傳統的催化反應裝置往往局限于單一或兩種能量場的疊加，尤其在多場耦合條件下，因不同能量形式的特性不同，在催化反應界面處，往往在設計上是機械式低效疊加，顧此失彼。一方面，不同的能量源到達反應位的功率比例嚴重失調，尤其是在發揮作用的光輻照的能量（有效波長的能量），往往遠低于所需匹配熱能功率；另一方面，無法精細探究各能量場間的協同機理，泊菲萊速熱式多場固定床反應裝置則打破了這一局面，速熱式多場固定床反應裝置以構建場能強化及多場靈活耦合為目標(光、熱、微波)，從電子態調控、反應動力學優化、物質傳輸強化等多維多改變催化反應路徑，實現”1+1>2“的增強效應，該裝置在固定床反應體系中首次采用了可以靈活更換的LED光源，而非傳統方案中幾乎采用的氙燈光源，使得光波長這個關鍵參量可以在光熱固定床反應中被解耦，活化氣體底物更具有可選擇性、更加精準。

獨立操控：光場、熱場、微波場均可獨立開啟、關閉與精確調控。

靈活組合：研究者可根據實驗需求，自由組合“光-熱”、“微波-熱”、“光-微波”乃至“光-熱-微波”三種能量場，實現從雙場協同到三場聯動的無縫切換。

搶先見證“光·熱·微波”的共舞！

能效革新

● 光能利用效率：提升約60 %以上(相比頂照式導光柱結構)

頂照式光熱反應器光利用效率為約50 %左右

該反應器光利用效率為約80 %左右

綜合效率提升約60 %以上

● 電熱利用效率：提升約3倍以上(相比傳統管式爐裝置)

管式加熱爐在500 ℃空載維持功率約為130 ~ 150W左右

該反應器在500 ℃空載維持功率測試約為40 W左右

綜合電能利用可提升約3倍以上

● 實驗時間效率：提升數倍以上(相比傳統固定床裝置)

傳統固定床因加熱平衡及降溫較慢，溫度調節或催化劑篩選耗時，尤其是降溫過程一般需要隔天操作

該反應器升降溫均比較快，熱平衡約在15 min，一天最多可以做8個以上樣品

綜合時效可提升約數倍以上

實現了單波長高能量光密度光-熱耦合催化反應;

實現微波場與催化劑的耦合策略(如異質結催化劑設計)，開發了集光-熱-微波的多場耦合式集成反應器;

開發了針對工業廢氣、化工尾氣的難降解問題的解決方案。

創新突破

1、專利反應器設計，光效與熱效的完美統一

速熱式多場固定床反應裝置采用獨特的透明耐壓石英管反應器，三排呈120°分布的高功率LED光源從圓柱面外側、通過光學透鏡整形為矩形光斑，均勻輻照至催化劑載體表面。

創新性的”三面輻照縫合”技術，如同為催化劑表面“穿”上一件無縫的光能外衣，解決了傳統爐體開孔式光反應器光照不均、能量損失大（尤其是大量催化劑不能得到充分光照）的痛點，光能利用率與輻照均勻性實現數量級提升。

實測證明：在僅開啟合計數百瓦電功率的LED光源，且不開啟電加熱情況下，單憑LED光能即可將催化劑表面快速升溫至500攝氏度，實現了“光熱效應”的即啟即用。而光能適當冗余，恰恰是光熱催化中的能量結構匹配的重要條件需求。

2、內嵌式焦耳熱，實現超快速程序升溫

• 反應器核心內部集成多孔導電載體（如碳化硅、鈦合金），將高效的焦耳熱概念引入固定床。

•相比傳統的馬弗爐外加熱方式，該設計實現了由內而外的直接、均勻加熱，溫升速率遠超傳統裝置，能在分鐘級達到目標反應溫度，極大提升了實驗效率并減少了升溫過程熱背景效應的干擾。

3、真空隔熱與微波屏蔽，確保低功耗、能量場純凈與高效

• 在耐壓石英管外部，設計有高真空夾套腔體和紅外反射器。它一方面有效阻止了內部反應管的熱傳導耗散，提升了熱效率；另一方面，真空腔為光場的穿透提供了絕佳通道，反射器的設計亦不影響光能傳輸。

•反應器下端精準布置4個針狀微波饋源，確保微波能量高效、均勻地注入反應體系。真空套管外部覆蓋的微波屏蔽網，嚴格約束了微波場，防止能量泄漏，保障了實驗人員安全與場域的獨立性。

清華大學化工系應用現場

特色優勢

●特色1 多能量場耦合

速熱式多場固定床反應裝置集成多功能反應爐、三聯環照式LED光源及固態微波模塊三大核心部件，可精準構建電阻熱場、光場與微波場，支持單一場作用及多場協同催化研究。其中，電阻熱場依托內置加熱器件設計，使催化劑與加熱部件緊密接觸，大幅減少熱傳導損耗，提升熱利用效率；三聯環照式LED光源能對反應爐內催化劑實現高密度精準輻照，波長可選配365 nm、380 nm、405 nm、420 nm、760 nm等，可靈活匹配不同催化劑的帶隙需求；固態微波模塊可提供約250 W微波輸出，并實時顯示入射功率與反射功率，便于精準監控微波能量利用效率，保障反應穩定性。基于上述配置，裝置可靈活開展光-熱、光-微波、光-熱-微波等多場耦合催化實驗。

●特色2 速熱式特性

裝置在不同能量場作用下展現出顯著的快速升溫性能：電阻加熱溫升速率可達約100 ℃/ min，微波加熱約40 ~ 50 ℃/ min，光源加熱約20 ℃/ min，能根據客戶具體反應需求靈活選擇，精準匹配快速升溫場景。同時，裝置熱平衡建立迅速，僅需約15 min，較傳統裝置加熱平衡效率提升3倍以上；且支持加熱-冷卻快速切換，大幅縮短整體實驗周期。

●特色3 簡化操作，提升效率

速熱式多場固定床反應裝置搭配下位機顯示與操作功能，為用戶提供便捷的智能化操作體驗。用戶可通過下位機便捷且精準地調控光源功率、微波輸出比例，裝置操作流程安全可控，同時具備極強的場景適配性，可靈活應對不同研究與生產場景。

●特色4 快速響應

①熱平衡快(約15 min)，相比傳統加熱平衡耗時約提升約3倍以上;②反應區空余體積小，幾乎無死體積，氣體置換高效，反應響應時間小(數秒級)，相比傳統管式反應器提升明顯

●特色5 高效節能

光源：環照式結構設計，使光源緊貼反應器，光程損失小，反應器內置反射層，提升反射光的二次利用

電阻熱：①內置加熱器件，催化劑緊貼加熱器件，有效降低熱傳導損失;②真空隔熱層設計，通過真空環境降低空氣導熱系數(導熱系數低于常壓下1/100);③反應器內置反射層，具有熱紅外反射二次利用;相比傳統反應爐，維持能耗節約3倍以上

●特色6 光能利用

①LED光源單波長光，實現了光源精準調控，匹配催化劑帶隙，避免多波長干擾，提升量子效率

②輻照面積大幅度提升，單色波長光功率密度較高，催化劑表面最大可實現越約32個太陽以上，其中有效受光面積3.14 cm²(床層高度10 mm) ~ 15.7 cm²(床層高度50 mm)，最大受光面積約為31.4 cm²，如HL100-365光源光功率密度>3.2 W/ cm²(無網孔屏蔽層測試下)

應用領域

熱-光-微波多場耦合

熱-光耦合

電阻熱場

熱-微波耦合

光能量場

光-微波耦合

微波能量場

技術參數