[发明专利]一种气相光催化机理研究的装置和方法

说明书

本发明提供一种气相光催化机理研究的装置，所述装置包括红外光谱仪、进气通路、出气通路和光照灯；所述红外近红外光谱仪包括用于承载催化剂和/或反应气体的样品池，所述进气通路的一端与原料反应气气路连通，所述进气通路的另一端与所述样品池气路连通；所述出气通路的一端与所述样品池气路连通；所述样品池上设有用于使得光照灯的光线通过的透明玻璃窗口。该装置及方法应用于二氧化碳还原、甲烷氧化、一氧化碳加氢、甲醇氧化等气相光催化反应中，能够对反应条件下的吸附物种和中间体进行原位动态跟踪，直观看出光照后中间物种的变化情况，通过谱图结果中峰的归属，能够给机理研究提供依据。

技术领域

本发明涉及一种机理研究的方法，特别是涉及一种气相光催化机理研究的装置和方法。

背景技术

近年来，二氧化碳的催化转化、甲烷氧化、一氧化碳加氢、甲醇氧化等研究引起了人们的广泛关注。在众多转化方法中，光催化还原能够利用自然界的太阳光实时直接转化，生成高附加值的化学品，且操作过程简单、无二次污染、稳定性好，因此具有较好的研究意义和发展前景。然而，目前对于上述反应的机理和过程研究还不深入，也没有达成统一明确的认识，且光催化过程较复杂，给机理研究增加了困难。

红外光谱技术是光催化研究中最常用和最有效的手段之一，它是分子吸收光谱中的一种，可以根据分子的特征震动和转动所导致的红外光吸收而进行定性或定量分析。当有红外光照射时，分子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的频率一样时，分子中的化学键或官能团会发生振动吸收，不同的化学键或官能团吸收频率是不同的，因此会处于红外光谱的不同位置，从光谱结果可获得分子中含有的化学键或官能团信息。由于红外光谱能够对催化剂自身以及催化剂表面吸附物种进行探测，常被用于多相催化研究中来分析催化剂的表面组成、活性位点等表面信息。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种气相光催化机理研究的装置和方法，用于解决现有技术中气相光催化机理研究不够透彻及研究方法不完善的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案获得的。

本发明公开了一种气相光催化机理研究的装置，所述装置包括红外光谱仪、进气通路、出气通路和光照灯；所述红外近红外光谱仪包括用于承载催化剂和/或反应气体的样品池，所述进气通路的一端与反应气体气路连通，所述进气通路的另一端与所述样品池气路连通；所述出气通路的一端与所述样品池气路连通；所述样品池上设有用于使得光照灯的光线通过的透明玻璃窗口。

优选地，所述装置还包括惰性气体通路，所述惰性气体通路与所述出气通路的气体连通。

优选地，所述惰性气体通路上设有开关阀。

优选地，所述惰性气体通路上设有流量计。

优选地，所述装置还包括水浴部件，所述样品池设于所述水浴部件提供的水浴环境中。

优选地，所述装置还包括加热部件，所述加热部件用于加热所述样品池。

优选地，所述装置还包括尾气吸收部件，所述出气通路的另一端与尾气吸收部件气体连通。所述尾气吸收部件用于吸收反应的尾气。

优选地，所述进气通路上设有开关阀。

优选地，所述进气通路上还设有流量计。

优选地，所述透明玻璃窗口上的窗片材质为氯化钠、溴化钾、氟化钡或硒化锌中的一种。

本发明还公开了一种气相光催化机理研究的方法，所述方法是采用如上述所述的装置，在光照灯的光照射和催化剂的催化条件下，通过红外光谱仪实时监测扫描反应池中反应气体在催化剂表面反应产生的反应产物的谱图。

优选地，所述红外光谱仪为漫反射红外光谱仪。

优选地，所述方法包括如下特征中的一种或多种：