光催化CO2還原機(jī)理研究中的光源選擇

時(shí)間：2023-08-29作者：北京泊菲萊科技有限公司瀏覽：104

現(xiàn)階段光催化CO2還原研究中存在的主要科學(xué)問(wèn)題之一是缺乏大量反應(yīng)機(jī)理研究，還原產(chǎn)物的選擇性難于調(diào)控[1, 2]。

光催化CO2還原反應(yīng)涉及多種反應(yīng)路徑和復(fù)雜的中間體[3]。因此，反應(yīng)機(jī)理研究有助于對(duì)光催化CO2還原復(fù)雜的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的深入理解，也有助于合理設(shè)計(jì)高活性和高選擇性的光催化劑[4]。

目前光催化CO2還原反應(yīng)機(jī)理研究主要通過(guò)原位表征技術(shù)確定反應(yīng)中間體和催化活性中心[4]，主要涉及的原位表征技術(shù)主要包括原位電子順磁共振（EPR）、原位漫反射紫外-可見光譜（UV-vis）和原位紅外光譜（DRIFTS）[5-7]，其中原位紅外光譜（DRIFTS）較為常見[8-13]。

原位紅外漫反射反應(yīng)池主要由三個(gè)窗口組成，其中兩個(gè)窗口的材質(zhì)為ZnSe或KBr，用于紅外光的入射和反射；*三個(gè)窗口材質(zhì)為SiO2，用于光輸入，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1. 原位紅外漫反射反應(yīng)池示意圖

為了真實(shí)還原反應(yīng)過(guò)程，原位紅外光譜測(cè)試使用光源的光譜和光強(qiáng)盡量與活性評(píng)價(jià)所使用的光源一致，一般采用氙燈光源。

然而，氙燈光源的燈箱體積比較大，不易在狹小空間內(nèi)移動(dòng)，致使在進(jìn)行原位紅外測(cè)試時(shí)，空間受限嚴(yán)重。泊菲萊科技在Microsolar300 氙燈光源的基礎(chǔ)上新增PLS-300 光纖組件，可將光通過(guò)光纖改變方向后射入反應(yīng)池體。輸出光斑尺寸合適，出光口光斑直徑5 mm；占用空間小，使用便捷。

石英光纖和液芯光纖兩種選型，具體參數(shù)見表1.

表1.光纖規(guī)格參數(shù)

具體使用場(chǎng)景示意圖如圖2所示。

除此之外，為了滿足高強(qiáng)度均勻光的實(shí)驗(yàn)需求，泊菲萊科技還開發(fā)設(shè)計(jì)了PLS-FX300HU高均勻性一體式氙燈光源，在光纖出口增加調(diào)焦鏡筒，用于匯聚光線以提高輸出光光功率密度，較大輸出光功率密度≥700 mW/cm2。調(diào)焦鏡筒亦可用于調(diào)節(jié)光斑大小，方形光斑尺寸10×10~50×50 mm2連續(xù)可調(diào)，使光斑完全覆蓋催化劑工作區(qū)域，其輸出光斑的均勻性高，可達(dá)A級(jí)太陽(yáng)模擬器要求，是光電催化研究的**氙燈光源。

具體使用場(chǎng)景示意圖及客戶現(xiàn)場(chǎng)圖如圖3、圖4。

圖3. PLS-FX300HU高均勻性一體式氙燈光源與原位紅外漫反射反應(yīng)池使用場(chǎng)景示意圖

圖4. PLS-FX300HU高均勻性一體式氙燈光源與原位紅外漫反射反應(yīng)池客戶現(xiàn)場(chǎng)圖[14]




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