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提升CO?還原實驗的活性，你還可這樣做！

閱讀：839 發(fā)布時間：2022-6-16

PLC-GDHC I氣體擴散多相連續(xù)催化反應(yīng)平臺。

該設(shè)備新提出了一種氣體擴散層結(jié)構(gòu)的解決思路，可實現(xiàn)原料氣氛濃度時間和空間的分布管理，可改善光催化CO₂轉(zhuǎn)化到C2+產(chǎn)物的選擇性和轉(zhuǎn)化率。

PLC-GDHC I氣體擴散多相連續(xù)催化反應(yīng)平臺

通過光催化方式將CO₂轉(zhuǎn)化為有價值的化學品，是緩解全球變暖和能源供應(yīng)問題的有效策略之一，效仿太陽光合作用，人工光合過程要實現(xiàn)CO₂的高效轉(zhuǎn)化，關(guān)鍵在于光催化劑的設(shè)計和反應(yīng)體系的構(gòu)筑。研究者們在光催化劑設(shè)計和制備方面已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗，也取得了很多重要的成果，但對于反應(yīng)體系中CO₂轉(zhuǎn)化過程的了解還有待進一步深入研究。

對于光催化CO₂還原反應(yīng)，在非均相反應(yīng)^[1^]中，將光催化劑粉末分散在反應(yīng)溶液中，并將高純度CO₂氣體引入反應(yīng)體系以生成飽和CO₂溶液。這種反應(yīng)體系雖能實現(xiàn)反應(yīng)體系的宏觀流轉(zhuǎn)，但仍存在以下問題^[2^] ：

反應(yīng)體系通常比較復(fù)雜，包含光催化劑、溶劑、光敏劑（例如釕或鈷配合物等）、助催化劑和酸性或堿性犧牲劑等成分，所有含碳物質(zhì)都可能參與化學反應(yīng)，使產(chǎn)物檢測時可能無法明確真實原料轉(zhuǎn)化率；

CO₂在溶液中有限的溶解度或弱的CO₂吸附能力可能導(dǎo)致較低的光催化活性；

分離產(chǎn)物時，很難從混合體系中分離出低產(chǎn)率的液體產(chǎn)物，為檢測產(chǎn)物帶來較大難度。

與固-液體系相比，氣-固體系在光催化CO₂還原反應(yīng)方面更有前景，即CO₂的還原過程直接發(fā)生在氣-固界面上，CO₂和H₂O蒸氣的混合氣體直接與光催化劑接觸并參與整體反應(yīng)進程。

目前多相催化體系研究仍聚焦在材料改性和新材料研發(fā)上，產(chǎn)物主要是CH₄和CO等小分子氣體，由于現(xiàn)階段市面上很少有光催化氣-固非均相反應(yīng)裝置，使氣-固非均相體系下光催化CO₂還原反應(yīng)研究探索仍處于起步階段。受反應(yīng)裝置等反應(yīng)條件的限制，反應(yīng)活性遠不能滿足實際應(yīng)用的需求，能夠產(chǎn)生CH₃OH、C₂H₆、CH₃CHO、C₂H₅OH以及HCOOH等高附加值化工產(chǎn)品產(chǎn)物的反應(yīng)體系更是鮮少有報導(dǎo)。

泊菲萊科技提出一種氣體擴散層結(jié)構(gòu)的解決思路，并研發(fā)出PLC-GDHC I氣體擴散多相連續(xù)催化反應(yīng)平臺，可實現(xiàn)原料氣氛濃度時間和空間的分布管理，可改善光催化CO₂轉(zhuǎn)化到C2+產(chǎn)物的選擇性和轉(zhuǎn)化率。

PLC-GDHC I氣體擴散多相連續(xù)催化反應(yīng)平臺分為四大模塊，分別為氣體擴散反應(yīng)器、氣體擴散循環(huán)器、一體式電動升降光源和模塊化功能臺。

PLC-GDHC I氣體擴散多相連續(xù)催化反應(yīng)平臺模塊

模塊特點

氣體擴散反應(yīng)器內(nèi)含可搭載光催化劑的多孔疏水氣體擴散層，可對原料氣氛進行擾流，使原料氣氛在與光催化劑接觸前氣流更加分散，進而實現(xiàn)氣-固非均相界面的充分接觸，同時，具有疏水特性的多孔氣體擴散層可以有效解決液態(tài)水遮蔽光催化劑活性位點、避免析氫反應(yīng)發(fā)生等問題，進而有效提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。

氣體擴散反應(yīng)器氣體循環(huán)示意圖

氣體擴散多相連續(xù)催化反應(yīng)平臺原理示意圖

氣體擴散循環(huán)器為原料氣氛提供循環(huán)動力，可將攜帶水汽的原料氣氛送達至搭載光催化劑的多孔疏水氣體擴散層參與氣-固非均相反應(yīng)，同時，氣體擴散循環(huán)器提供的外源動力也可將反應(yīng)產(chǎn)物及時從光催化劑界面脫附，使反應(yīng)活性位點重新暴露。氣體擴散循環(huán)器亦可將未能及時參與反應(yīng)的原料氣氛，再次送達至搭載光催化劑的多孔疏水氣體擴散層，再次參與氣-固非均相反應(yīng)，如此往復(fù)循環(huán)，使原料氣氛更充分參與反應(yīng)，提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，充分考慮微觀尺度下原料氣氛在反應(yīng)界面吸附-擴散-傳遞的有效性。

同一濃度標氣循環(huán)10 min后，連續(xù)四次進樣峰面積重復(fù)性

一體式電動升降光源為機身標配內(nèi)置白光大功率LED光源，光譜范圍400~800 nm，光源波段可更換、可調(diào)節(jié)、可定制。內(nèi)置在機身內(nèi)部可有效減少實驗室占地空間，無需反復(fù)搬運且過多線路外露，電動升降設(shè)計可精細調(diào)節(jié)光源輻照距離。