Infraröd (IR) termografi används för att bestämma temperaturen på organismer och föremål med hög precision utan att störa systemet. En enda bild tagen med en IR-kamera kan fånga samma mängd information som hundratals till miljoner temperatursensorer samtidigt. Dessutom, moderna IR-kameror kan uppnå snabba insamlingsfrekvenser på över 50 Hz, som möjliggör undersökning av dynamiska fenomen med hög upplösning.

Nu, forskare vid EPFL har designat en reaktor som kan använda IR-termografi för att visualisera dynamiska ytreaktioner och korrelera den med andra snabba gasanalysmetoder för att få en helhetsförståelse av reaktionen under snabbt föränderliga förhållanden. Forskningen leddes av Robin Mutschler och Emanuele Moioli vid Andreas Züttels labb (EPFL och Empa) och de samarbetade med forskare vid Polytechnic University of Milano.

Forskarna tillämpade sin metod på katalytiska ytreaktioner mellan koldioxid och väte, inklusive Sabatier-reaktionen, som kan användas för att producera syntetisk metan från förnybar energi genom att kombinera CO ₂ från atmosfären och H2 från vattenklyvning, på så sätt möjliggör syntesen av förnybara syntetiska bränslen med liknande egenskaper som deras fossila motsvarigheter, vilket är anledningen till att Sabatier-reaktionen har väckt stor uppmärksamhet den senaste tiden. En katalysator krävs i Sabatier-reaktionen för att aktivera den relativt inerta CO ₂ som en reaktant.

I synnerhet fokuserade EPFL-forskarna på undersökningen av dynamiska reaktionsfenomen som inträffar under reaktionsaktiveringen från olika initiala katalysatortillstånd.

"Reaktionen på katalysatorn gynnas av en hydrerad yta medan en exponering för CO ₂ förgiftar katalysatorn och hämmar en snabb reaktionsaktivering, säger Mutschler.

"Tack vare detta nya tillvägagångssätt, vi kunde visualisera nya dynamiska reaktionsfenomen som aldrig tidigare observerats, säger Moioli.

I sitt arbete visade de katalysatorn arbeta och reagera på förändringar i matargassammansättningen och under dess aktivering från olika initiala tillstånd i realtid för första gången. Med hjälp av sina resultat, reaktionens start- och aktiveringsbeteende är nu bättre förstått och det kan leda till optimerade reaktor- och katalysatordesigner för att förbättra prestandan hos dessa reaktorsystem som arbetar under dynamiska förhållanden.

Detta är avgörande eftersom förnybar energi vanligtvis tillhandahåller energi och reaktanter stokastiskt och därför måste de reaktorer som omvandlar förnybar energi till bränslen anpassas för att fungera under dynamiska förhållanden under vissa omständigheter.