本發明專利技術公開一種新型等離子體原位DRIFTS反應池，包括底座，具有容納腔；穹頂，由金屬材料制成，連接于電源接地極，并且設置于底座上，形成反應空間；樣品池，位于底座與穹頂形成的反應空間內，與出氣連接口相連，設置有催化劑；高壓電極，位于出氣口內且一端埋設于樣品池內部；至少3個光學窗口，設置于穹頂上，朝向樣品池設置；光譜儀，連接于底座一側；反應氣體自進氣連接口進入，依次經過進氣口、反應空間、樣品池、出氣口以及出氣連接口，實現了均勻電場分布、穩定等離子體放電以及高質量原位光譜分析的有機統一。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及催化化學和光譜分析，具體涉及一種新型等離子體原位drifts反應池。
技術介紹
1、在催化化學研究領域，原位分析技術對于理解反應機理和優化催化劑性能至關重要。其中，漫反射紅外光譜(drifts)作為一種非侵入性的表征方法，能夠實時監測催化劑表面的物種變化，已成為催化研究的重要工具。然而，隨著等離子體輔助催化技術的興起，傳統drifts反應池設計面臨著新的挑戰。
2、首先，電極設計成為關鍵問題。傳統設計中，電極布置往往過于緊湊或空間分布不合理，導致電場分布不均勻，影響等離子體的穩定性和均勻性。這不僅會干擾催化反應的進行，還可能導致光譜信號的失真。
3、其次，等離子體環境下的溫度控制也面臨挑戰。等離子體放電會產生額外的熱量，如何在保證反應溫度精確控制的同時，避免cell過熱成為一個棘手的問題。
4、此外，傳統設計還存在以下問題：1)電擊穿風險高，影響設備安全性和實驗可靠性；2)等離子體放電強度難以控制，可能過強導致催化劑損壞，或過弱影響反應效率；3)電極布置可能遮擋紅外光路徑，降低光譜質量；4)絲狀放電可能引起催化劑顆粒擊飛，干擾實驗進行；5)放電模式不穩定，導致反應條件波動。
技術實現思路
1、為解決以上技術問題，本專利技術提供了一種新型等離子體原位drifts反應池，實現了均勻電場分布、穩定等離子體放電以及高質量原位光譜分析的有機統一，滿足等離子體環境和原位drifts分析需求。
2、本專利技術采用以下技術方案：
3、一種新型等離子體原位drifts反應池，包括：底座，具有容納腔，側面具有進氣連接口以及出氣連接口，底面具有與出氣連接口連通的出氣口，容納腔內具有與進氣連接口連通的進氣口；穹頂，由金屬材料制成，連接于電源接地極，并且設置于底座上，形成反應空間；樣品池，位于底座與穹頂形成的反應空間內，與出氣連接口相連，設置有催化劑；高壓電極，位于出氣口內且一端埋設于樣品池內部；至少3個光學窗口，設置于穹頂上，朝向樣品池設置；光譜儀，連接于底座一側；反應氣體自進氣連接口進入，依次經過進氣口、反應空間、樣品池、出氣口以及出氣連接口。
4、作為優選，進氣連接口與進氣口相連形成進氣通道，出氣連接口與出氣口相連形成出氣通道。
5、作為優選，樣品池內具有催化劑支撐結構，催化劑支撐結構內設置有催化劑；樣品池直徑為10-20mm，深度為2-5mm；通過一定頻率的振動將催化劑均勻分布于樣品池內，且催化劑上方具有防止催化劑顆粒在強電場作用下發生飛散的石英砂層。
6、作為優選，紅外光自光學窗口進入，于樣品池處反射后由另一光學窗口而出。
7、作為優選，光學窗口的材料為znse或kbr，直徑15-25mm，厚度2-4mm；光學窗口與水平面角度為55-60度，光學窗口與穹頂之間采用石墨墊片密封，石墨墊片的厚度0.1-0.2mm；光學窗口周圍設置加熱絲。
8、作為優選，底座由高性能介電材料制成，直徑范圍為30-50mm，高度為20-30mm，穹頂由不銹鋼或鍍金材料制成，直徑與底座匹配，高度為20-30mm，底座與穹頂配合形成整體結構高度為40-60mm。
