文章核心观点 - 文章以天津大学化工学院大型仪器测试平台引入的北分瑞利WQF-530A型傅里叶变换红外光谱仪为例，通过实际试用、问题反馈与性能验证，展示了国产高端科研仪器在解决“卡脖子”问题、实现进口平替方面的进展与潜力[1][31] - 核心路径是通过“科研应用场景驱动创新”，即高校用户将使用中的真实问题反馈给仪器制造商，推动其进行技术改造与迭代，从而形成良性互动，培育国产科学仪器的新质生产力[9][31] 试用过程中发现的问题及解决方案 - **问题一：液氮制冷导致外溢与污染** - 配备的MCT/A检测器需液氮制冷，加注液氮时若接近加满会从罐体外侧大量溢出，滴落到光镜、底板等多个部位，严重影响信号强度[3] - 添加速度较快且室温较高时，液氮会在仪器内部凝结成水滴，导致零部件污染老化[4] - **解决方案**：厂家在液氮罐顶部与上盖板之间增加一个环形垫圈，解决了液氮外溢问题，后续使用中信号稳定性增加[9][12] - **问题二：主机与原位装置连接不稳固导致光路偏移** - 由于红外主机最初设计用于非原位测试，后续定制的原位装置与其连接处仅通过卡槽简单组装，未固定[5] - 频繁组装拆卸原位附件会导致底座位置偏移，进而引起光路偏转和测试信号偏移，需要重新调整光路[5][8] - **问题三：测试软件功能对原位测试不友好** - 北分瑞利自主开发的测试软件MainFTOS Suite目前仅有一个显示窗口，且最多只能显示18条测试谱线，无法实现多个测试结果的同步对比呈现[6][11] - **解决方案**：针对此问题，厂家的软件开发工程师正在积极调整中[13] 国产仪器性能验证（与进口设备对比） - **基础性能对比测试** - 在Ru/CeZrO₂催化剂用于CO₂甲烷化的反应测试中，国产红外仪器的检测信号基本与进口仪器一致[14] - 所关注反应体系的关键中间体（HCOO*和CO*，分别在1600 cm⁻¹和2100 cm⁻¹附近）及产物CH₄（在1300 cm⁻¹和3050 cm⁻¹左右）的吸收峰基本都能检测到，可用于后期测试[14] - 信号强度的差异可能需要通过后期进一步优化采谱参数来改进[14] - **多场景应用稳定性验证** - **原位电化学测试**：在电催化CO₂还原制备乙烯与水氧化的反应检测中，均得到了较为满意的测试结果[15][19] - **原位漫反射测试（热催化）**：在CO₂加氢制备CH₄的反应体系中，能够检测到甲烷的特征吸收峰及反应中间体的出峰，满足测试需求[17][20] - **原位漫反射测试（光催化）**：在CO₂制备CH₄的反应检测中，检测到了反应过程的相应转化物，并且*CHO和*CH₃O中间体的存在证实了CO会进一步加氢而非直接脱附[18][22] 具体科研应用案例 - **案例一：电催化原位红外探究有机阳离子在CO₂还原中的空间调控机制** - 利用国产红外光谱仪的原位电化学表征系统，通过衰减全反射红外吸收光谱（ATR-IR）探测电极表面吸附物种[21] - 研究发现，在含有机阳离子的电解液中，铂表面吸附的CO分子的C≡O伸缩振动峰随电位变化的偏移显著减小，表明斯塔克效应被削弱，有机阳离子降低了电极表面的电场强度[21][24] - 碳同位素标记实验进一步证实，观测到的两个吸附中间体特征峰与含碳反应中间体密切相关[23][25] - **案例二：电化学原位红外表征揭示Co₃O₄修饰Cu₂₊₁O纳米线电催化还原硝酸盐为氨的作用机理** - 通过ATR–SEIRAS表征揭示了催化硝酸盐生成NH₃的反应路径，观测到NO₃⁻被还原为NO₂⁻，以及NH₂OH和NO中间体的形成[26][29] - 提出了协同催化机制：Cu₂₊₁O促进NO₃⁻向NO₂⁻的还原，Co₃O₄推动后续NO₂⁻向NH₃的转化，两者协同显著提升了法拉第效率和NH₃产率[27] - **案例三：光催化原位漫反射监测P掺杂与氧空位协同增强In₂O₃光催化还原CO₂的反应路径** - 利用原位光催化漫反射监测了P掺杂的In₂O₃协同增强CO₂还原成CH₄的反应中间体[28] - 明确了CO₂在催化剂表面的吸附形式（如*CO₃²⁻、HCO₃⁻）及转化为CH₄的详细路径：CO₂ →*COOH→*CO→*CHO→*CH₃O→CH₄[28][30][32] - 表明磷掺杂和氧空位改性可以改变氧化物表面电子密度和性质，从而调控中间体的吸附行为[30]