Ученые из Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН показали, что современные тепловизоры можно использовать в качестве замены контактных методов температурной диагностики. Свои выводы исследователи представили в статье, опубликованной в журнале ChemPlusChem.

Катализаторы — это соединения, которые могут ускорять химические реакции, понижая их энергию. Эти вещества используются в большинстве технологических процессов и других сферах. Сегодня каталитические реакции контролируют с помощью температурных датчиков внутри реакторов. Но такой метод имеет свои ограничения: из-за, как правило, небольшого количества температурных детекторов в системе, он не позволяет получить полную картину распределения температур. Тогда как тепловизор может показать это, заменив собой сотни подобных детекторов в каталитическом слое.

Авторы нового исследования впервые показали, что чем выше температура каталитической реакции, тем больше активность катализатора. Ранее в экспериментах эту связь получить не удавалось и она принималась как априори верная. В новом исследовании химики подтвердили это, продемонстрировав свой метод синхронного использования матричного тепловизора ТКВр-ИФП/СВИТ и газоанализатора.

Газоанализатор регистрировал изменение концентрации угарного газа (CO) на выходе реактора в опытах по окислению этого соединения до углекислого газа. Для этого поток CO направляли на наночастицы золота в присутствии паров воды. Чем выше была температура реакции, тем меньше угарного газа появлялось в газоанализаторе.

Также ученые показали, что такой тепловизионный подход можно использовать и в исследовании сорбционных явлений.

Эти явления заключаются в избирательном поглощении каких-либо молекул материалом-сорбентом. Многие химические реакции начинаются именно с сорбции. Ученые выяснили, что чувствительность современного тепловизора настолько высока, что он может разглядеть еле заметные температурные колебания, начиная с первых мгновений контакта веществ. При этом новый метод позволяет измерять сразу несколько образцов.

По словам исследователей, высокая чувствительность современных матричных тепловизоров на уровне сотых долей градуса и их высокое быстродействие позволяют «увидеть», как в среде распространяются сложный и динамически изменяющийся профиль тепловых волн в слоях катализатора в реальном времени с разрешением в сотую долю секунды и даже выше.

Результаты таких исследований помогут лучше понять, как молекулы газа взаимодействуют с поверхностью реагентов при адсорбции и катализе. Других прямых способов извлечь подобную информацию сегодня не существует.