在催化技術的發展歷程中，光催化與熱催化始終是兩大核心方向，各自在能源轉化、環境治理等領域發揮著重要作用。然而，兩者均存在難以突破的技術瓶頸 —— 光催化依賴特定波長的光能輸入，量子效率低且反應速率受限；熱催化則需要高溫條件驅動，能耗高且易導致催化劑燒結失活。在 “雙碳" 目標與綠色技術革命的推動下，一種融合兩者優勢的新型催化技術 ——光致熱催化應運而生，成為跨越光催化與熱催化的關鍵橋梁，為解決能源與環境領域的復雜問題提供了全新思路。

一、光致熱催化的核心原理：光能與熱能的協同轉化

      光致熱催化的本質的是通過 “光 - 熱 - 催化" 的協同作用，打破傳統催化技術的局限。其核心過程可分為三個關鍵步驟：

      首先是光熱轉換，催化劑通過吸收太陽光（尤其是近紅外光等能量密度較高的波段），將光能轉化為熱能，使催化劑表面溫度快速升高至熱催化所需的反應溫度區間（通常為 200-800℃）；其次是光激發作用，部分特定結構的催化劑（如等離子體金屬納米顆粒、半導體 - 金屬異質結）在光照下會產生光生載流子（電子 - 空穴對），這些載流子可直接參與催化反應，降低反應活化能；最后是熱催化強化，光熱轉換產生的熱能不僅為反應提供了必要的能量，還能激活催化劑表面的活性位點，提升反應速率，同時光生載流子的存在可抑制熱催化過程中的副反應，提高目標產物的選擇性。

      這種 “光熱耦合" 機制，既規避了光催化對光能的單一依賴，又降低了熱催化對外部高溫加熱的需求，實現了 “1+1>2" 的催化效果。例如，在 CO?還原反應中，傳統光催化的 CO 生成速率僅為幾 μmol?g?1?h?1，傳統熱催化需在 400℃以上才能達到可觀活性，而光致熱催化在模擬太陽光照射下，即可實現 CO 生成速率超 100μmol?g?1?h?1，且產物選擇性接近 100%。

二、光致熱催化與傳統催化技術的差異：從 “單一驅動" 到 “協同驅動"

      為更清晰地理解光致熱催化的橋梁作用，可通過對比其與光催化、熱催化的核心特征，看其如何彌補兩者的不足：

      從對比可見，光致熱催化的核心優勢在于 **“協同驅動"**：以太陽光為清潔能量來源，通過光熱轉換實現 “自加熱"，無需外部高溫設備，解決了熱催化的高能耗問題；同時，光生載流子的參與提升了量子效率，避免了光催化 “低效、依賴特定光源" 的短板。這種特性使其既能應用于光催化擅長的常溫反應（如污染物降解），又能勝任熱催化主導的高溫反應（如 CO?還原、甲烷重整），真正實現了對兩種傳統技術的 “跨界融合"。

三、光致熱催化的應用場景：從實驗室走向產業化

      憑借 “光熱協同" 的獨特優勢，光致熱催化已在多個領域展現出產業化潛力，成為解決能源轉化與環境治理難題的關鍵技術：

1. 能源轉化領域：高效利用可再生能源

      在太陽能制氫方面，傳統光催化分解水制氫面臨 “產氫速率低、需犧牲劑" 的問題，而光致熱催化可通過光熱轉換將催化劑溫度提升至 300-500℃，同時利用光生載流子激活水分子，實現 “光熱協同制氫"。例如，中科院團隊開發的 Au/TiO?@碳納米管復合催化劑，在模擬太陽光照射下，光致熱轉換效率達 85%，產氫速率達 560μmol?g?1?h?1，是傳統光催化的 10 倍以上。

      在 CO?資源化利用方面，光致熱催化可在中低溫下實現 CO?與 H?、CH?的反應，生成 CO、CH?OH 等燃料。美國斯坦福大學的研究表明，使用 Ni 基光致熱催化劑，在太陽光照射下，CO?甲烷化反應的轉化率可達 92%，產物 CH?的選擇性超 95%，且反應過程無需外部加熱，能耗僅為傳統熱催化的 1/5。

2. 環境治理領域：高效降解難處理污染物

      對于工業廢水中的持久性有機污染物（如苯酚、抗生素），傳統光催化降解速率慢，而熱催化需高溫條件難以應用于水溶液體系。光致熱催化可通過光熱轉換使催化劑表面溫度升高至 80-150℃（水溶液體系耐受范圍內），同時光生載流子產生羥基自由基（?OH），加速污染物降解。例如，清華大學開發的 Bi?WO?/ 石墨烯光致熱催化劑，在可見光照射下，1 小時內即可將苯酚降解率從傳統光催化的 35% 提升至 98%，且催化劑可重復使用 10 次以上，穩定性優異。

