【东大新闻网3月21日电】（通讯员 代云茜）近日，东南大学孙岳明教授团队在《ACS Nano》期刊上发表了一项创新研究。该研究开发出一种基于光子晶体的无线热致变色平台，通过深度融合人工神经网络技术，实现了化学反应过程中催化剂烧结程度与反应热点的实时监测与预警。相关成果以“Wireless Thermochromic Platform Based on Au/SiO2 Photonic Crystals for Operando Monitoring of Catalyst Sintering with Machine Learning（基于金/二氧化硅光子晶体的无线热致变色平台，用于结合机器学习对催化剂烧结过程进行原位监测）”为题，作为封面论文，发表于国际顶级期刊《ACS Nano》。
在高温催化反应中，催化剂活性位点烧结引发的失活问题与局部过热导致的安全隐患及副产物污染，共同构成化工安全生产的重大挑战。传统显微技术受限于非原位表征模式，难以实现高温环境下的微米级热点实时监测，而热成像技术则面临强辐射背景干扰的瓶颈。针对这一难题，研究团队开发了基于树枝状介孔SiO2微球限域的亚2纳米金簇热致变色体系，创新性地利用其温度敏感的尺寸生长效应诱导从蓝到红的显著颜色转变。通过构建人工神经网络模型，建立了颜色参数(R/G+B)与烧结程度的非线性定量关系，成功实现CO氧化反应后12.4微米分辨率下的烧结分布可视化自检，揭示出催化剂床层内因传热不均导致的微米级局部烧结度差异。研究团队进一步将Au/SiO2光子晶体图案化为快速响应码，开发出无线传感阵列，借助机器学习算法可在5毫秒内完成208微米分辨率的温度场解析，结合密度聚类算法精准定位异常热点并触发实时预警。该研究通过材料设计与人工智能的深度融合，突破了传统表征技术的时空分辨率限制，在不干扰反应进程的前提下实现了催化剂烧结与温度场的双维度原位监测。这种兼具自诊断与无线传输功能的智能监测平台，为开发下一代智慧催化系统提供了创新性解决方案。
东南大学化学化工学院博士唐明宇和信息科学与工程学院博士宋冰冰为论文的共同第一作者，东南大学化学化工学院代云茜教授、信息科学与工程学院陆卫兵教授、化学化工学院博士后符婉琳为共同通讯作者，东南大学为唯一通讯单位。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、教育部总装预研基金、江苏省JMRH创新平台等资助。
论文链接https://doi.org/10.1021/acsnano.4c18155
供稿：化学化工学院
（责任编辑：刘明源 审核：李震）