9、作為優選，高壓電極為鉑、鎢或316l不銹鋼材質，直徑為0.5-1.5mm，長度為30-50mm；高壓電極表面設有絕緣套；高壓電極頂端低于催化劑表面3-5mm，且偏離樣品池的中心軸線0.5-1mm。
10、作為優選，高壓電極采用球形或半球形電極頭，直徑1.5-2.5mm；高壓電極表面通過微米級等離子體噴涂處理，形成多孔結構，厚度10-50μm。
11、作為優選，穹頂厚度為2-4mm且內表面經過電化學拋光或等離子體噴涂。
12、作為優選，反應池內部設計螺旋形氣體分布槽，寬0.5-1mm，深0.5-1mm；反應池內部設置微型光電探測器。
13、作為優選，所述底座內設有與穹頂匹配的穹頂限位槽，穹頂限位槽內設有o型圈槽，o型圈槽內設有高溫耐壓o型圈。
14、與現有技術相比，本專利技術具有以下優點：
15、1、防止電擊穿：優化介質層厚度。采用高絕緣強度的pek材料(擊穿強度>20kv/mm)作為底座，厚度不小于5mm。在高壓電極周圍設置絕緣套，材料為氧化鋁陶瓷，厚度1-2mm，進一步提高絕緣性能。此外，在外部電路中增加快速響應的過壓保護裝置，響應時間<1μs，以防止瞬時高壓對系統造成損害。
16、2、防止等離子體放電過弱：通過精確控制高壓電極裸露的長度(1-5mm可調)，優化放電強度。設計可調節的電源參數，包括電壓(0-30kv)，頻率(50hz-20khz)和波形(正弦波、方波、脈沖波等)。引入自適應功率控制系統，根據實時監測的放電參數自動調整輸出功率，確保放電強度始終保持在最佳水平。同時，在反應池內部設置微型光電探測器，直徑0.5mm，用于實時監測放電強度，為功率控制提供反饋信號。
17、3、防止高壓電極布置遮擋激光路徑：精心設計高壓電極的位置和角度，確保不會干擾紅外光路。高壓電極頂端距離催化劑表面3-5mm，且略微偏離中心軸線0.5-1mm。通過光學模擬軟件優化入射和反射光路，入射角度可在30-60度范圍內調節，以最大化有效信號。在反應池內部設置微型反射鏡，直徑2-3mm，可微調±5度，進一步優化光路。
18、4、防止絲狀放電引起催化劑擊飛：本設計主要通過優化電極構型和放電參數來杜絕絲狀放電的產生。具體措施包括：采用球形或半球形電極頭，直徑1.5-2.5mm，減少電場集中。在高壓電極表面進行微米級等離子體噴涂處理，形成多孔結構，厚度10-50μm，促進均勻放電。使用脈沖電源，脈沖寬度1-10μs，重復頻率1-10khz，有效抑制絲狀放電的形成。優化氣體流動，保持一定的氣體流速(10-50cm/s)，有助于抑制絲狀放電的發展。
19、5、還原dbd反應器的放電特征：通過精心設計的電極構型和介質層布置，模擬工業dbd反應器的電場分布和放電特性。高壓電極和穹頂的距離可在5-10mm范圍內調節，介質層厚度為0.5-2mm。采用高速攝像技術(幀率>10000fps)和光學發射光譜技術(光譜范圍200-900nm，分辨率<0.1nm)，實時監測和調整放電模式。引入智能控制算法，根據實時監測數據自動調整電源參數，確保放電特性與實際dbd反應器的一致性。此外，設計可更換的電極和介質模塊，直徑10-20mm，厚度1-5mm，以模擬不同類型的dbd反應器配置。
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【技術保護點】
1.一種新型等離子體原位DRIFTS反應池，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的新型等離子體原位DRIFTS反應池，其特征在于，進氣連接口(1-1)與進氣口(1-4)相連形成進氣通道，出氣連接口(1-2)與出氣口(1-3)相連形成出氣通道。
