光催化CO2還原機理研究中的光源選擇

時間：2023-08-29作者：北京泊菲萊科技有限公司瀏覽：97

現(xiàn)階段光催化CO2還原研究中存在的主要科學問題之一是缺乏大量反應機理研究，還原產物的選擇性難于調控[1, 2]。

光催化CO2還原反應涉及多種反應路徑和復雜的中間體[3]。因此，反應機理研究有助于對光催化CO2還原復雜的反應動力學問題的深入理解，也有助于合理設計高活性和高選擇性的光催化劑[4]。

目前光催化CO2還原反應機理研究主要通過原位表征技術確定反應中間體和催化活性中心[4]，主要涉及的原位表征技術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池主要由三個窗口組成，其中兩個窗口的材質為ZnSe或KBr，用于紅外光的入射和反射；*三個窗口材質為SiO2，用于光輸入，結構如圖1所示。

圖1. 原位紅外漫反射反應池示意圖

為了真實還原反應過程，原位紅外光譜測試使用光源的光譜和光強盡量與活性評價所使用的光源一致，一般采用氙燈光源。

然而，氙燈光源的燈箱體積比較大，不易在狹小空間內移動，致使在進行原位紅外測試時，空間受限嚴重。泊菲萊科技在Microsolar300 氙燈光源的基礎上新增PLS-300 光纖組件，可將光通過光纖改變方向后射入反應池體。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)

具體使用場景示意圖如圖2所示。

除此之外，為了滿足高強度均勻光的實驗需求，泊菲萊科技還開發(fā)設計了PLS-FX300HU高均勻性一體式氙燈光源，在光纖出口增加調焦鏡筒，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。調焦鏡筒亦可用于調節(jié)光斑大小，方形光斑尺寸10×10~50×50 mm2連續(xù)可調，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A級太陽模擬器要求，是光電催化研究的**氙燈光源。

具體使用場景示意圖及客戶現(xiàn)場圖如圖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池使用場景示意圖

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池客戶現(xiàn)場圖[14]




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