原位红外等离子体漫反射

等离子体催化，作为一种前景广阔的低温高效催化技术，正成为CO₂转化、污染治理甚至合成氨等领域的研究热点。然而，传统的表征技术往往只能捕捉反应的“静态快照”，无法实时追踪催化剂表面物种的动态变化。“等离子体与催化剂如何实现‘1+1>2’的协同增效？反应过程中催化剂表面物种如何动态演化？” 这两大核心问题，长期以来困扰着研究人员。

原位红外等离子体漫反射技术（In-situ Plasma DRIFTS）的出现，为我们提供了一个独特的“分子镜头”，它能在等离子体活化与反应进行的同时，利用原位红外光谱实时监测催化剂表面物种变化，能够实时捕捉等离子体催化过程中的每一个关键瞬间。

产品特点

1、高灵敏度： 

可检测催化剂表面微量、瞬态的活性中间物种，不遗漏关键反应细节。

2、实时动态监测： 

像“录像”一样全程记录表面物种“出现—增长—消失”的完整动态过程，突破传统“拍照”式静态分析的局限。

3、协同机理揭示： 

核心技术价值所在，为“等离子体-催化剂”之间“1+1＞2”的协同效应提供直接实验证据，助力理性催化剂设计。

4、低温观测优势： 

特别适用于传统高温条件下难以捕捉的表面反应过程，拓展了研究边界。

核心反应池-等离子体漫反射池

产品参数：

设计温度：500℃或常温可选；

设计压力：常压；

产品材质：不锈钢316+陶瓷；

光照窗片：石英；

红外窗片：CaF2*2；

电极设计：中心高压电极、环形电极；

气路设置：设置进出气口，可通入气氛。

应用领域

原位红外等离子体漫反射最主要、最前沿的应用领域是“等离子体催化”方向 ，特别是在以下反应中：

1. 温室气体转化与利用（Carbon Capture and Utilization, CCU）

当前最热门的应用领域。目标是將CO₂和CH₄这两种主要的温室气体转化为有价值的燃料或化学品。

反应： 二氧化碳加氢（CO₂ Hydrogenation） 和 甲烷干重整（Dry Reforming of Methane, DRM: CO₂ + CH₄ → 2CO + 2H₂）

研究内容：

· 探测反应中间体： 等离子体活化会产生哪些关键中间物种。例如，在CO₂加氢中，可以直接观测到催化剂表面甲酸盐（formate, HCOO⁻）、碳酸盐（carbonate, CO₃²⁻）、一氧化碳（CO） 等物种的形成和消耗动力学过程。

· 揭示等离子体与催化剂的协同效应： 等离子体产生的活性粒子如何与催化剂表面相互作用，是等离子体先活化气体，再在催化剂表面反应；还是等离子体改变了催化剂表面状态，使其更易活化。通过DRIFTS可以直观看到催化剂表面吸附位点的变化。

· 优化催化剂和等离子体参数： 通过比较不同催化剂（如Ni、Co、Pt基催化剂）在等离子体下的表面物种，筛选出活性最高、最稳定的催化剂。

2. 挥发性有机物（VOCs）的低温催化氧化

工业废气中的VOCs传统上需要在高温下才能被催化氧化去除，能耗高。等离子体催化可以在接近室温下实现高效降解。

反应： 甲苯、甲醛、丙酮等VOCs的氧化分解。

研究内容：

· 追踪降解路径： 观察VOCs分子在催化剂表面是如何被等离子体产生的活性氧物种（如O₃, ·OH, O⁻）一步步分解的。可能会检测到部分氧化产物（如醛类、羧酸类）的积累，这有助于避免有毒副产物的生成。

· 研究催化剂抗积碳能力： 反应不完全可能导致碳烟（soot）或积碳（coke）覆盖催化剂活性位点。DRIFTS可以灵敏地检测到催化剂表面C-H和C=C键的形成，直观评估催化剂的失活过程并指导抗积碳催化剂的开发。

3. 氮氧化物（NOx）的去除

例如用于柴油车尾气处理的低温等离子体催化系统。

反应： NO的氧化、SCR（选择性催化还原）反应。

研究内容：

· 识别吸附物种： 观察NO、NH₃等反应物在催化剂表面的吸附形态（如桥式硝酸盐、螯合式硝酸盐、亚硝酸盐等）。

· 阐明反应机理： 研究等离子体如何促进“快速SCR”反应路径，通过检测关键中间体来验证“Langmuir-Hinshelwood”或“Eley-Rideal”等反应机理。

4. 氮气固定合成氨（N₂ Fixation）

传统的哈伯-博斯法合成氨需要高温高压。等离子体催化为温和条件下的合成氨提供了新路径。

研究内容：

· 探测关键步骤： N≡N三键的断裂是合成氨的决速步。DRIFTS可用于寻找等离子体环境中在催化剂表面形成的氮氢中间体（如N₂Hₓ），这对于理解等离子体如何活化惰性的N₂分子至关重要。

总结

原位红外等离子体漫反射技术通过实时、动态监测催化剂表面物种演变，为揭示等离子体催化反应机理、优化催化剂与工艺参数提供了强大工具，显著推动了低温等离子体催化技术在能源与环境领域的应用发展。