3.根據權利要求1所述的新型等離子體原位DRIFTS反應池，其特征在于，樣品池(3)內具有催化劑支撐結構(3-1)，催化劑支撐結構(3-1)內設置有催化劑；樣品池(3)直徑為10-20mm，深度為2-5mm；
4.根據權利要求1所述的新型等離子體原位DRIFTS反應池，其特征在于，紅外光自光學窗口(5)進入，于樣品池(3)處反射后由另一光學窗口(5)而出。
5.根據權利要求1所述的新型等離子體原位DRIFTS反應池，其特征在于，光學窗口(5)的材料為ZnSe或KBr，直徑15-25mm，厚度2-4mm；光學窗口(5)與水平面角度為55-60度，光學窗口(5)與穹頂(2)之間采用石墨墊片密封，石墨墊片的厚度0.1-0.2mm；
6.根據權利要求1所述的新型等離子體原位DRIFTS反應池，其特征在于，底座(1)由高性能介電材料制成，直徑范圍為30-50mm，高度為20-30mm，穹頂(2)由不銹鋼或鍍金材料制成，直徑與底座匹配，高度為20-30mm，底座(1)與穹頂(2)配合形成整體結構高度為40-60mm；
7.根據權利要求1所述的新型等離子體原位DRIFTS反應池，其特征在于，高壓電極(4)為鉑、鎢或316L不銹鋼材質，直徑為0.5-1.5mm，長度為30-50mm；高壓電極(4)表面設有絕緣套；
8.根據權利要求7所述的新型等離子體原位DRIFTS反應池，其特征在于，高壓電極(4)采用球形或半球形電極頭，直徑1.5-2.5mm；
9.根據權利要求1所述的新型等離子體原位DRIFTS反應池，其特征在于，反應池內部設計螺旋形氣體分布槽，寬0.5-1mm，深0.5-1mm；
10.根據權利要求1所述的新型等離子體原位DRIFTS反應池，其特征在于，所述底座(1)內設有與穹頂(2)匹配的穹頂限位槽(1-5)，穹頂限位槽(1-5)內設有O型圈槽(1-6)，O型圈槽(1-6)內設有高溫耐壓O型圈。
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【技術特征摘要】
1.一種新型等離子體原位drifts反應池，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的新型等離子體原位drifts反應池，其特征在于，進氣連接口(1-1)與進氣口(1-4)相連形成進氣通道，出氣連接口(1-2)與出氣口(1-3)相連形成出氣通道。
3.根據權利要求1所述的新型等離子體原位drifts反應池，其特征在于，樣品池(3)內具有催化劑支撐結構(3-1)，催化劑支撐結構(3-1)內設置有催化劑；樣品池(3)直徑為10-20mm，深度為2-5mm；
4.根據權利要求1所述的新型等離子體原位drifts反應池，其特征在于，紅外光自光學窗口(5)進入，于樣品池(3)處反射后由另一光學窗口(5)而出。
5.根據權利要求1所述的新型等離子體原位drifts反應池，其特征在于，光學窗口(5)的材料為znse或kbr，直徑15-25mm，厚度2-4mm；光學窗口(5)與水平面角度為55-60度，光學窗口(5)與穹頂(2)之間采用石墨墊片密封，石墨墊片的厚度0.1-0.2mm；
6.根據權利要求1所述的新型等離子體原位d...
【專利技術屬性】
技術研發人員：黃建國，
申請(專利權)人：浙江鈦合儀器有限公司，
類型：發明
國別省市：
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