Le reazioni chimiche sono solitamente accompagnate da effetti termici, che inevitabilmente comportano variazioni di temperatura nel sistema di reazione. Pertanto, la temperatura è un parametro importante nelle reazioni, che può influenzare la termodinamica chimica e la cinetica di reazione.
La misurazione precisa della temperatura vicino o nei siti attivi all'interno di una singola particella catalitica durante la catalisi è importante per stabilire il meccanismo di reazione e sviluppare la cinetica di reazione microscopica.
Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Ye Mao e dal Prof. Liu Zhongmin del Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) dell'Accademia cinese delle Scienze (CAS) ha sviluppato una tecnica tridimensionale con risoluzione spazio-temporale per la misurazione della temperatura distribuzione all'interno di una singola particella di zeolite-catalizzatore industriale.
Questo studio è stato pubblicato nel Journal of American Chemical Society .
La dimensione delle particelle di catalizzatore di zeolite utilizzate nei tipici processi industriali è generalmente di decine o centinaia di micron. Tuttavia, le termocoppie attualmente utilizzate e l'imaging termico a infrarossi possono misurare solo la temperatura superficiale del catalizzatore e la risoluzione spaziale è in millimetri.
Per risolvere questo problema, i ricercatori hanno sviluppato una tecnica di imaging con una risoluzione spaziale di 800 nm, realizzando la misurazione dinamica della distribuzione spaziotemporale tridimensionale della temperatura all'interno della particella catalitica di zeolite industriale durante le reazioni da metanolo a olefine (MTO).
Hanno sviluppato questa tecnica di imaging microscopico confocale di conversione verso l'alto impiantando il nanotermometro di conversione verso l'alto con resistenza alle alte temperature in particelle di catalizzatore di zeolite industriale utilizzando un chip microfluidico.
Inoltre, i ricercatori hanno sviluppato tecniche di imaging multimodale, ovvero fluorescenza confocale e microscopia a infrarossi confocale, e hanno studiato gli effetti del contenuto di zeolite e delle dimensioni delle particelle sulla distribuzione spaziotemporale della temperatura all'interno delle particelle del catalizzatore. Hanno rivelato l'utilizzo di siti attivi e l'evoluzione degli intermedi di reazione durante le reazioni MTO influenzate dalla distribuzione eterogenea della temperatura.
"Questa tecnica fornisce un nuovo percorso per comprendere il trasferimento di calore nelle particelle catalitiche verso la progettazione razionale e l'ottimizzazione dei catalizzatori industriali e della catalisi", ha affermato il prof. Ye.
Ulteriori informazioni: Yu Tian et al, Eterogeneità spaziotemporale della temperatura e dell'attivazione catalitica all'interno delle singole particelle catalitiche, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI:10.1021/jacs.3c14305
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
