一、引言：光热催化的技术瓶颈与双光路设计的破局意义

      光热催化作为融合光催化与热催化优势的前沿技术，通过光能转化为热能与化学能的协同作用，可在温和条件下提升催化效率。然而，传统单光路系统普遍存在光能利用率低、热场分布不均、反应路径调控能力有限等问题，严重制约了其在能源转化、环境治理等领域的规模化应用。双光路光热催化系统通过创新性的光路设计，实现了光能的分级利用与热 - 光场的精准耦合，为突破传统技术瓶颈提供了全新解决方案，正引领光热催化研究进入 “精准调控” 的新阶段。

二、双光路系统的核心架构与协同机制

（一）系统设计原理与关键组件

      双光路光学模块：

      主光路：采用高功率宽谱光源（如氙灯、LED 阵列），聚焦于催化剂表面，提供光激发所需的能量（如电子 - 空穴对生成）。

      辅助光路：通过滤光片或波长选择器，引入特定波段光（如近红外光），精准调控催化剂局部热效应，避免全局过热。

      热管理与反应腔设计：

      集成微通道热沉、红外测温传感器，实现反应温度（±1℃）与热场均匀性（偏差＜5%）的实时监测与调控。

（二）光 - 热协同催化的科学机制

协同维度	单光路系统局限性	双光路系统优势
能量利用效率	光能转化为热能的过程存在能量耗散，量子效率＜30%	双光路分级激发，量子效率提升至 50% 以上，热能利用率提高 40%
活性位点调控	热效应均匀性差，活性位点易烧结失活	辅助光路局部加热，活性位点稳定性提升 2 倍，寿命延长至 1000h+
反应路径调控	光生载流子与热活化反应耦合随机性强	主光路控制光催化反应，辅助光路调控热催化动力学，实现 C-C 键断裂 / 形成等复杂反应的路径选择性调控（选择性＞90%）

三、双光路技术的突破性应用场景

（一）能源领域：高效产氢与 CO₂转化

      光热协同分解水制氢：在双光路系统中，主光路（紫外 - 可见光）激发 TiO₂光生载流子，辅助光路（近红外光）加热至 200℃，实现产氢速率 3.2 mmol・g⁻¹・h⁻¹，较传统单光路提升 2.8 倍。

      CO₂甲烷化：采用双光路驱动负载型 Pd/ZnO 催化剂，通过主光路（450nm）促进 CO₂吸附活化，辅助光路（808nm）维持 250℃热催化环境，CH₄选择性达 92%，转化效率较热催化提升 40%。

（二）环境治理：VOCs 降解与废水处理

      挥发性有机物（VOCs）深度矿化：针对苯系物处理，双光路系统通过主光路（365nm）激发催化剂表面羟基自由基（・OH），辅助光路（中红外光）维持 150℃，实现甲苯降解率 99.5%，矿化率 98%，能耗降低 35%。

      染料废水脱色：在双光路协同作用下，g-C₃N₄催化剂对罗丹明 B 的降解速率达 0.23 min⁻¹，较单一光催化或热催化提升 5 倍以上。

四、技术挑战与未来发展方向

（一）当前瓶颈问题

      光路耦合复杂度：双光路同步调控需高精度光学元件，系统成本较单光路增加 20%-30%。

      催化剂适配性：传统光催化剂与热催化活性位点的协同机制仍需深入研究，如贵金属纳米颗粒在光热协同下的烧结机理。

（二）前沿探索方向

      智能调控系统：引入机器学习算法，基于实时光谱与温度数据，动态优化双光路功率配比，实现反应效率自主优化。

      柔性器件集成：开发可穿戴式双光路光热催化模块，应用于室内空气净化、便携式能源设备等场景。

     理论计算突破：结合密度泛函理论（DFT）与分子动力学模拟，构建双光路光热催化的多尺度理论模型，指导催化剂设计。

五、结语：双光路技术引领光热催化产业化新征程

      双光路光热催化系统通过 “光能分级利用 + 热场精准调控” 的创新范式，不仅突破了传统催化技术的效率天花板，更开创了 “光 - 热 - 催化” 多物理场协同的研究新维度。从基础科学层面的反应机理解析，到能源与环境领域的规模化应用，该技术正推动催化化学向 “精准化、智能化” 方向演进。随着光学工程、材料科学与计算技术的交叉融合，双光路系统有望成为碳中和目标下，氢能制备、CO₂转化等关键技术的核心支撑，为全球能源与环境挑战提供革命性解决方案。

产品展示

      SSC-DPTC双光路光热催化系统，适用于光热协同催化、光催化催化剂的评价及筛选，可用于光催化的反应动力学、反应历程等方面的研究。

      主要应用到高温光热催化反应，光热协同催化，具体可用于半导体材料的合成烧结、催化剂材料的制备、催化剂材料的活性评价、光解水制氢、光解水制氧、二氧化碳还原、气相光催化、甲醛气体的光催化降解、VOCs、NOx、SOx、固氮等领域。

      SSC-DPTC双光路光热催化系统（<5MPa）为一套用于完成催化剂活性评价及筛选的固定床光热反应装置，适用于气体、液体或气液同时进料；气固、液固、气液固反应，能够实现温度、气相流量、液相流量的自动控制，反应温度能够实现程序控制升温（线性升温），通过程序升温设定实验温度的升温时间和保温时间，配合GC等分析仪器对不同压力、温度下的实验产物进行阶段性在线检测分析。

   系统优势：

     1) 系统中的减压系统，可与反应气钢瓶直接连接，管路配有比例卸荷阀、高精度压力表及压力传感器，所有温度控制点、压力监测点均配有超温、超压报警，自动联锁保护。

    2) 进料系统，通入不同的气体时，可在流量系数表选择或输入对应的气体流量系数，实现气体种类的多样性和准确性。

    3) 夹层控温标气模块，耐压管体内甲苯、乙醇等反应液体，通入反应气或惰性气体进入模块，将ppm级的有效气体带入反应器中，通过水浴循环水机控制模块温度进而控制气体的浓度；从而大大降低实验成本，解决标气贵的难题。

   4) 恒压系统，配合低压、高压双压力系统使用，根据实验压力选择对应的压力系统，为催化剂提供稳定精准的、稳定的实验环境。

   5) 系统控制全部采用PLC软件自动化控制，实时监控反应过程，自动化处理数据，并提供全套实验方案。屏幕采用工控触屏PLC，可以根据需求随时更改使用方案。鑫视科shinsco提供气相色谱仪、液相色谱仪、电化学工作站、TPR、TPD、SPV、TPV、拉曼等测试分析仪器。

   6) 系统集进料系统、恒压系统、稳流系统、预热系统、反应系统、产物收集系统、PLC控制系统于一体。