人類活動產生的溫室氣體是二十世紀中期以來觀察到的氣候變化的最大影響因素。隨著人類活動排放的溫室氣體增加,這些溫室氣體在大氣中聚集,并導致氣候變暖,最終導致世界各地大氣、陸地,以及海洋中發生了很多其他的變化。其中,主要的長效溫室氣體是二氧化碳(CO2),它主要通過燃燒化石燃料(石油、天然氣和煤炭)、固體廢物和木制品排放。除了森林再生這種減少CO2的活動以外,工業領域的碳源循環,是解決能源危機和環境危機最具成效的方法之一。釋放的CO2可以通過催化加氫形成各種產物;然后,再作為燃料或化工原料使用。
甲醇,就是其中的一個工業產物,它主要通過銅基異相催化生產出來。銅基催化劑通常由Cu、ZnO和Al2O3組成。了解這三種成分的內在作用和協同作用,對提高銅基催化劑的性能有重要意義。曾有研究表明,Cu/ZnO/Al2O3 催化劑的活性位點由Zn原子修飾的Cu臺階組成。當Zn原子在H2還原預處理過程中結合到Cu顆粒表面時,形成了ZnCu合金。現已定量地證明,甲醇合成活性與Cu/ZnO催化劑上的Zn覆蓋率存在關系。并且越來越多的研究工作和出版物都將重點放在了Cu和ZnO的作用及其之間的協同作用上。總之,Al2O3的作用很少被提及。但作為結構助劑,Al2O3對ZnO的缺陷性質和還原性具有電子促進作用,還能增強Cu+的穩定性。
為了進一步了解Al2O3 和ZnO的促進作用,Chen等人(中國福建廈門大學)的研究小組在最近的一個項目中,使用原位FTIR反應監測技術和其他表面靈敏的分析技術對Cu/ Al2O3 和Cu/ZnO粉末晶體進行了研究。他們使用了一臺布魯克VERTEX 70v FT-IR真空光譜儀,配備自制的原位反應池,在室溫下和高溫下,以及在反應氣體中(3H2 + CO2 <–> CH3OH + H2O)實時監測催化劑表面的光譜變化。在得到了高靈敏度的原位FTIR光譜后,就可以量化地對比兩種催化劑關鍵中間體(雙齒碳酸鹽和甲酸鹽)以及最后的甲氧基物質的形成。由于CO2是一種反應氣體,因此,為了獲得可靠的量化結果,FTIR光譜中不應該有實驗室空氣的大氣貢獻。所以,布魯克真空FTIR光譜儀是一個必選項,它可以將整個紅外光路抽真空至0.2 mbar,而且完全不會出現大氣擾動。此外,真空光譜儀不僅是將大氣氣體作為離析物或產物進行原位反應監測的成功要素,它在各種FTIR實驗中,都具有相當高的穩定性、長時間的光譜重現性和檢測靈敏度,是研究實驗室值得信賴的伙伴。
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