一、传统催化技术的瓶颈与电热催化的破局之路

      传统催化反应（如热催化、光催化）往往受限于反应温度窗口窄、能耗高、催化剂活性衰减快等问题。例如，热催化需在高温下维持反应速率，导致能源浪费与设备损耗；光催化则面临光能利用率低、反应条件苛刻等挑战。而电热催化技术通过电场与热场的协同作用，打破了传统催化的 “温度依赖魔咒”：

      电场赋能：通过施加电场（如等离子体、介电加热），直接激活反应物分子或催化剂表面活性位点，降低反应活化能。

      精准控温：结合电阻加热、红外辐射等方式实现局部热场调控，避免 “全局高温” 带来的副反应与能耗浪费。

      案例：在 CO₂还原反应中，传统热催化需 300℃以上才能维持效率，而电热催化通过介电加热与电场协同，可在 200℃以下实现同等转化率，能耗降低 40% 以上。

二、电热催化的核心机制：多场耦合下的催化革新

    电热催化的突破性源于 “电 - 热 - 催化” 的多物理场耦合效应，其关键机制包括：

    电子激发与极化作用

      电场诱导催化剂表面电子跃迁，形成高活性氧空位或缺陷位点，增强对反应物的吸附与活化。

      极性分子（如 H₂O、CO）在电场中产生偶极极化，加速分子定向迁移与反应中间体生成。

   热场精准调控活性位点

     通过纳米级电热材料（如碳纳米管、金属氧化物复合材料）实现 “热点” 区域精准加热，避免催化剂整体烧结失活。

     动态温度梯度设计（如反应区局部高温 + 非反应区低温）优化反应路径，抑制副产物生成。

  界面电荷 - 热协同效应

     电场促进催化剂 - 载体界面的电荷转移，强化表面氧化还原循环（如 O₂解离 - 吸附过程）。

      典型应用：在甲烷干重整反应中，电热催化通过电场增强 C-H 键断裂，结合局部热场促进 CO₂活化，使 H₂产率提升 3 倍以上。

三、电热催化技术的前沿应用与产业突破

   1. 能源转化：绿色制氢与碳循环的新引擎

      电解水制氢：电热催化耦合固体氧化物电解池（SOEC），通过电场降低析氧过电位，结合中温（600-800℃）电热维持离子传导，效率提升至 90% 以上。

      CO₂资源化：利用电热催化将 CO₂转化为甲醇、乙烯等燃料，如中科院团队开发的 “电热 - 光热协同催化体系”，在太阳能驱动下实现 CO₂转化率超 60%，远超传统光催化的 10%。

   2. 环境治理：低温高效降解污染物

      VOCs（挥发性有机物）处理：电热催化结合介孔催化剂（如 TiO₂/ 碳纳米纤维），在 150℃以下即可完全降解苯系物，能耗较传统热催化降低 50%。

      氮氧化物（NOₓ）消除：电场辅助氨选择性催化还原（NH₃-SCR），使反应温度窗口从 300-400℃拓展至 100-350℃，适配柴油车低温尾气处理。

   3. 化工合成：温和条件下的高附加值产物制备

      氨合成：打破哈伯 - 博施法（Haber-Bosch）高温高压（300atm、500℃）限制，电热催化利用固体电解质与电场，在常温常压下实现 N₂+3H₂→2NH₃，能耗降低 70%。

      精细化学品合成：如电场辅助加氢反应，在 Pd 基催化剂表面通过电热协同精准调控中间体稳定性，使药物中间体收率提升至 95% 以上。

四、技术挑战与未来趋势

   关键材料瓶颈

      需开发兼具高电热转换效率、抗烧结性的催化剂（如钙钛矿氧化物、负载型单原子催化剂），解决高温下活性位点团聚问题。

   装备集成与放大难题

      电热催化反应器需实现电场分布、温度场与流体动力学的多尺度耦合设计，例如采用 3D 打印技术制备多孔电极 - 催化剂一体化结构，提升传质效率。

   智能化调控方向

      结合机器学习算法，建立 “电场参数 - 温度场 - 催化性能” 预测模型，实现反应条件的实时优化（如根据反应物浓度动态调整电压与加热功率）。

五、结语：从实验室到产业化的催化革命

      电热催化技术正以 “低能耗、高活性、宽适应性” 的优势，重塑能源、环境与化工领域的技术范式。随着纳米材料、智能控制与装备制造的交叉融合，这一技术有望在 “双碳” 目标下成为破解能源 - 环境矛盾的核心手段，引领催化科学从 “经验驱动” 向 “多场精准调控” 的新时代迈进。

产品展示

      将太阳能转化为热能，并将其转化为化学能的催化反应，光热催化反应。根据能量转换路径以及热能和电子激发起到催化反应作用程度的不同，将光热催化分类为光辅助热催化，热辅助光催化以及光热协同催化。

      SSC-PTCR光致热催化反应系统，实现了双光源照射，提高了光致热的能量输出，加快光催化实验的进度，可以实时监测催化剂温度；配套的质量流量PLC控制系统，实现各种反应气体的任意匹配，更有利于实验的调整，配方的研发。

      SSC-PTCR光致热催化反应系统，配合控温和磁力搅拌器，直接升级为釜式光热催化系统，可以实现一机多用，多种体系下评价催化剂的活性。

   产品优势：

      1)、自主研发控温系统，杜绝温度过冲；

      2)、配置蓝宝石晶体窗口，具有高强度、高硬度，耐高温、耐磨擦、耐腐蚀，透光性能好、电绝缘性能优良；

      3)、内部磁力搅拌；

      4)、内含粉末催化剂放置平台，气体与催化剂充分接触；

      5)、釜体内部即可实现气固反应，也可以实现气液反应；

      6)、实现在高压（<5MPa）高温(<250℃)下的材料催化；

     7)、法兰双线密封技术，解决密封泄漏问题；

     8)、配置高质量针型阀、三通球阀、压力表，实现了灵活控制釜体压力；

     9)、配置安全卸荷阀，给实验安全环境又添了一道安全；

    10)、釜内配置有报警，当出现超温、超压情况时，自动切断加热电源，让操作更安全；

    11)、反应釜还采用双线槽柔性密封，良好的密封结构解决了搅拌存在的泄露问题，使整个介质和搅拌部件处于密封的状态中进行工作，因此更适合用于各种易燃易爆、贵重介质及其它渗透力极强的化学介质进行搅拌反应。