Visualisering af kemiske reaktioner med infrarød termografi

Infrarød (IR) termografi bruges til at bestemme temperaturen på organismer og genstande med høj præcision uden at forstyrre systemet. Et enkelt billede taget med et IR-kamera kan fange den samme mængde information som hundreder til millioner af temperatursensorer på én gang. Derudover moderne IR-kameraer kan opnå hurtige optagelsesfrekvenser på over 50 Hz, som tillader undersøgelse af dynamiske fænomener med høj opløsning.

Nu, forskere ved EPFL har designet en reaktor, der kan bruge IR-termografi til at visualisere dynamiske overfladereaktioner og korrelere det med andre hurtige gasanalysemetoder for at opnå en holistisk forståelse af reaktionen under hurtigt skiftende forhold. Forskningen blev ledet af Robin Mutschler og Emanuele Moioli på laboratoriet hos Andreas Züttel (EPFL og Empa), og de samarbejdede med forskere ved det polytekniske universitet i Milano.

Forskerne anvendte deres metode til katalytiske overfladereaktioner mellem kuldioxid og brint, inklusive Sabatier-reaktionen, som kan bruges til at fremstille syntetisk metan fra vedvarende energi ved at kombinere CO ₂ fra atmosfæren og H2 fra vandspaltning, dermed muliggøre syntesen af ​​vedvarende syntetiske brændstoffer med egenskaber, der ligner deres fossile modstykker, hvorfor Sabatier-reaktionen har tiltrukket sig stor opmærksomhed på det seneste. En katalysator er påkrævet i Sabatier-reaktionen for at aktivere den relativt inerte CO ₂ som en reaktant.

Især fokuserede EPFL-forskerne på undersøgelsen af ​​dynamiske reaktionsfænomener, der opstår under reaktionsaktiveringen fra forskellige indledende katalysatortilstande.

"Reaktionen på katalysatoren begunstiges af en hydrogeneret overflade, mens en udsættelse for CO ₂ forgifter katalysatoren og hæmmer en hurtig reaktionsaktivering, " siger Mutschler.

"Takket være denne nye tilgang, vi kunne visualisere nye dynamiske reaktionsfænomener, der aldrig er observeret før, " siger Moioli.

I deres arbejde viste de, at katalysatoren virkede og reagerede på ændringerne i fødegassens sammensætning og under dens aktivering fra forskellige begyndelsestilstande i realtid for første gang. Ved hjælp af deres resultater, reaktionens opstart og aktiveringsadfærd er nu bedre forstået, og det kan føre til optimerede reaktor- og katalysatordesigns for at forbedre ydeevnen af ​​disse reaktorsystemer, der arbejder under dynamiske forhold.

Dette er afgørende, da vedvarende energi typisk leverer energi og reaktanter stokastisk, og derfor skal de reaktorer, der omdanner vedvarende energi til brændstoffer, tilpasses til at arbejde under dynamiske forhold under visse omstændigheder.