài)的活性中間物種，不遺漏關鍵反應細節(jié)。

2、實時動態(tài)監(jiān)測： 

像“錄像”一樣全程記錄表面物種“出現(xiàn)—增長—消失”的完整動態(tài)過程，突破傳統(tǒng)“拍照”式靜態(tài)分析的局限。

3、協(xié)同機理揭示： 

核心技術價值所在，為“等離子體-催化劑”之間“1+1＞2”的協(xié)同效應提供直接實驗證據(jù)，助力理性催化劑設計。

4、低溫觀測優(yōu)勢： 

特別適用于傳統(tǒng)高溫條件下難以捕捉的表面反應過程，拓展了研究邊界。

核心反應池-等離子體漫反射池

產(chǎn)品參數(shù)：

設計溫度：500℃或常溫可選；

設計壓力：常壓；

產(chǎn)品材質：不銹鋼316+陶瓷；

光照窗片：石英；

紅外窗片：CaF2*2；

電極設計：中心高壓電極、環(huán)形電極；

氣路設置：設置進出氣口，可通入氣氛。

應用領域

原位紅外等離子體漫反射最主要、最前沿的應用領域是“等離子體催化”方向 ，特別是在以下反應中：

1. 溫室氣體轉化與利用（Carbon Capture and Utilization, CCU）

當前最熱門的應用領域。目標是將CO?和CH?這兩種主要的溫室氣體轉化為有價值的燃料或化學品。

反應： 二氧化碳加氫（CO? Hydrogenation） 和 甲烷干重整（Dry Reforming of Methane, DRM: CO? + CH? → 2CO + 2H?）

研究內(nèi)容：

· 探測反應中間體： 等離子體活化會產(chǎn)生哪些關鍵中間物種。例如，在CO?加氫中，可以直接觀測到催化劑表面甲酸鹽（formate, HCOO?）、碳酸鹽（carbonate, CO?2?）、一氧化碳（CO） 等物種的形成和消耗動力學過程。

· 揭示等離子體與催化劑的協(xié)同效應： 等離子體產(chǎn)生的活性粒子如何與催化劑表面相互作用，是等離子體先活化氣體，再在催化劑表面反應；還是等離子體改變了催化劑表面狀態(tài)，使其更易活化。通過DRIFTS可以直觀看到催化劑表面吸附位點的變化。

· 優(yōu)化催化劑和等離子體參數(shù)： 通過比較不同催化劑（如Ni、Co、Pt基催化劑）在等離子體下的表面物種，篩選出活性最高、最穩(wěn)定的催化劑。

2. 揮發(fā)性有機物（VOCs）的低溫催化氧化

工業(yè)廢氣中的VOCs傳統(tǒng)上需要在高溫下才能被催化氧化去除，能耗高。等離子體催化可以在接近室溫下實現(xiàn)高效降解。

反應： 甲苯、甲醛、丙酮等VOCs的氧化分解。

研究內(nèi)容：

· 追蹤降解路徑： 觀察VOCs分子在催化劑表面是如何被等離子體產(chǎn)生的活性氧物種（如O?, ·OH, O?）一步步分解的?？赡軙z測到部分氧化產(chǎn)物（如醛類、羧酸類）的積累，這有助于避免有毒副產(chǎn)物的生成。

· 研究催化劑抗積碳能力： 反應不完全可能導致碳煙（soot）或積碳（coke）覆蓋催化劑活性位點。DRIFTS可以靈敏地檢測到催化劑表面C-H和C=C鍵的形成，直觀評估催化劑的失活過程并指導抗積碳催化劑的開發(fā)。

3. 氮氧化物（NOx）的去除

例如用于柴油車尾氣處理的低溫等離子體催化系統(tǒng)。

反應： NO的氧化、SCR（選擇性催化還原）反應。

研究內(nèi)容：

· 識別吸附物種： 觀察NO、NH?等反應物在催化劑表面的吸附形態(tài)（如橋式硝酸鹽、螯合式硝酸鹽、亞硝酸鹽等）。

· 闡明反應機理： 研究等離子體如何促進“快速SCR”反應路徑，通過檢測關鍵中間體來驗證“Langmuir-Hinshelwood”或“Eley-Rideal”等反應機理。

4. 氮氣固定合成氨（N? Fixation）

傳統(tǒng)的哈伯-博斯法合成氨需要高溫高壓。等離子體催化為溫和條件下的合成氨提供了新路徑。

研究內(nèi)容：

· 探測關鍵步驟： N≡N三鍵的斷裂是合成氨的決速步。DRIFTS可用于尋找等離子體環(huán)境中在催化劑表面形成的氮氫中間體（如N?H?），這對于理解等離子體如何活化惰性的N?分子至關重要。

總結

原位紅外等離子體漫反射技術通過實時、動態(tài)監(jiān)測催化劑表面物種演變，為揭示等離子體催化反應機理、優(yōu)化催化劑與工藝參數(shù)提供了強大工具，顯著推動了低溫等離子體催化技術在能源與環(huán)境領域的應用發(fā)展。