近年來，光熱催化（photothermal catalysis）在 CO? 轉(zhuǎn)化、甲烷重整、氣相污染物治理等方向快速升溫：通過寬譜光吸收將光能轉(zhuǎn)化為熱能，在催化劑附近構(gòu)建高溫反應(yīng)微環(huán)境，被視為連接“太陽能-熱催化”的重要路徑之一。目前相當(dāng)多實驗仍采用“電爐+光源”的組合：即在傳統(tǒng)電加熱爐中放置催化劑，同時從外部照射光源以提供光子。這種做法雖然方便控制溫度，但光效應(yīng)與熱效應(yīng)相互疊加，難以明確區(qū)分光照引發(fā)的反應(yīng)貢獻。這種科學(xué)問題拆解不清的狀況阻礙了對反應(yīng)機理的深入理解。例如，光照到底是通過提高溫度（熱效應(yīng)）促進反應(yīng)，還是直接參與了光化學(xué)過程，目前難以定量辨別。此外，電爐加熱還導(dǎo)致無法準確評估“太陽能-化學(xué)能轉(zhuǎn)換效率”，因為反應(yīng)所需熱能并非全部來自光。

在一項發(fā)表于Nature Communications的研究中^[1]，為避免電加熱帶來的能量轉(zhuǎn)換損耗和反應(yīng)點位受熱不均勻?qū)е碌拇呋瘎Y(jié)，作者以Cu基高熵二維氧化物為模型體系，在無外加加熱條件下開展光致熱CO?轉(zhuǎn)化實驗，通過光-熱轉(zhuǎn)換直接利用太陽能驅(qū)動RWGS等本征高溫反應(yīng)，真實評估純光照條件下催化劑可達到的工作溫區(qū)。研究者引入具有寬譜強吸收特性的TiC基光熱結(jié)構(gòu)，并將催化劑構(gòu)筑于受光的管式固定床反應(yīng)器中，通過直接受光實現(xiàn)反應(yīng)區(qū)的原位加熱，同時對催化劑床層溫度進行監(jiān)測。結(jié)果表明，在1 sun與2 suns的條件下，床層溫度分別可達約350 ℃與459 ℃，CO生成速率高達248.5 mmol g?¹ h?¹（2 suns）, 同時展現(xiàn)出36.2%的太陽能-化學(xué)能轉(zhuǎn)化效率。

綜上，在光熱催化領(lǐng)域，實現(xiàn)純光致熱（僅依靠光照產(chǎn)生熱量驅(qū)動反應(yīng)）的實驗方案已成為迫切需求。泊菲萊科技開發(fā)了PLR PTCS-31太陽能光熱催化模擬實驗裝置，通過臥式集熱反應(yīng)器、可控光場與多點測溫設(shè)計，以模擬太陽光的大功率LED為唯一能量輸入，在室內(nèi)構(gòu)建高溫、可控、可表征的純光致熱環(huán)境，可為復(fù)現(xiàn)并系統(tǒng)開展此類高溫光致熱反應(yīng)提供直接可行的平臺支撐。

PLR PTCS-31太陽能光熱催化模擬實驗裝置

No.1 三段式可調(diào)LED光源 

光源由不同波段的LED模塊組合而成，能夠分別調(diào)節(jié)紫外/可見、近紅外等波段的光強，實現(xiàn)“反應(yīng)光”與“加熱光”的分區(qū)控制。在集熱管受光面上，光照均勻性優(yōu)于90%，其初始最大輻照度≥300 mW/cm²。通過精確調(diào)整各段功率，用戶可以模擬太陽光譜或按需強化某一波段，以探究光譜組成對催化反應(yīng)的影響。這種靈活的光譜調(diào)控能力有助于分別評估光化學(xué)效應(yīng)與熱效應(yīng)，對應(yīng)解決了傳統(tǒng)設(shè)備光譜不可獨立控制的問題。