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一、引言：光熱催化的技術瓶頸與雙光路設計的破局意義

      光熱催化作為融合光催化與熱催化優(yōu)勢的前沿技術，通過光能轉化為熱能與化學能的協(xié)同作用，可在溫和條件下提升催化效率。然而，傳統(tǒng)單光路系統(tǒng)普遍存在光能利用率低、熱場分布不均、反應路徑調(diào)控能力有限等問題，嚴重制約了其在能源轉化、環(huán)境治理等領域的規(guī)?；瘧谩ｋp光路光熱催化系統(tǒng)通過創(chuàng)新性的光路設計，實現(xiàn)了光能的分級利用與熱 - 光場的精準耦合，為突破傳統(tǒng)技術瓶頸提供了全新解決方案，正引領光熱催化研究進入 “精準調(diào)控” 的新階段。

二、雙光路系統(tǒng)的核心架構與協(xié)同機制

（一）系統(tǒng)設計原理與關鍵組件

      雙光路光學模塊：

      主光路：采用高功率寬譜光源（如氙燈、LED 陣列），聚焦于催化劑表面，提供光激發(fā)所需的能量（如電子 - 空穴對生成）。

      輔助光路：通過濾光片或波長選擇器，引入特定波段光（如近紅外光），精準調(diào)控催化劑局部熱效應，避免全局過熱。

      熱管理與反應腔設計：

      集成微通道熱沉、紅外測溫傳感器，實現(xiàn)反應溫度（±1℃）與熱場均勻性（偏差＜5%）的實時監(jiān)測與調(diào)控。

（二）光 - 熱協(xié)同催化的科學機制

協(xié)同維度	單光路系統(tǒng)局限性	雙光路系統(tǒng)優(yōu)勢
能量利用效率	光能轉化為熱能的過程存在能量耗散，量子效率＜30%	雙光路分級激發(fā)，量子效率提升至 50% 以上，熱能利用率提高 40%
活性位點調(diào)控	熱效應均勻性差，活性位點易燒結失活	輔助光路局部加熱，活性位點穩(wěn)定性提升 2 倍，壽命延長至 1000h+
反應路徑調(diào)控	光生載流子與熱活化反應耦合隨機性強	主光路控制光催化反應，輔助光路調(diào)控熱催化動力學，實現(xiàn) C-C 鍵斷裂 / 形成等復雜反應的路徑選擇性調(diào)控（選擇性＞90%）

三、雙光路技術的突破性應用場景

（一）能源領域：高效產(chǎn)氫與 CO?轉化

      光熱協(xié)同分解水制氫：在雙光路系統(tǒng)中，主光路（紫外 - 可見光）激發(fā) TiO?光生載流子，輔助光路（近紅外光）加熱至 200℃，實現(xiàn)產(chǎn)氫速率 3.2 mmol?g?1?h?1，較傳統(tǒng)單光路提升 2.8 倍。

      CO?甲烷化：采用雙光路驅動負載型 Pd/ZnO 催化劑，通過主光路（450nm）促進 CO?吸附活化，輔助光路（808nm）維持 250℃熱催化環(huán)境，CH?選擇性達 92%，轉化效率較熱催化提升 40%。

（二）環(huán)境治理：VOCs 降解與廢水處理

      揮發(fā)性有機物（VOCs）深度礦化：針對苯系物處理，雙光路系統(tǒng)通過主光路（365nm）激發(fā)催化劑表面羥基自由基（?OH），輔助光路（中紅外光）維持 150℃，實現(xiàn)甲苯降解率 99.5%，礦化率 98%，能耗降低 35%。

      染料廢水脫色：在雙光路協(xié)同作用下，g-C?N?催化劑對羅丹明 B 的降解速率達 0.23 min?1，較單一光催化或熱催化提升 5 倍以上。

四、技術挑戰(zhàn)與未來發(fā)展方向

（一）當前瓶頸問題

      光路耦合復雜度：雙光路同步調(diào)控需高精度光學元件，系統(tǒng)成本較單光路增加 20%-30%。

      催化劑適配性：傳統(tǒng)光催化劑與熱催化活性位點的協(xié)同機制仍需深入研究，如貴金屬納米顆粒在光熱協(xié)同下的燒結機理。

（二）前沿探索方向

      智能調(diào)控系統(tǒng)：引入機器學習算法，基于實時光譜與溫度數(shù)據(jù)，動態(tài)優(yōu)化雙光路功率配比，實現(xiàn)反應效率自主優(yōu)化。

