Ученые Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН первыми продемонстрировали высокую эффективность тепловидения нового поколения для изучения каталитических реакций при комнатной температуре и для анализа быстропротекающих сорбционных процессов. Исследователи показали, что современный тепловизионный метод чувствителен к мельчайшим нюансам физико-химических превращений и способен заменить традиционные контактные методы температурной диагностики. Подробности опубликованы в научном обзоре
 
Обычно каталитические реакции контролируют с помощью температурных датчиков, размещенных внутри реактора. Однако у такого способа мониторинга есть недостатки: один из основных — ограниченность штучным числом термодетекторов, по показаниям которых получают информацию о химическом процессе. Современный тепловизор, по сути, выполняет функцию сотен подобных термодатчиков, распределенных вдоль слоя, где протекает каталитическая реакция. 
 
«Экспериментальным путем мы впервые достоверно показали, что чем выше температура каталитической реакции, тем выше активность катализатора. Ранее этот факт преимущественно признавали лишь априори очевидным. Связать эффективность реакции с ее температурой удалось благодаря синхронному применению  матричного тепловизора ТКВр-ИФП/СВИТ, разработанному нами в ИФП СО РАН, и газоанализатора. Последний регистрировал изменение концентрации угарного газа (CO) на выходе реактора в опытах по окислению СО на наночастицах золота в присутствии паров воды. Чем выше была температура реакции, тем меньше угарного газа появлялось в газоанализаторе, то есть тем лучше работал катализатор, помогая окислять ядовитый CO до сравнительно безопасного углекислого газа (CO2)», — объясняет руководитель научной группы, ведущий научный сотрудник ИФП СО РАН, профессор Новосибирского государственного университета, доктор физико-математических наук Борис Григорьевич Вайнер. 
 
«Фактически, эта работа явилась первой научно-обоснованной заявкой на то, что тепловидение нового поколения способно со временем заменить ряд классических методов контроля в катализе», — добавляет исследователь. 
 
Еще один феномен, который интересовал ученых — это адсорбция молекул газа на поверхности твердого тела, также вызывающая тепловой эффект. Химические реакции зачастую начинаются именно с адсорбции, а чувствительность современного тепловизора настолько высока, что он способен разглядеть еле заметные температурные колебания, начиная с первых мгновений соприкосновения веществ. При этом выигрышной стороной тепловидения является то, что не нужно каждый образец измерять по отдельности. 
 
«Мы провели показательный тепловизионный эксперимент, продемонстрировавший, как в смеси водяного пара, азота, кислорода и угарного газа изменяется температура сразу у нескольких органических и неорганических соединений одновременно. В том числе, у привычных бытовых рассыпчатых материалов: поваренной соли, горчичного порошка, манной крупы, сахарной пудры, порошка стрептоцида, гидроксида магния, золотого катализатора, нанесенного на поверхность оксида алюминия и самого оксида алюминия. Одна часть этих веществ оказалась совершенно индифферентна к вышеописанной газовой среде, однако другая проявила к ней высочайшую чувствительность. Последнее связано, как с увеличенной сорбционной способностью поверхности к парам воды, так и, в случае наночастиц золота, с каталитической реакцией окисления CO. Этот эксперимент наглядно продемонстрировал высокие перспективы применения тепловидения в режиме синхронной диагностики больших  библиотек образцов. Результаты опубликованных в мировой литературе исследований показывают, что, используя такой интегрированный подход, можно с помощью тепловизионной камеры контролировать температурные процессы на сотнях и даже тысячах проб одновременно. Соответственно, появляется возможность заметно снизить стоимость характеризации материалов и процессов в химии, быстрее определять новые эффективные катализаторы, решать другие комплексные научно-технические проблемы», — комментирует Борис Вайнер. 
 
По словам исследователя, фантастическая чувствительность современного матричного тепловизионного метода (сотые доли градуса) и его высокое быстродействие позволяют увидеть распространение сложного и динамически изменяющегося профиля тепловых волн в слоях катализатора в режиме реального времени с разрешением в сотую долю секунды и даже выше. Оригинальные примеры вышеупомянутой эволюции тепловых волн также впервые представлены в обзоре. Результаты таких исследований важны для лучшего понимания того, как молекулы газа взаимодействуют с поверхностью реагентов при адсорбции и катализе. Других прямых способов извлечь подобную информацию сегодня не существует. 
 
«Конечно, особенности температурных изменений в реакторе можно пытаться моделировать теоретически. Однако показать, как реально протекают физико-химические процессы, удается исключительно в эксперименте», — отмечает Борис Вайнер. 
 
Исследования выполнялись при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, номер гранта 18-08-00956. 
 
