研究人员“推进”减少碳排放

原位傅立叶变换红外（FTIR）反应监测技术用于基础催化剂开发

人类活动产生的温室气体是二十世纪中期以来观察到的气候变化的最大影响因素。随着人类活动排放的温室气体增加，这些温室气体在大气中聚集，并导致气候变暖，最终导致世界各地大气、陆地，以及海洋中发生了很多其他的变化。其中，主要的长效温室气体是二氧化碳（CO₂），它主要通过燃烧化石燃料（石油、天然气和煤炭）、固体废物和木制品排放。除了森林再生这种减少CO₂的活动以外，工业领域的碳源循环，是解决能源危机和环境危机最具成效的方法之一。释放的CO₂可以通过催化加氢形成各种产物；然后，再作为燃料或化工原料使用。

甲醇，就是其中的一个工业产物，它主要通过铜基异相催化生产出来。铜基催化剂通常由Cu、ZnO和Al₂O₃组成。了解这三种成分的内在作用和协同作用，对提高铜基催化剂的性能有重要意义。曾有研究表明，Cu/ZnO/Al₂O₃ 催化剂的活性位点由Zn原子修饰的Cu台阶组成。当Zn原子在H₂还原预处理过程中结合到Cu颗粒表面时，形成了ZnCu合金。现已定量地证明，甲醇合成活性与Cu/ZnO催化剂上的Zn覆盖率存在关系。并且越来越多的研究工作和出版物都将重点放在了Cu和ZnO的作用及其之间的协同作用上。总之，Al₂O₃的作用很少被提及。但作为结构助剂，Al₂O₃对ZnO的缺陷性质和还原性具有电子促进作用，还能增强Cu⁺的稳定性。

为了进一步了解Al₂O₃ 和ZnO的促进作用，Chen等人（中国福建厦门大学）的研究小组在最近的一个项目中，使用原位FTIR反应监测技术和其他表面灵敏的分析技术对Cu/ Al₂O₃ 和Cu/ZnO粉末晶体进行了研究。他们使用了一台布鲁克VERTEX 70v FT-IR真空光谱仪，配备自制的原位反应池，在室温下和高温下，以及在反应气体中（3H₂ + CO₂ <–>  CH₃OH + H₂O）实时监测催化剂表面的光谱变化。在得到了高灵敏度的原位FTIR光谱后，就可以量化地对比两种催化剂关键中间体（双齿碳酸盐和甲酸盐）以及最后的甲氧基物质的形成。由于CO₂是一种反应气体，因此，为了获得可靠的量化结果，FTIR光谱中不应该有实验室空气的大气贡献。所以，布鲁克真空FTIR光谱仪是一个必选项，它可以将整个红外光路抽真空至0.2 mbar，而且完全不会出现大气扰动。此外，真空光谱仪不仅是将大气气体作为离析物或产物进行原位反应监测的成功要素，它在各种FTIR实验中，都具有相当高的稳定性、长时间的光谱重现性和检测灵敏度，是研究实验室值得信赖的伙伴。