1. rastrear los intermediarios de la reacción en tiempo real y revelar la ruta de la reacción

Las reacciones catalíticas suelen implicar la generación y transformación de intermediarios en varios pasos, y los análisis tradicionales fuera de línea son difíciles de capturar estas especies transitorias. Los espectros de absorción in situ (como los ultravioleta - visibles (uv - vis), infrarrojos (ir) o raman) pueden detectar in situ cambios en la absorción de luz o la señal de vibración del sistema de reacción, identificando directamente la presencia de intermediarios. Por ejemplo, en la reacción de reducción de CO2 fotocatalítica, el espectro ultravioleta - vis in situ puede monitorear los picos de absorción característicos de intermediarios clave como cooh, co, y en combinación con el cálculo de la teoría funcional de densidad (dft), se puede aclarar la ruta de transformación gradual de la reacción de CO2 a co, evitando la descomposición intermedia o el juicio erróneo causado por el muestreo fuera de línea.

2. localizar los sitios activos y optimizar el diseño del catalizador

La tecnología de espectrometría in situ puede combinar la capacidad de resolución espacial (como el microgramo) para localizar los sitios activos en diferentes regiones de la superficie del catalizador. Por ejemplo, en los catalizadores de nanopartículas metálicas, la espectrometría Raman mejorada en la superficie in situ (sers) puede mostrar diferencias en la intensidad de adsorción y la selectividad del producto de los reactivos en superficies cristalinas específicas (como au (111 +) y, por lo tanto, guiar la regulación morfológica del catalizador (como la síntesis de nanopartículas en superficies cristalinas expuestas específicas) para mejorar La actividad. Además, la espectrometría de absorción de rayos X in situ (xas) puede analizar los cambios en el Estado de Valencia de los metales y revelar la evolución dinámica de los sitios activos en el ciclo redox.

3. cuantificar la dinámica de reacción y guiar la optimización del proceso

Al monitorear continuamente los cambios de las señales espectrales con el tiempo, el espectro de absorción in situ puede obtener parámetros dinámicos como la constante de velocidad de reacción y la frecuencia de conversión. Por ejemplo, en las reacciones catalíticas enzimáticas, el espectro UV - vis in situ puede rastrear la curva de consumo de sustrato y generación de productos, combinado con el ajuste de la ecuación de michelle, aclarando la constante de unión enzima - sustrato (km) y la tasa máxima de reacción (vmax), proporcionando una base para la optimización de las condiciones de reacción (como ph, temperatura).

4. combinación de múltiples tecnologías para romper las limitaciones de un solo método

Los espectros de absorción in situ se utilizan a menudo en combinación con espectrometría de masas, cromatografía o técnicas electroquímicas para lograr un análisis de asociación multidimensional "espectral - Composición - rendimiento". Por ejemplo, en la reducción electrocatalítica de co2, la espectrometría infrarroja in situ, combinada con la cromatografía de gases en línea, puede monitorear simultáneamente la generación de intermediarios de reacción (como * cooh) y productos gaseosos (como co, h⁻ y construir un modelo completo de red de reacción.

Conclusión: el espectro de absorción in situ se ha convertido en el "ojo" de la investigación del mecanismo catalítico con tiempo real, no destructivo y alta sensibilidad, promoviendo el desarrollo del diseño racional del catalizador y la regulación precisa del proceso de reacción, y proporcionando un apoyo clave para el avance de la química verde y la tecnología de conversión de energía.