      柔性器件集成：開發(fā)可穿戴式雙光路光熱催化模塊，應用于室內(nèi)空氣凈化、便攜式能源設備等場景。

     理論計算突破：結合密度泛函理論（DFT）與分子動力學模擬，構建雙光路光熱催化的多尺度理論模型，指導催化劑設計。

五、結語：雙光路技術引領光熱催化產(chǎn)業(yè)化新征程

      雙光路光熱催化系統(tǒng)通過 “光能分級利用 + 熱場精準調(diào)控” 的創(chuàng)新范式，不僅突破了傳統(tǒng)催化技術的效率天花板，更開創(chuàng)了 “光 - 熱 - 催化” 多物理場協(xié)同的研究新維度。從基礎科學層面的反應機理解析，到能源與環(huán)境領域的規(guī)?；瘧?，該技術正推動催化化學向 “精準化、智能化” 方向演進。隨著光學工程、材料科學與計算技術的交叉融合，雙光路系統(tǒng)有望成為碳中和目標下，氫能制備、CO?轉化等關鍵技術的核心支撐，為全球能源與環(huán)境挑戰(zhàn)提供革命性解決方案。

產(chǎn)品展示

      SSC-DPTC雙光路光熱催化系統(tǒng)，適用于光熱協(xié)同催化、光催化催化劑的評價及篩選，可用于光催化的反應動力學、反應歷程等方面的研究。

      主要應用到高溫光熱催化反應，光熱協(xié)同催化，具體可用于半導體材料的合成燒結、催化劑材料的制備、催化劑材料的活性評價、光解水制氫、光解水制氧、二氧化碳還原、氣相光催化、甲醛氣體的光催化降解、VOCs、NOx、SOx、固氮等領域。

      SSC-DPTC雙光路光熱催化系統(tǒng)（<5MPa）為一套用于完成催化劑活性評價及篩選的固定床光熱反應裝置，適用于氣體、液體或氣液同時進料；氣固、液固、氣液固反應，能夠實現(xiàn)溫度、氣相流量、液相流量的自動控制，反應溫度能夠實現(xiàn)程序控制升溫（線性升溫），通過程序升溫設定實驗溫度的升溫時間和保溫時間，配合GC等分析儀器對不同壓力、溫度下的實驗產(chǎn)物進行階段性在線檢測分析。

   系統(tǒng)優(yōu)勢：

     1) 系統(tǒng)中的減壓系統(tǒng)，可與反應氣鋼瓶直接連接，管路配有比例卸荷閥、高精度壓力表及壓力傳感器，所有溫度控制點、壓力監(jiān)測點均配有超溫、超壓報警，自動聯(lián)鎖保護。

    2) 進料系統(tǒng)，通入不同的氣體時，可在流量系數(shù)表選擇或輸入對應的氣體流量系數(shù)，實現(xiàn)氣體種類的多樣性和準確性。

    3) 夾層控溫標氣模塊，耐壓管體內(nèi)甲苯、乙醇等反應液體，通入反應氣或惰性氣體進入模塊，將ppm級的有效氣體帶入反應器中，通過水浴循環(huán)水機控制模塊溫度進而控制氣體的濃度；從而大大降低實驗成本，解決標氣貴的難題。

   4) 恒壓系統(tǒng)，配合低壓、高壓雙壓力系統(tǒng)使用，根據(jù)實驗壓力選擇對應的壓力系統(tǒng)，為催化劑提供穩(wěn)定精準的、穩(wěn)定的實驗環(huán)境。

   5) 系統(tǒng)控制全部采用PLC軟件自動化控制，實時監(jiān)控反應過程，自動化處理數(shù)據(jù)，并提供全套實驗方案。屏幕采用工控觸屏PLC，可以根據(jù)需求隨時更改使用方案。鑫視科shinsco提供氣相色譜儀、液相色譜儀、電化學工作站、TPR、TPD、SPV、TPV、拉曼等測試分析儀器。

   6) 系統(tǒng)集進料系統(tǒng)、恒壓系統(tǒng)、穩(wěn)流系統(tǒng)、預熱系統(tǒng)、反應系統(tǒng)、產(chǎn)物收集系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)于一體。