通過光催化方式將CO2轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的化學(xué)品，是緩解變暖和能源供應(yīng)問題的有效策略之一，效仿太陽光合作用，人工光合過程要實(shí)現(xiàn)CO2的高效轉(zhuǎn)化，關(guān)鍵在于光催化劑的設(shè)計(jì)和反應(yīng)體系的構(gòu)筑。研究者們?cè)诠獯呋瘎┰O(shè)計(jì)和制備方面已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，也取得了很多重要的成果，但對(duì)于反應(yīng)體系中CO2轉(zhuǎn)化過程的了解還有待進(jìn)一步深入研究。
對(duì)于光催化CO2還原反應(yīng)，在非均相反應(yīng)中[1]，將光催化劑粉末分散在反應(yīng)溶液中，并將高純度CO2氣體引入反應(yīng)體系以生成飽和CO2溶液。這種反應(yīng)體系雖能實(shí)現(xiàn)反應(yīng)體系的宏觀流轉(zhuǎn)，但仍存在以下問題[ 2]：
（1）反應(yīng)體系通常比較復(fù)雜，包含光催化劑、溶劑、光敏劑（例如釕或鈷配合物等）、助催化劑和酸性或堿性犧牲劑等成分，所有含碳物質(zhì)都可能參與化學(xué)反應(yīng)，使產(chǎn)物檢測(cè)時(shí)可能無法明確真實(shí)原料轉(zhuǎn)化率；
（2）CO2在溶液中有限的溶解度或弱的CO2吸附能力可能導(dǎo)致較低的光催化活性；
（3）分離產(chǎn)物時(shí)，很難從混合體系中分離出低產(chǎn)率的液體產(chǎn)物，為檢測(cè)產(chǎn)物帶來較大難度。
與固-液體系相比，氣-固體系在光催化CO2還原反應(yīng)方面更有前景，即CO2的還原過程直接發(fā)生在氣-固界面上，CO2和H2O蒸氣的混合氣體直接與光催化劑接觸并參與整體反應(yīng)進(jìn)程。
目前多相催化體系研究仍聚焦在材料改性和新材料研發(fā)上，產(chǎn)物主要是CH4和CO等小分子氣體，由于現(xiàn)階段市面上很少有光催化氣-固非均相反應(yīng)裝置，使氣-固非均相體系下光催化CO2還原反應(yīng)研究探索仍處于起步階段。受反應(yīng)裝置等反應(yīng)條件的限制，反應(yīng)活性遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需求，能夠產(chǎn)生CH3OH、C2H6、CH3CHO、C2H5OH以及HCOOH等高附加值化工產(chǎn)品產(chǎn)物的反應(yīng)體系更是鮮少有報(bào)導(dǎo)。
泊菲萊科技提出一種氣體擴(kuò)散層結(jié)構(gòu)的解決思路，并研發(fā)出PLC-GDHC I氣體擴(kuò)散多相連續(xù)催化反應(yīng)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)原料氣氛濃度時(shí)間和空間的分布管理，可改善光催化CO2轉(zhuǎn)化到C2+產(chǎn)物的選擇性和轉(zhuǎn)化率。
PLC-GDHC I氣體擴(kuò)散多相連續(xù)催化反應(yīng)平臺(tái)分為四大模塊，分別為氣體擴(kuò)散反應(yīng)器、氣體擴(kuò)散循環(huán)器、一體式電動(dòng)升降光源和模塊化功能臺(tái)。
PLC-GDHC I氣體擴(kuò)散多相連續(xù)催化反應(yīng)平臺(tái)模塊和氣體擴(kuò)散反應(yīng)器氣體循環(huán)示意圖
模塊特點(diǎn)：
1. 氣體擴(kuò)散反應(yīng)器內(nèi)含可搭載光催化劑的多孔疏水氣體擴(kuò)散層，可對(duì)原料氣氛進(jìn)行擾流，使原料氣氛在與光催化劑接觸前氣流更加分散，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)氣-固非均相界面的充分接觸，同時(shí)，具有疏水特性的多孔氣體擴(kuò)散層可以有效解決液態(tài)水遮蔽光催化劑活性位點(diǎn)、避免析氫反應(yīng)發(fā)生等問題，進(jìn)而有效提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。
2. 氣體擴(kuò)散循環(huán)器為原料氣氛提供循環(huán)動(dòng)力，可將攜帶水汽的原料氣氛送達(dá)至搭載光催化劑的多孔疏水氣體擴(kuò)散層參與氣-固非均相反應(yīng)，同時(shí)，氣體擴(kuò)散循環(huán)器提供的外源動(dòng)力也可將反應(yīng)產(chǎn)物及時(shí)從光催化劑界面脫附，使反應(yīng)活性位點(diǎn)重新暴露。氣體擴(kuò)散循環(huán)器亦可將未能及時(shí)參與反應(yīng)的原料氣氛，再次送達(dá)至搭載光催化劑的多孔疏水氣體擴(kuò)散層，再次參與氣-固非均相反應(yīng)，如此往復(fù)循環(huán)，使原料氣氛更充分參與反應(yīng)，提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，充分考慮微觀尺度下原料氣氛在反應(yīng)界面吸附-擴(kuò)散-傳遞的有效性。
同一濃度標(biāo)氣循環(huán)10 min后，連續(xù)四次進(jìn)樣峰面積重復(fù)性
3. 一體式電動(dòng)升降光源為機(jī)身標(biāo)配內(nèi)置白光大功率LED光源，光譜范圍400~800 nm，光源波段可更換、可調(diào)節(jié)、可定制。內(nèi)置在機(jī)身內(nèi)部可有效減少實(shí)驗(yàn)室占地空間，無需反復(fù)搬運(yùn)且過多線路外露，電動(dòng)升降設(shè)計(jì)可精細(xì)調(diào)節(jié)光源輻照距離。
大功率LED光源光譜圖
4. 模塊化功能臺(tái)具有可拓展性，可選配加熱模塊、底照式光電模塊和溫度控制傳感模塊，搭配不同規(guī)格氣體擴(kuò)散反應(yīng)器以拓展不同的反應(yīng)體系類型。
產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：
應(yīng)用反應(yīng)類型：
光催化反應(yīng)：氣-固相CO2還原、合成氨、固氮、甲醛氧化、降解氣體污染物（如VOCs、甲醛、NOx和SOx等）
規(guī)格參數(shù)
1.M. Cokoja, C. Bruckmeier, B. Rieger, W.A. Herrmann, F.E. Kühn, Transformation of carbon dioxide with homogeneous transition-metal catalysts: a molecular solution to a global challenge?, Angew Chem. Int. Ed., 2011, 50 8510-8537.
2. Hai-Ning Wang, Yan-Hong Zou, Hong-Xu Sun, Yifa Chen , Shun-Li Lia, Ya-Qian Lan, Recent progress and perspectives in heterogeneous photocatalytic CO2 reduction through a solid-gas mode, Coordination Chemistry Reviews, 2021,438, 213906.
[1] M. Cokoja, C. Bruckmeier, B. Rieger, W.A. Herrmann, F.E. Kühn, Transformation of carbon dioxide with homogeneous transition-metal catalysts: a molecular solution to a global challenge?, Angew Chem. Int. Ed., 2011, 50 8510-8537.
[2] Hai-Ning Wang, Yan-Hong Zou, Hong-Xu Sun, Yifa Chen , Shun-Li Lia, Ya-Qian Lan, Recent progress and perspectives in heterogeneous photocatalytic CO2 reduction through a solid-gas mode, Coordination Chemistry Reviews, 2021,438, 213906.
