非均相催化剂高通量表征的技术现状与展望

翁力

南方科技大学

摘要

催化过程与化学反应过程联系紧密，催化性能受到反应条件如温度、压力的影响较大。要实现高通量的催化特性表征，必须模拟催化反应过程的相应条件，原位表征催化剂表面的价位与晶相的变化规律。通过精准控制的微流体结构可以系统整合反应过程和催化材料，实现部分催化特性的大数据表征研究。对于工业应用的催化材料的研究与开发，还需要更为精密和更加符合实际应用条件的过程模拟，因此需要更为复杂的专用高通量测试平台。集成整合并行实验、自动控制、信息处理等技术，创建材料研发的生产流水线，加速研发进程，提高研发效率，提升研发质量，可以大大缩短催化材料实验室研发到工业应用的研发进程。充分考虑新能源技术开发过程中的不同工艺参数，对海量的材料组分和配方进行合成筛选，从而高效地完成流程的改进和新工艺的选择。多个或多种反应器系统还可进行平行组合，进一步提高研究及操控的效率和灵活性。可应用于石油化工、煤化工、天然气化工、环境保护、生物质转化等领域。

在高通量技术近十年突飞猛进的今天, 特别是要取得原始性的技术创新. 因此需要开展交叉学科导向性基础研究, 围绕能源领域的清洁转型需求，选择有关的科技前沿领域去寻找新的科学技术知识, 帮助形成新构思去开发高通量制备新原理与新方法. （1）在对已有的催化体系和催化剂优化的同时, 如何高效研制开发新筛选检测技术, 诸如原位反应器设计和检测器的选择, 是组合催化研究的主导思想, 对此的深刻理解和运用将增强实验室的创新能力.（2）深入研究先进的检测（高能物理）与大数据统计方法。结合现代光谱、色谱/质谱、核磁实验手段，利用光纤光栅技术一次性对所有反应点同时进行检测, 开发精准可控的流动与温度/压力反应条件得到可信检测结果, 满足高通量筛选的要求。（3）通过先进的表征手段与机理研究明确催化剂的作用机制，在离子液体、纳米分子筛等新兴催化材料、光催化与电催化、催化蒸馏和膜催化等反应工程以克服吉布斯热力学瓶颈、绿色化学和烷烃反应等领域, 开展导向性基础研究, 以迎接技术竞争的挑战。

DOI: 10.12110/firstfmge.20171121.220