FTIR Talk Letter (vol. 42)

Význam tématu

Ve čtyřech odborných částech je představen význam pokročilé katalýzy CO₂, kombinovaných spektroskopických metod i praktických FTIR systémů pro analytickou chemii. Rozvoj materiálů s dvojí funkcí (adsorpce CO₂ a jeho selektivní hydrogenace), integrace infračervené a Ramanovy mikroskopie, detailní analýza polymerů (parafinů) pomocí FTIR a představení kompaktního FTIR spektrometru IRSpirit-X podporují moderní přístupy v průmyslové a výzkumné analytice.

Cíle a přehled studie / článku

1. Vývoj a mechanismus funkcionalizovaných Pt-Na/Al₂O₃ materiálů pro CO₂ capture & reduction (CCR) za mírných podmínek s vysokou selektivitou CO.
2. Konfigurace pracovního stanoviště kombinované infračervené/Ramanovy mikroskopie AIRsight a její výhody pro analýzu organických a anorganických vzorků na stejném místě.
3. Praktické poznámky k FTIR analýze alifatických nasycených uhlovodíků (parafinů): rozlišení PE vs. PP, posouzení stupně krystalinity PE, orientace PP molekul.
4. Charakteristika nové řady FTIR spektrometrů IRSpirit-X: úspora místa, modulární rozšiřitelnost, softwarová podpora a odolnost.

Použitá metodika a instrumentace

• Syntéza Pt–M/Al₂O₃ katalyzátorů (M = Na, K, Mg, Ca) impregnačními metodami.
• Isotermické CCR testy (350 °C) s analýzou odchylky CO₂ a generovaných produktů (CO, CH₄) pomocí FTIR.
• Charakterizace Pt-Na/Al₂O₃: STEM-EDX mapování, line scan, FTIR adsorbovaného CO.
• In situ FTIR spektroskopie k monitoringu CO₃²⁻ a CO povrchových druhů během CCR.
• Logistika a optický design IR-Raman mikroskopu AIRsight: revolver pro 5 objektivů/mirrorů, half-mirror pro přepínání IR/Raman, sdílené softwarové ovládání AMsolution.
• FTIR analýza parafinů: C–H stretching nad 3000 cm⁻¹, CH₂/CH₃ deformation a rocking vibrace (1460, 1360, 720 cm⁻¹), polarizační měření PP.
• FTIR spektrometry IRSpirit-X: bench-top konstrukce, volitelné sušicí moduly, přednastavené softwarové funkce (IR Pilot, Spectrum Advisor).

Hlavní výsledky a diskuse

• Pt-Na/Al₂O₃ vykazuje nejvyšší CO₂ absorpční kapacitu a CO selektivitu 93 % díky Na-modifikaci Pt NPs, která potlačuje adsorpci CO a jeho další hydrogenaci na CH₄.
• In situ FTIR prokázala úlohu povrchově vázaných CO₃²⁻ druhů a minimalizaci CO adsorpce na Na-modifikovaných místech.
• AIRsight zabírá jen nepatrně víc než standardní IR mikroskop, přitom umožňuje bezposuvové přepínání mezi IR a Raman spektroskopií se sdíleným optickým systémem.
• FTIR analýza parafinů poskytuje rychlé rozlišení mezi PE a PP, mezi HDPE a LDPE a polárně orientovanými strukturami PP.
• IRSpirit-X nabízí vestavěnou odvlhčovací jednotku, desetiletou záruku na hlavní optické komponenty a uživatelsky přívětivý software pro rutinní i pokročilé aplikace.

Přínosy a praktické využití metody

• DFM katalyzátory pro energeticky úsporné CO₂ capture & reduction s potenciálem nasazení v emisních tocích průmyslových plynů.
• Unifikovaná IR/Raman analýza na stejném vzorku zvyšuje kvalitu identifikace organických a anorganických složek ve farmaceutickém, polymerním i geologickém výzkumu.
• FTIR protokoly pro kontrolu kvality plastových výrobků (PE, PP) urychlují detekci materiálových odchylek a odhad vlastností (hustota, orientace).
• IRSpirit-X minimalizuje požadavky na prostor a zefektivňuje provoz v laboratořích s omezeným prostorem.

Budoucí trendy a možnosti využití

Předpokládá se další rozvoj DFMs na bázi levnějších kovů, integrace přímého zachycování CO₂ z ovzduší a kontinuální provozy CCR. V spektroskopii se očekává rozvoj hyperspektrální IR/Raman mikroskopie pro mikrostrukturální analýzu, polarizační techniky pro detailní studium molekulární orientace i umělá inteligence pro automatizovanou interpretaci FTIR dat.

Závěr

Souhrn ukazuje synergii pokročilé katalýzy a spektroskopických metod. Dvojí funkcionalita materiálů pro CO₂ a kombinovaná IR/Raman analýza rozšiřují možnosti výzkumu i aplikací v průmyslu. Ucelené FTIR platformy přinášejí efektivitu, spolehlivost a snadné ovládání.

Reference

• [1] M. S. Duyar, M. A. A. Treviño, R. J. Farrauto, Appl. Catal. B Environ., 2015, 168-169, 370; F. Kosaka et al., Chem. Eng. J., 2022, 450, 138055.
• [2] L. F. Bobadilla, J. M. Riesco-García, G. Penelás-Pérez, A. Urakawa, J. CO2 Util., 2016, 14, 106.
• [3] L. Li, S. Miyazaki, S. Yasumura, K. W. Ting, T. Toyao, Z. Maeno, K. Shimizu, ACS Catal., 2022, 12, 2639.
• [4] L. Li, N. Zhang, Z. Wu, S. Miyazaki, T. Toyao, Z. Maeno, K. Shimizu, RSC Adv., 2023, 13, 2213.
• [5] L. Li, Z. Wu, S. Miyazaki, T. Toyao, Z. Maeno, K. Shimizu, Chem. Eng. J., 2023, 477, 147199.
• [6] L. Li, S. Miyazaki, Z. Wu, T. Toyao, R. Selyanchyn, Z. Maeno, S. Fujikawa, K. Shimizu, Appl. Catal. B, 2023, 339, 123151.