Las reacciones químicas suelen ir acompañadas de efectos térmicos, lo que inevitablemente provoca cambios de temperatura en el sistema de reacción. Por lo tanto, la temperatura es un parámetro importante en las reacciones, que puede afectar la termodinámica química y la cinética de la reacción.

La medición precisa de la temperatura cerca o en los sitios activos dentro de una sola partícula de catalizador durante la catálisis es importante para establecer el mecanismo de reacción y desarrollar la cinética de reacción microscópica.

Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el Prof. Ye Mao y el Prof. Liu Zhongmin del Instituto Dalian de Física Química (DICP) de la Academia China de Ciencias (CAS) ha desarrollado una técnica tridimensional con resolución espaciotemporal para medir la temperatura. distribución dentro de una única partícula industrial de catalizador de zeolita.

Este estudio fue publicado en el Journal of the American Chemical Society .

El tamaño de las partículas de catalizador de zeolita utilizadas en procesos industriales típicos es generalmente de decenas a cientos de micrones. Sin embargo, los termopares y las imágenes térmicas infrarrojas que se utilizan actualmente solo pueden medir la temperatura de la superficie del catalizador y la resolución espacial está en milímetros.

Para resolver este problema, los investigadores desarrollaron una técnica de obtención de imágenes con una resolución espacial de 800 nm, realizando la medición dinámica de la distribución espaciotemporal tridimensional de la temperatura dentro de la partícula del catalizador de zeolita industrial durante las reacciones de metanol a olefinas (MTO).

Desarrollaron esta técnica de imágenes microscópicas confocales de conversión ascendente implantando el nanotermómetro de conversión ascendente con resistencia a altas temperaturas en partículas de catalizador de zeolita industrial utilizando un chip de microfluidos.

Además, los investigadores desarrollaron técnicas de obtención de imágenes multimodales, es decir, fluorescencia confocal y microscopía infrarroja confocal, e investigaron los efectos del contenido de zeolita y el tamaño de las partículas en la distribución espaciotemporal de la temperatura dentro de las partículas del catalizador. Revelaron la utilización de sitios activos y la evolución de los intermedios de reacción durante las reacciones MTO afectadas por una distribución heterogénea de temperatura.

"Esta técnica proporciona un nuevo camino para comprender la transferencia de calor en partículas de catalizador hacia el diseño racional y la optimización de catalizadores y catálisis industriales", afirmó el profesor Ye.

Más información: Yu Tian et al, Heterogeneidad espaciotemporal de la temperatura y la activación catalítica dentro de partículas catalizadoras individuales, Revista de la Sociedad Química Estadounidense (2024). DOI:10.1021/jacs.3c14305

Proporcionado por la Academia China de Ciencias