基于原位红外漫反射系统的CO₂加氢反应实时监测
更新时间：2026-01-14
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随着“双碳”目标的推进，二氧化碳(CO₂)资源化利用成为能源与环境领域的研究热点。其中，CO₂加氢反应可将温室气体转化为甲醇、甲烷或低碳烯烃等高附加值化学品，具有重要应用前景。然而，该反应路径复杂、中间体寿命短，传统离线分析手段难以捕捉瞬态物种与反应动态。为此，基于原位红外漫反射系统的实时监测技术应运而生，为深入理解反应机理提供了关键工具。
原位DRIFTS技术通过红外光照射催化剂表面，检测其对特定波长的吸收，从而识别吸附态物种与反应中间体。在CO₂加氢过程中，系统可在真实反应条件下(如高温、高压、流动气氛)连续采集光谱数据，无需中断反应或取样，实现毫秒至秒级的时间分辨监测。例如，在Cu/ZnO/Al₂O₃催化剂上，研究人员通过DRIFTS观察到碳酸氢盐(HCO₃⁻)、甲酸盐(HCOO⁻)及甲氧基(CH₃O⁻)等关键中间体的生成与转化顺序，揭示了甲醇合成的可能路径。
该技术的核心优势在于其“原位”与“无损”特性。一方面，催化剂在接近工业工况的环境中工作，所得数据更具实际指导意义；另一方面，红外信号对表面化学键高度敏感，能区分不同配位状态的吸附物种，有助于厘清活性位点与反应选择性的关联。此外，结合质谱(MS)或气相色谱(GC)联用，还可同步关联表面物种演变与气相产物生成，构建完整的反应网络。
近年来，随着高灵敏度探测器、快速扫描干涉仪及智能数据分析算法的发展，原位DRIFTS系统的时空分辨率和信噪比显著提升。这使得对低浓度中间体、弱吸附物种乃至单原子催化剂表面反应的追踪成为可能。
总之，基于原位红外漫反射系统的CO₂加氢反应实时监测，不仅深化了对催化机理的认知，也为新型高效催化剂的设计与工艺优化提供了科学依据。在未来碳中和技术体系中，此类原位表征手段将成为连接基础研究与工程应用的重要桥梁。
