Durch die Optimierung des Lichtwegdesigns und der Reaktionsumfeldsteuerung kann der Transmittionskatalysatorkristallstruktur in Echtzeit unter Licht verfolgt werden. Die Kerngeschichte lautet wie folgt:
1. Optimierung der Transparenz
Die Konstruktion des Reaktionspools mit hochdurchlässigen Materialien (z. B. Quartz oder spezifische Polymere) sorgt dafür, dass das einfallende Licht (z. B. UV-Licht, sichtbares Licht) ohne Verringerung auf die Katalysatoroberfläche eindringt. Die Konstruktion von Lichtfenstern muss Lichtdurchlässigkeit und chemische Inertität berücksichtigen, z. B. die Wahl eines bestimmten Filmmaterials als Lichtfenster, das sowohl der Korrosion der Reaktionsatmosphäre (wie Sauerstoff, Kohlendioxid) standhält als auch die Lichtstreuung minimiert. Gleichzeitig wird die Geometrie des Lichtweges optimiert, so dass die Lichtquelle in einem bestimmten Winkel eintritt, um zu vermeiden, dass reflektiertes Licht die Erfassung von Diffraktionssignalen stört.
Präzise Kontrolle der Reaktionsumgebung
Integrierte Module zur Regulierung von Temperatur, Druck und Atmosphäre simulieren reale katalytische Reaktionsbedingungen. Zum Beispiel wird eine hohe Temperaturumgebung (z. B. 200-800 °C) durch ein Heizsystem erreicht, das ein Gassteuerungssystem verwendet, um Reaktoren (z. B. Wasserdampf, Methanol) einzuführen und einen bestimmten Druck (z. B. Normaldruck oder Hochdruck) aufrechtzuerhalten. Der Reaktionspool muss eine schnelle Reaktionsfähigkeit aufweisen, um sicherzustellen, dass der Umfeldparameterschwankungsbereich kleiner ist als ±1 ° C, um zu vermeiden, dass transiente Veränderungen der Katalysatorkristallstruktur durch Temperaturgradiente verdeckt werden.
XRD-Signalaufnahme vor Ort
Die Reaktionsbahn wird mit einem Röntgendifferator gekoppelt, damit die Röntgenstrahlen die Katalysatorprobe direkt bestrahlen, nachdem sie das Lichtfenster durchdringen. Durch die Anpassung des Probenteischwinkels (z. B. θ-2θ-Verbindungsmodus) wird eine kontinuierliche Abtastung der Diffraktionsspitzen realisiert. Um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern, können leistungsstarke Röntgenquellen (z. B. rotierende Anodenziele) oder synchronisierte Strahlungslichtquellen verwendet werden und die Detektorposition optimiert werden, um schwache Diffraktionssignale zu erfassen. Für Nanokatalysatoren ist eine Synchronoanalyse der Korngröße und der Veränderungen der Porenstruktur in Kombination mit der Small Angle X-ray Scattering (SAXS)-Technologie erforderlich.
Dynamische Datenanalyse und Feedback
Verarbeitet die Diffraktionskarte in Echtzeit mit der Software, extrahiert Spitzenpunkte, Stärke, halbe Breite und andere Parameter, um die Evolution der Katalysatorkristallstruktur umzukehren. Zum Beispiel verfolgen Sie die Phasenverwandlung eines Eisenoxidkatalysators unter Licht (z. B. α-Fe2 O3 → γ-Fe2 O3) oder analysieren Sie die dynamische Rekonstruktion der oberflächenaktiven Stellen des Titanat-Katalysators. In Kombination mit maschinellen Lernalgorithmen können Struktur-Leistung-Assoziationsmodelle erstellt werden, die Katalysatordeaktivierungsmechanismen vorhersagen oder den Reaktionsweg optimieren.
Anwendungsfälle
In der photokatalytischen Zersetzungswasserforschung überwachen die transmittiblen Photokatalysatorbecken in Echtzeit die Kristallgitterspannung und die Sauerstoffleerbildung des Titandioxidkatalysators unter UV-Beleuchtung. Experimente zeigten, dass nach 10 Minuten Lichtbeleuchtung der Kristallbereich des Katalysators (001) um 0,2% zusammenschrumpft, was einer durch den fotoaktiven Trägerstrom induzierten Kristallrasterverzerrung entspricht, was eine wichtige strukturelle Grundlage für die Konstruktion eines effizienten Photokatalysators ist.