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新突破！光參與的液固催化界面局域溫度實現精準測量
2022年08月01日 13:26:13
來源：化工儀器網 作者：羊舌木 點擊量：4133
暨南大學郭團教授團隊與朱明山教授團隊合作，提出一種高靈敏度光纖光梳熱測量技術，率先實現了對液-固界面催化反應產熱過程的納米尺度、實時、原位、精準測量。
【化工儀器網 項目成果】當今世界對于能源的需求越來越大，人類面臨傳統化石能源的短缺和溫室效應等環境氣候的破壞，因此綠色環保、可持續能源發展逐漸成為人類關注的主題。發展新能源是解決現在困境的必由之路。催化技術是提升新能源產能效率的關鍵，成為世界各國正向發展的核心科技。
光催化作為一種常見且操作簡單的技術手段，能夠有效地提高化學反應上的響應輸出，不僅在傳感檢測方面具有提高檢出靈敏度和檢出極限的作用，更是在能源利用和環境保護方面有著強大的應用潛力。
揭示催化物質在微觀表界面進行的物理與化學反應動力學過程與規律，是推動先進催化前沿基礎科學向能源、環境、生命等應用領域發展的關鍵。然而，在催化反應往往伴隨著熱量的產生與釋放，嚴重干擾了催化反應的本征動力學過程和平衡，如何發展原位、快速、精準的催化表界面的熱測量技術和工具。
目前，催化產熱測量手段主要包括熒光光譜技術、表面拉曼增強光譜技術、熱電偶技術以及紅外成像技術等。而這些技術在進一步提升催化熱測量的空間分辨率方面遇到瓶頸，更無法解決液-固界面催化過程中液體介質熱量吸收導致的熱量快速衰減的難題。因此，迫切需要發展全新的催化熱檢測原理和方法，實現高空間分辨率、快速、原位的熱測量。
暨南大學郭團教授團隊與朱明山教授團隊合作，提出一種高靈敏度光纖光梳熱測量技術，率先實現了對液-固界面催化反應產熱過程的納米尺度、實時、原位、精準測量。他們研發了一種大角度傾斜光纖光柵，通過在光柵表面均勻納米鍍膜與精密偏振控制，獲得高靈敏、窄線寬共振光梳激發。這一細如發絲的光纖傳感器即可附著于催化材料表面、也可嵌入其內部。
該款光線傳感器提供兩個功能，一是可作為電極提供/獲取電學信號，二是作為光學探針原位讀取其表面催化材料產生的熱量，獲得液-固催化界面的熱量測量精度0.1℃、空間分辨率100nm、時間分辨率為0.1秒。并且該光纖傳感器還提供了多光譜模式檢測功能，用于消除催化過程中環境溫度變化對催化界面溫度的干擾。
該研究開辟了一種全新的準確測量液—固界面催化劑表面溫度的方法，建立了催化劑表面溫度與光電化學催化活性之間的有效關系。這彌補了液—固反應界面溫度測量的空白，開啟了催化反應表面溫度測量的新篇章，同時也為為揭示催化和表界面的物理與化學基本規律和開發熱監測方式提供了方法支撐。
相關研究以《基于光纖原位監測光電催化反應中的納米尺度的快速溫度變化》為題發表于《光：科學與應用》(Light：Science & Application)。
(資料來源：中國科學報)
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