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研究背景

固體催化劑是化學(xué)工業(yè)中的重要材料，以高效、有選擇性的方式促進化學(xué)反應(yīng)。這就是為什么80%的化學(xué)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中都涉及到催化作用。固體催化劑有許多不同的形狀和大小，但它們的共同點是，它們通常是微米大小的、具有明確孔隙度的結(jié)構(gòu)化顆粒。隨著對固體催化劑的結(jié)構(gòu)、組成和功能的了解的增加，我們知道這些復(fù)雜的、多組分的和分層的材料是不均一的。

顆粒間和顆粒內(nèi)的異質(zhì)性限制了塊體表征方法的可用性，以及由于缺乏統(tǒng)計相關(guān)性而使單催化劑顆粒分析復(fù)雜化，使得深入分析催化劑材料變得困難。因此，應(yīng)開發(fā)適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，以高通量方式進行單催化劑顆粒篩選，以提供具有統(tǒng)計學(xué)相關(guān)性的深入信息。

荷蘭烏得勒支大學(xué)Bert M. Weckhuysen教授課題組在Nature Catalysis上發(fā)表文章，High-throughput activity screening and sorting of single catalyst particles with a droplet microreactor using dielectrophoresis，在液滴微反應(yīng)器中利用介電泳技術(shù)實現(xiàn)對單個流體催化裂化（FCC）顆?；钚缘淖詣痈咄亢Y選和分類。

作者開發(fā)了一種液滴微反應(yīng)器，用于使用介電泳（DEP）對FCC顆粒進行高通量熒光激活催化劑分類。有了這個DEP平臺，可以對FCC粒子根據(jù)活性分選。包裹在液滴中并用兩個不同的熒光探針分子（4-甲氧基苯乙烯和4-氟苯乙烯）染色的顆?？梢砸詞23滴s^-1（0.25個顆粒s^-1）的高通量原位檢測和分選。

通過應(yīng)用DEP，以4-氟苯乙烯為探針，含有高活性催化劑顆粒的液滴可以被操縱到一個分類出口，從而形成一個僅包含最活性顆粒的收集庫，而熒光信號低的活性較低的顆粒則不受操縱地流入非分類出口。同樣，低至中度活性的催化劑顆粒也可以使用4-甲氧基苯乙烯作為探針進行分類。4-甲氧基苯乙烯染色顆粒的催化劑顆粒分揀率>92%，4-氟苯乙烯染色顆粒的催化劑顆粒分揀率為100%。

液滴進入默認進入非分類出口的設(shè)計大幅降低了假陽性結(jié)果的可能性；唯一的假陽性結(jié)果發(fā)生在液滴流量不穩(wěn)定時，在穩(wěn)定的操作條件下基本上消除了假陽性。

總共有10個催化劑顆粒被4-氟苯乙烯染色，并在分類收集容器中找到。用熒光顯微鏡對這10個催化劑顆粒進行非原位分析，證實了大多數(shù)的熒光顆粒確實被分選了，而μXRF光譜顯示，與未分選的顆粒相比，這些顆粒含有較少的金屬積累(即Ni和Fe)。

通過調(diào)整該分析平臺的閾值，僅對顯示最高熒光峰的顆粒進行排序，可以將沸石ZSM-5與沸石-Y區(qū)分開來，因為前者的酸性位點比后者更強，這意味著4-氟苯乙烯染色對沸石類型來說可能是選擇性的。

此外，有了這個基于熒光激活催化劑分揀DEP的微流體平臺，在未來的研究中，將有可能對其他催化劑進行分類和研究。篩選新合成的催化劑顆?，F(xiàn)在可以提供有關(guān)合成參數(shù)的寶貴信息。

圖文詳情

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圖1. FCC過程、分選原理及微反應(yīng)器設(shè)計

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圖2. 4-氟苯乙烯和4-甲氧苯乙烯染色FCC顆粒的操作窗口和分選閾值

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圖3. 分選后的4-氟苯乙烯染色FCC顆粒分析

原文鏈接

Nieuwelink, AE., Vollenbroek, J.C., Tiggelaar, R.M. et al. High-throughput activity screening and sorting of single catalyst particles with a droplet microreactor using dielectrophoresis. Nat Catal (2021).

https://doi.org/10.1038/s41929-021-00718-7

原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2023/10/16/dbcb0de696/

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