3. 工業催化領域：替代傳統高能耗工藝

      在化工行業的 “甲烷重整制合成氣" 工藝中，傳統熱催化需在 800-1000℃高溫下進行，能耗占整個工藝的 40% 以上。光致熱催化可利用太陽光實現 “自加熱"，將反應溫度降至 500-600℃，同時提升甲烷轉化率至 90% 以上。目前，沙特阿美石油公司已啟動光致熱催化甲烷重整的中試項目，預計未來可降低該工藝能耗 30%-40%。

四、挑戰與展望：推動光致熱催化走向成熟

      盡管光致熱催化展現出巨大潛力，但要實現產業化應用，仍需突破三大核心挑戰：

      一是高效光熱催化劑的設計。目前多數催化劑的光熱轉換效率（尤其是對可見光、近紅外光的吸收）仍不足 70%，且光生載流子復合率較高。未來需通過精準調控催化劑的形貌、晶面、異質結構（如半導體 - 金屬 - 碳材料復合體系），提升光熱轉換效率與載流子分離效率。

      二是反應機理的深入研究。當前對光致熱催化中 “光 - 熱 - 催化" 的協同作用機制仍不明確，例如光能與熱能如何共同影響反應活化能、光生載流子的作用路徑等。需結合原位表征技術（如原位 XRD、原位 XPS、原位 Raman）與理論計算（DFT、分子動力學模擬），揭示反應機理，為催化劑設計提供理論指導。

      三是規模化反應裝置的開發。實驗室研究多采用小尺寸反應器（毫升級），而產業化需擴大至立方米級，如何保證太陽光在大體積反應器內的均勻照射、催化劑的高效回收與循環利用，仍是亟待解決的問題。

      展望未來，隨著材料科學、能源工程與催化化學的交叉融合，光致熱催化有望在以下方向取得突破：一是開發 “全光譜響應" 的光熱催化劑，實現對太陽光的高效利用；二是構建 “光致熱催化 - 產物分離" 一體化裝置，降低產業化成本；三是將光致熱催化與儲能技術結合，實現夜間或陰天的持續反應。

      作為跨越光催化與熱催化的橋梁，光致熱催化不僅為催化技術的發展提供了新范式，更為實現 “碳達峰、碳中和" 目標提供了關鍵技術支撐。未來，隨著技術的不斷成熟，光致熱催化有望在能源轉化、環境治理、工業催化等領域實現規模化應用，成為推動綠色低碳發展的核心技術之一。

產品展示

      將太陽能轉化為熱能，并將其轉化為化學能的催化反應，光熱催化反應。根據能量轉換路徑以及熱能和電子激發起到催化反應作用程度的不同，將光熱催化分類為光輔助熱催化，熱輔助光催化以及光熱協同催化。

      SSC-PTCR光致熱催化反應系統，實現了雙光源照射，提高了光致熱的能量輸出，加快光催化實驗的進度，可以實時監測催化劑溫度；配套的質量流量PLC控制系統，實現各種反應氣體的任意匹配，更有利于實驗的調整，配方的研發。

      SSC-PTCR光致熱催化反應系統，配合控溫和磁力攪拌器，直接升級為釜式光熱催化系統，可以實現一機多用，多種體系下評價催化劑的活性。

產品優勢：

1)、自主研發控溫系統，杜絕溫度過沖；

2)、配置藍寶石晶體窗口，具有高強度、高硬度，耐高溫、耐磨擦、耐腐蝕，透光性能好、電絕緣性能優良；

3)、內部磁力攪拌；

4)、內含粉末催化劑放置平臺，氣體與催化劑充分接觸；

5)、釜體內部即可實現氣固反應，也可以實現氣液反應；

6)、實現在高壓（<5MPa）高溫(<250℃)下的材料催化；

7)、法蘭雙線密封技術，解決密封泄漏問題；

8)、配置高質量針型閥、三通球閥、壓力表，實現了靈活控制釜體壓力；

9)、配置安全卸荷閥，給實驗安全環境又添了一道安全；

10)、釜內配置有報警，當出現超溫、超壓情況時，自動切斷加熱電源，讓操作更安全；

11)、反應釜還采用雙線槽柔性密封，良好的密封結構解決了攪拌存在的泄露問題，使整個介質和攪拌部件處于密封的狀態中進行工作，因此更適合用于各種易燃易爆、貴重介質及其它滲透力強的化學介質進行攪拌反應。