Пресс-служба ИФП СО РАН 



Источники

Новосибирские физики доказали высокую эффективность тепловидения для применения в экспериментальной химии
Наука в Сибири (sbras.info), 25/08/2020
Российские физики первыми в мире доказали эффективность применения тепловизоров в катализе
Национальные проекты: будущее России (futurerussia.gov.ru), 25/08/2020
Российские физики первыми в мире доказали эффективность применения тепловизоров в катализе
Seldon.News (news.myseldon.com), 25/08/2020
Российские физики первыми в мире доказали эффективность применения тепловизоров в катализе
Яндекс.Новости (yandex.ru/news), 25/08/2020
Доказана эффективность тепловидения для применения в экспериментальной химии
Научная Россия (scientificrussia.ru), 25/08/2020
Как тепловизор помогает исследовать сорбцию и катализ
О химии и химиках (mendeleev.info), 25/08/2020
Российские физики первыми в мире доказали эффективность применения тепловизоров в катализе
News.stfw.ru, 25/08/2020
Тепловизор помог исследовать катализ и сорбцию
Индикатор (indicator.ru), 25/08/2020
Тепловизор помог исследовать катализ и сорбцию
SMIonline (so-l.ru), 25/08/2020
Доказана эффективность тепловидения для применения в экспериментальной химии
Город финансов (gorodfinansov.ru), 25/08/2020
Российские физики первыми в мире доказали эффективность применения тепловизоров в катализе
НЕсекретные материалы (nesekretno-net.ru), 25/08/2020
Новосибирские ученые-физики доказали высокую эффективность тепловидения
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 25/08/2020
Российские физики первыми в мире доказали эффективность применения тепловизоров в катализе
Seldon.News (news.myseldon.com), 26/08/2020
Российские физики первыми в мире доказали эффективность применения тепловизоров в катализе
Спутник Новости (news.sputnik.ru), 26/08/2020
Новосибирские физики доказали высокую эффективность тепловидения для применения в экспериментальной химии
Сибирское отделение Российской академии наук (sbras.ru), 26/08/2020
Тепловизор помог исследовать катализ и сорбцию
Российская академия наук (ras.ru), 26/08/2020
Новосибирские физики доказали пользу тепловидения для изучения быстропротекающих химических реакций
Ведомости Законодательного Собрания Новосибирской области (ведомостинсо.рф), 26/08/2020
Российские физики первыми в мире доказали эффективность применения тепловизоров в катализе
Kaleidoscopelive.ru, 26/08/2020
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук
ФСМНО (sciencemon.ru), 09/09/2020

Похожие новости

  • 11/08/2020

    Академгородок 2.0 – приобретения и потери: мнения экспертов

    Что удалось сделать для развития Новосибирского научного центра за последние годы и какие задачи остаются нерешенными? Три известных российских ученых инвентаризируют достижения и проблемы в статье, написанной для «Континента Сибирь»*.
    457
  • 13/07/2020

    Институты СО РАН продолжают набор в аспирантуру: ИАиЭ, НИОХ, ИМБТ, ИДСТУ, ИФП, ИУХМ ФИЦ УУХ СО РАН

    ​​Приём в аспирантуру ИАиЭ СО РАН на 2020/2021 учебный год  Приём на обучение по программам подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре осуществляется на места в рамках контрольных цифр приёма граждан на обучение за счёт бюджетных ассигнований федерального бюджета.
    914
  • 22/07/2020

    О визите министра науки и высшего образования РФ в новосибирский Академгородок

    В ходе своей поездки Валерий Николаевич Фальков ознакомился с разработками ведущих академических институтов Новосибирского научного центра, а также с ключевыми проектами программы «Академгородок 2.0». ИЯФ СО РАН  В Институте ядерной физики им.
    1259
  • 02/09/2020

    80 лет со дня рождения Сергея Стенина

    1 сентября — день рождения Сергея Ивановича Стенина — блестящего ученого, талантливого организатора, основателя научной школы, выпускника НГТУ НЭТИ. Сегодня ему бы исполнилось 80 лет. Во многом именно благодаря этому человеку Институт физики полупроводников им.
    495
  • 21/05/2019

    По итогам сочинского форума «Наука будущего — наука молодых»

    ​В Сочи завершились III Международная конференция «Наука будущего» и IV Всероссийский форум «Наука будущего — наука молодых». Мы попросили сибирских ученых, в них участвующих, рассказать, какие проекты они представляли на мероприятиях форума и с какими целями приехали сюда.
    994
  • 16/07/2020

    Сибирские ученые получили топологические изоляторы на основе селенида висмута новыми способами

    ​​​​​Тонкие пленки селенида висмута получили двумя методами: вырастив их на подложках из слюды и электрохимически расщепив объемные кристаллы Bi2Se3, причем ученые добились формирования рекордно больших площадей образцов тонких пленок.
    920
  • 05/02/2020

    Институт физики полупроводников СО РАН приглашает на «Открытую лабораторную»

    Международная научно-просветительская акция «Открытая лабораторная» пройдет в Новосибирске 8 февраля на десяти площадках, одна из которых — Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН. Каждый желающий, старше семи лет, сможет проверить свой багаж научных знаний, ответив на вопросы увлекательного теста.
    642
  • 28/01/2020

    «Открытую лабораторную» проведут в День российской науки

    ​8 февраля состоится четвертая по счету просветительская акция «Открытая лабораторная». Каждый желающий сможет проверить свою картину мира с точки зрения передовых естественно-научных знаний. Поучаствовать в «Лабе-2020» можно будет как офлайн, так и онлайн на сайте laba.
    1503
  • 09/04/2019

    Сибирские ученые оптимизируют работу электронных дисплеев органическими полупроводниками

    ​Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) займутся исследованием свойств органических полупроводников (материалов, используемых в электронике), чтобы повысить эффективность используемых сейчас электронных дисплеев, сообщил ТАСС руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ Евгений Мостович.
    1656
  • 24/04/2018

    Академический час для школьников: лекция «Нанотехнологии вокруг нас»

    ​​25 апреля в 15.00 в Малом зале Дома ученых СО РАН для старшеклассников состоится лекция академика РАН Александра Леонидовича Асеева «Нанотехнологии вокруг нас». Александр Леонидович Асеев — российский физик, академик РАН, доктор физико-математических наук, в настоящее время главный научный сотрудник Института физики полупроводников им.
    1668