As reações químicas são geralmente acompanhadas por efeitos térmicos, resultando inevitavelmente em mudanças de temperatura no sistema reacional. Portanto, a temperatura é um parâmetro importante nas reações, que pode afetar a termodinâmica química e a cinética das reações.



A medição precisa da temperatura próxima ou em locais ativos dentro de uma única partícula de catalisador durante a catálise é importante para estabelecer o mecanismo de reação e desenvolver a cinética microscópica da reação.

Recentemente, uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Ye Mao e Prof. Liu Zhongmin do Instituto de Física Química de Dalian (DICP) da Academia Chinesa de Ciências (CAS) desenvolveu uma técnica tridimensional com resolução espaço-temporal para a medição de temperatura distribuição dentro de uma única partícula industrial de zeólito-catalisador.

Este estudo foi publicado no Journal of the American Chemical Society .

O tamanho das partículas de catalisador de zeólito utilizadas em processos industriais típicos é geralmente de dezenas a centenas de mícrons. No entanto, os termopares e imagens térmicas infravermelhas usados ​​​​atualmente só podem medir a temperatura da superfície do catalisador, e a resolução espacial é em milímetros.

Para resolver este problema, os pesquisadores desenvolveram uma técnica de imagem com resolução espacial de 800 nm, realizando a medição dinâmica da distribuição espaço-temporal tridimensional da temperatura dentro da partícula do catalisador de zeólita industrial durante as reações metanol-olefinas (MTO).

Eles desenvolveram esta técnica de imagem microscópica confocal de conversão ascendente, implantando o nanotermômetro de conversão ascendente com resistência a altas temperaturas em partículas de catalisador de zeólita industrial usando um chip microfluídico.

Além disso, os pesquisadores desenvolveram técnicas de imagem multimodais, ou seja, fluorescência confocal e microscopia infravermelha confocal, e investigaram os efeitos do conteúdo de zeólita e do tamanho das partículas na distribuição espaço-temporal da temperatura dentro das partículas do catalisador. Eles revelaram a utilização de sítios ativos e a evolução dos intermediários de reação durante as reações de MTO afetadas pela distribuição heterogênea de temperatura.

"Esta técnica fornece um novo caminho para compreender a transferência de calor nas partículas do catalisador em direção ao projeto racional e à otimização de catalisadores industriais e catálise", disse o Prof.

Mais informações: Yu Tian et al, Spatiotemporal Heterogeneity of Temperature and Catalytic Activation inside Individual Catalyst Particles, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI:10.1021/jacs.3c14305
Fornecido pela Academia Chinesa de Ciências