为原位X射线衍射（XRD）设计：透射式光催化池如何实现光照下催化剂晶体结构的实时追踪？

　　透射式光催化池通过优化光路设计与反应环境控制，可实现光照下催化剂晶体结构的实时追踪，其核心设计思路如下：

　　1.光路通透性优化

　　采用高透光率材料（如石英或特定聚合物）构建反应池主体，确保入射光（如紫外光、可见光）无衰减穿透至催化剂表面。光窗设计需兼顾透光率与化学惰性，例如选用特定薄膜材料作为光窗，既能承受反应气氛（如氧气、二氧化碳）的腐蚀，又能最小化光散射。同时，优化光路几何结构，使光源以特定角度入射，避免反射光干扰衍射信号采集。

　　2.反应环境精准控制

　　集成温度、压力、气氛调节模块，模拟真实催化反应条件。例如，通过加热系统实现高温环境（如200-800℃），利用气体控制系统通入反应物（如水蒸气、甲醇），并维持特定压力（如常压或高压）。反应池需具备快速响应能力，确保环境参数波动范围小于±1℃，避免因温度梯度导致催化剂晶体结构瞬态变化被掩盖。

　　3.原位XRD信号采集

　　将反应池与X射线衍射仪对接，使X射线穿透光窗后直接照射催化剂样品。通过调整样品台角度（如θ-2θ联动模式），实现衍射峰的连续扫描。为提升信噪比，可采用高功率X射线源（如旋转阳极靶）或同步辐射光源，并优化探测器位置以捕获微弱衍射信号。对于纳米级催化剂，需结合小角X射线散射（SAXS）技术，同步分析晶粒尺寸与孔隙结构变化。

　　4.动态数据解析与反馈

　　通过软件实时处理衍射图谱，提取峰位、强度、半高宽等参数，反演催化剂晶体结构演变。例如，追踪氧化铁催化剂在光照下的晶相转变（如α-Fe₂O₃→γ-Fe₂O₃），或分析钛酸盐催化剂表面活性位点的动态重构。结合机器学习算法，可建立结构-性能关联模型，预测催化剂失活机制或优化反应路径。

　　应用案例

　　在光催化分解水研究中，透射式光催化池可实时监测二氧化钛催化剂在紫外光照射下的晶格应变与氧空位形成过程。实验表明，光照10分钟后，催化剂（001）晶面间距收缩0.2%，对应光生载流子诱导的晶格畸变，这一数据为设计高效光催化剂提供了关键结构依据。