一、引言：光熱催化的技術(shù)瓶頸與雙光路設(shè)計(jì)的破局意義

      光熱催化作為融合光催化與熱催化優(yōu)勢(shì)的前沿技術(shù)，通過(guò)光能轉(zhuǎn)化為熱能與化學(xué)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(chǎng)分布不均、反應(yīng)路徑調(diào)控能力有限等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了其在能源轉(zhuǎn)化、環(huán)境治理等領(lǐng)域的規(guī)?；瘧?yīng)用。雙光路光熱催化系統(tǒng)通過(guò)創(chuàng)新性的光路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了光能的分級(jí)利用與熱 - 光場(chǎng)的精準(zhǔn)耦合，為突破傳統(tǒng)技術(shù)瓶頸提供了全新解決方案，光熱催化研究進(jìn)入 “精準(zhǔn)調(diào)控” 的新階段。

二、雙光路系統(tǒng)的核心架構(gòu)與協(xié)同機(jī)制

（一）系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理與關(guān)鍵組件

      雙光路光學(xué)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(duì)生成）。

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

      熱管理與反應(yīng)腔設(shè)計(jì)：

      集成微通道熱沉、紅外測(cè)溫傳感器，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)溫度（±1℃）與熱場(chǎng)均勻性（偏差＜5%）的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與調(diào)控。

（二）光 - 熱協(xié)同催化的科學(xué)機(jī)制

三、雙光路技術(shù)的突破性應(yīng)用場(chǎng)景

（一）能源領(lǐng)域：高效產(chǎn)氫與 CO?轉(zhuǎn)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(jiàn)光）激發(fā) TiO?光生載流子，輔助光路（近紅外光）加熱至 200℃，實(shí)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(qū)動(dòng)負(fù)載型 Pd/ZnO 催化劑，通過(guò)主光路（450nm）促進(jìn) CO?吸附活化，輔助光路（808nm）維持 250℃熱催化環(huán)境，CH?選擇性達(dá) 92%，轉(zhuǎn)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(jī)物（VOCs）深度礦化：針對(duì)苯系物處理，雙光路系統(tǒng)通過(guò)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(shí)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(duì)羅丹明 B 的降解速率達(dá) 0.23 min?1，較單一光催化或熱催化提升 5 倍以上。

四、技術(shù)挑戰(zhàn)與未來(lái)發(fā)展方向

（一）當(dāng)前瓶頸問(wèn)題

      光路耦合復(fù)雜度：雙光路同步調(diào)控需高精度光學(xué)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(diǎn)的協(xié)同機(jī)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(jié)機(jī)理。

（二）前沿探索方向

      智能調(diào)控系統(tǒng)：引入機(jī)器學(xué)習(xí)算法，基于實(shí)時(shí)光譜與溫度數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)優(yōu)化雙光路功率配比，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)效率自主優(yōu)化。

      柔性器件集成：開(kāi)發(fā)可穿戴式雙光路光熱催化模塊，應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化、便攜式能源設(shè)備等場(chǎng)景。

     理論計(jì)算突破：結(jié)合密度泛函理論（DFT）與分子動(dòng)力學(xué)模擬，構(gòu)建雙光路光熱催化的多尺度理論模型，指導(dǎo)催化劑設(shè)計(jì)。

五、結(jié)語(yǔ)：雙光路技術(shù)光熱催化產(chǎn)業(yè)化新征程

      雙光路光熱催化系統(tǒng)通過(guò) “光能分級(jí)利用 + 熱場(chǎng)精準(zhǔn)調(diào)控” 的創(chuàng)新范式，不僅突破了傳統(tǒng)催化技術(shù)的效率天花板，更開(kāi)創(chuàng)了 “光 - 熱 - 催化” 多物理場(chǎng)協(xié)同的研究新維度。從基礎(chǔ)科學(xué)層面的反應(yīng)機(jī)理解析，到能源與環(huán)境領(lǐng)域的規(guī)模化應(yīng)用，該技術(shù)正推動(dòng)催化化學(xué)向 “精準(zhǔn)化、智能化” 方向演進(jìn)。隨著光學(xué)工程、材料科學(xué)與計(jì)算技術(shù)的交叉融合，雙光路系統(tǒng)有望成為碳中和目標(biāo)下，氫能制備、CO?轉(zhuǎn)化等關(guān)鍵技術(shù)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(píng)價(jià)及篩選，可用于光催化的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、反應(yīng)歷程等方面的研究。

      主要應(yīng)用到高溫光熱催化反應(yīng)，光熱協(xié)同催化，具體可用于半導(dǎo)體材料的合成燒結(jié)、催化劑材料的制備、催化劑材料的活性評(píng)價(jià)、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(lǐng)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(píng)價(jià)及篩選的固定床光熱反應(yīng)裝置，適用于氣體、液體或氣液同時(shí)進(jìn)料；氣固、液固、氣液固反應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度、氣相流量、液相流量的自動(dòng)控制，反應(yīng)溫度能夠?qū)崿F(xiàn)程序控制升溫（線性升溫），通過(guò)程序升溫設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度的升溫時(shí)間和保溫時(shí)間，配合GC等分析儀器對(duì)不同壓力、溫度下的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物進(jìn)行階段性在線檢測(cè)分析。

   系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)：

     1) 系統(tǒng)中的減壓系統(tǒng)，可與反應(yīng)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(diǎn)、壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)均配有超溫、超壓報(bào)警，自動(dòng)聯(lián)鎖保護(hù)。

    2) 進(jìn)料系統(tǒng)，通入不同的氣體時(shí)，可在流量系數(shù)表選擇或輸入對(duì)應(yīng)的氣體流量系數(shù)，實(shí)現(xiàn)氣體種類的多樣性和準(zhǔn)確性。

    3) 夾層控溫標(biāo)氣模塊，耐壓管體內(nèi)甲苯、乙醇等反應(yīng)液體，通入反應(yīng)氣或惰性氣體進(jìn)入模塊，將ppm級(jí)的有效氣體帶入反應(yīng)器中，通過(guò)水浴循環(huán)水機(jī)控制模塊溫度進(jìn)而控制氣體的濃度；從而大大降低實(shí)驗(yàn)成本，解決標(biāo)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(shí)驗(yàn)壓力選擇對(duì)應(yīng)的壓力系統(tǒng)，為催化劑提供穩(wěn)定精準(zhǔn)的、穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

   5) 系統(tǒng)控制全部采用PLC軟件自動(dòng)化控制，實(shí)時(shí)監(jiān)控反應(yīng)過(guò)程，自動(dòng)化處理數(shù)據(jù)，并提供全套實(shí)驗(yàn)方案。屏幕采用工控觸屏PLC，可以根據(jù)需求隨時(shí)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(xué)工作站、TPR、TPD、SPV、TPV、拉曼等測(cè)試分析儀器。

   6) 系統(tǒng)集進(jìn)料系統(tǒng)、恒壓系統(tǒng)、穩(wěn)流系統(tǒng)、預(yù)熱系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、產(chǎn)物收集系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)于一體。