Les réactions chimiques s'accompagnent généralement d'effets thermiques, entraînant inévitablement des changements de température dans le système réactionnel. Par conséquent, la température est un paramètre important dans les réactions, qui peut affecter la thermodynamique chimique et la cinétique des réactions.

Une mesure précise de la température à proximité ou au niveau des sites actifs à l'intérieur d'une seule particule de catalyseur pendant la catalyse est importante pour établir le mécanisme de réaction et développer la cinétique de réaction microscopique.

Récemment, une équipe de recherche dirigée par le professeur Ye Mao et le professeur Liu Zhongmin de l'Institut de physique chimique de Dalian (DICP) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a développé une technique tridimensionnelle à résolution spatio-temporelle pour la mesure de la température. distribution à l'intérieur d'une seule particule de catalyseur zéolitique industriel.

Cette étude a été publiée dans le Journal of the American Chemical Society. .

La taille des particules de catalyseur zéolitique utilisées dans les processus industriels typiques est généralement de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de microns. Cependant, les thermocouples et l'imagerie thermique infrarouge actuellement utilisés ne peuvent mesurer que la température de surface du catalyseur, et la résolution spatiale est en millimètres.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont développé une technique d'imagerie avec une résolution spatiale de 800 nm, réalisant la mesure dynamique de la distribution spatio-temporelle tridimensionnelle de la température à l'intérieur de la particule de catalyseur zéolitique industriel lors des réactions méthanol-oléfines (MTO).

Ils ont développé cette technique d'imagerie microscopique confocale à conversion ascendante en implantant le nanothermomètre à conversion ascendante doté d'une résistance à haute température dans des particules de catalyseur zéolitique industriel à l'aide d'une puce microfluidique.

En outre, les chercheurs ont développé des techniques d’imagerie multimodales, c’est-à-dire la fluorescence confocale et la microscopie infrarouge confocale, et ont étudié les effets de la teneur en zéolite et de la taille des particules sur la distribution spatio-temporelle de la température à l’intérieur des particules de catalyseur. Ils ont révélé l'utilisation de sites actifs et l'évolution des intermédiaires réactionnels au cours des réactions MTO affectées par une distribution hétérogène de température.

"Cette technique ouvre une nouvelle voie pour comprendre le transfert de chaleur dans les particules de catalyseur vers la conception rationnelle et l'optimisation des catalyseurs industriels et de la catalyse", a déclaré le professeur Ye.

Plus d'informations : Yu Tian et al, Hétérogénéité spatio-temporelle de la température et de l'activation catalytique au sein de particules de catalyseur individuelles, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI : 10.1021/jacs.3c14305

Fourni par l'Académie chinoise des sciences