催化剂孔隙单体中的表面接近限制：基于孔尺度CFD的性能诊断

孔隙单体是具有高比表面积、互联通道、热稳定性和机械韧性的优秀催化剂支撑材料。然而，其可调拓扑结构 complicates 设计：在宏观描述器（如孔隙率、比表面积或曲折率）之间，在转换率和压降之间的权衡无法可靠捕捉。孔尺度计算流体动力学（PRCFD）通过解析孔尺度流动和传质，实现对宏观相似结构的诊断和区分。我们研究了表面接近受限性：即使在 Damkohler 数小于1的情况下（Da<1），转换率仍受流分布不均和催化剂表面利用不完全限制。以硅胶单体上涂覆铂纳米颗粒用于硝基苯酚还原为例，我们进行基于微CT扫描几何结构的反应性PRCFD，校准准非均匀壳层反应模型，并验证跨样本和流速的可迁移性。随后，我们通过扩散率和反应动力学对转换率影响有限这一特征，对表面接近受限性进行诊断。此外，我们比较了合成的随机单体与三向周期最小面结构，在匹配孔隙率和比表面积的情况下。结果表明，根据拓扑结构不同，所需泵送功率可在相同摩尔产量下降低最高可达一个数量级。这些结果表明，在存在表面接近限制的异构系统中，反应器性能由结构相关的表面可及性主导，而非固有动力学或分子扩散alone 决定；而且，经验证的反应性PRCFD提供了在真实运行条件下诊断和比较孔隙反应器几何结构的实用框架。