动态现场原位(operando)表征技术在多相催化反应中的应用与进展

动态现场原位(operando)表征是在接近过程工业反应条件下,揭示催化反应机理及工业催化剂结构演变的新兴动态结构解析技术。本文综述了operando表征技术在多相催化反应中的应用及发展趋势,从operando红外、operando拉曼、operando X射线衍射、operando穆斯堡尔谱、operando X射线吸收谱及operando X射线光电子能谱6个方面概述了operando技术的最新进展。此外,还介绍了正在兴起的operando联用技术,该技术综合多种operando技术为一体,能够在反应过程中对催化剂的结构全貌进行深度表征,实现工业催化剂的理性设计,将成为未来多相催化研究的重要手段。然而,目前operando技术的时间分辨率和空间分辨率仍需进一步提升,其巨大潜力依然有待开发。

Operando拉曼光谱技术在铁基费托合成和二氧化碳加氢反应中的应用

催化剂是多相催化反应的核心,由于催化反应的复杂性,人类对于催化剂活性相的认知十分有限。反应过程中催化剂构-效关系的构建对于理解催化反应过程和改进催化剂至关重要,动态现场原位(Operando)技术能实时监测催化剂结构演变并在线检测反应产物,促进工业催化剂的理性设计。本文首先介绍了催化反应和动态现场原位表征技术的发展历史,并结合近期的研究进展,描述了Operando拉曼技术在铁基费托合成(Fischer-Tropsch synthesis(FTS))和二氧化碳加氢两种典型催化反应中的应用,展示了不同预处理和前驱体条件下,催化剂的结构演变过程及构-效关系。然而,目前Operando技术的时间分辨率和空间分辨率仍需进一步提升,此外,Operando技术在固液,气液催化反应中仍具有巨大的开发潜力。