一、传统光催化：潜力与难以逾越的效率瓶颈

      光催化被誉为 “人工光合作用” 的核心技术，其基本原理是半导体吸收光能后产生电子 - 空穴对，驱动氧化还原反应实现光能向化学能的转化。自 TiO₂光催化分解水被发现以来，该技术在能源转化（如制氢）、环境治理等领域展现出巨大潜力，尤其在药物合成中凭借温和条件、高选择性等优势成为关键支撑技术。

      然而，理想化的效率数据背后隐藏着三重核心瓶颈：

载流子复合的 “致命短板”：光生电子与空穴在皮秒至纳秒内便会发生辐射或非辐射复合，能迁移至催化剂表面参与反应的载流子占比极低，这一 “时间错配” 成为效率受限的根源。

能量损失的多重侵蚀：入射光在反应器壁反射、溶液散射中损失 10-20%，光子能量超过带隙的部分转化为热，产物还会通过反向反应（如 H₂与 O₂再结合）抵消成果。

反应体系的非连续性：传统悬浮反应器中，催化剂团聚导致遮光效应，气液固三相传质效率低下，难以实现反应物的持续供给与产物的及时分离。

这些缺陷使得光催化效率远低于电催化，也制约了其工业化应用。

二、光电流动技术：突破瓶颈的协同创新

     光电流动技术以光电流动反应池（PECFC） 为核心，通过 “光 - 电协同催化 + 流动体系强化” 的双重创新，构建了连续化光能 - 化学能转化的新路径。其突破点体现在三个维度：

（1）光 - 电协同：从 “被动分离” 到 “主动调控”

传统光催化依赖半导体自身实现电荷分离，而光电流动技术引入外加电场与异质结设计，形成 “双重驱动” 机制：

电荷定向迁移：采用 S 型异质结（如 BiVO₄/g-C₃N₄），在能带弯曲与内建电场作用下实现强氧化空穴与强还原电子的有效分离，配合电场引导电子 / 空穴分别参与阴极还原与阳极氧化反应，从根本上抑制复合。

反应驱动力可调：通过最大功率点跟踪（MPPT）技术动态匹配光照与负载，光 - 电转换效率提升至 18%，较传统系统提高 50%。

（2）流动体系：重构传质与反应连续性

借鉴微流控技术的设计理念，光电流动系统实现了反应过程的 “连续化革命”：

传质效率跨越式提升：蛇形流道、叉指电极等结构延长反应物停留时间至 10 分钟以上，传质系数提升 10-100 倍；微孔光电极使析氢反应中 H₂气泡直径小于 10μm，避免传质受阻。

原位分离与监测：通过膜分离实现氧化还原区空间隔离，抑制反向反应；集成拉曼探头与在线质谱，可实时监测中间体生成与产物分布。

（3）材料与系统的集成优化

核心组件的创新进一步夯实了技术基础：

宽光谱响应材料：MOFs 材料（如 ZIF-8@CuPc）通过可调孔径增强 CO₂吸附，碳量子点包覆使催化剂寿命突破 1000 小时；

抗腐蚀系统设计：纯钛池体配合镀金 / 铂电极，耐受强腐蚀性介质，解决了传统设备漏液漏气问题；

能量梯级利用：集成热电联供系统回收废热，综合能效再提升 10%。

三、新范式的核心价值与应用图景

      光电流动技术构建的 “连续化转化范式”，其价值不仅在于效率提升，更在于重构了光能利用的工业逻辑：

（1）效率与成本的双重突破

在能源转化领域，西安交通大学的光热电一体化系统将太阳能制氢成本降至 1 元 / 标方，较传统电解水降低 70%；清华大学开发的合金气凝胶电极在 1000mA/cm² 电流密度下连续运行 6000 小时无衰减，产氢效率提高 40%。在 CO₂还原中，SSC-PEFC20 反应池实现 95% 以上脱氮效率，产物选择性与收率同步提升。

（2）多领域的工业化适配

精细化工：诺华公司通过微通道固定床反应器，将恩格列净中间体的对映体过量值（ee）从 88% 提升至 99.5%，实现药物中间体的连续化高效合成；

环境治理：中国科大团队利用该技术实现聚四氟乙烯的克级脱氟，河北大学的 SMCD 反应器在低 C/N 比废水中总氮去除率超 90%；

能源存储：与光伏系统耦合构建 “光 - 电 - 化学” 储能链条，为可再生能源消纳提供解决方案。

（3）向天然光合系统的逼近

这一技术范式深度借鉴了天然光合作用的智慧：流动体系模拟叶片的层级结构优化光捕获与传质，分区反应模仿叶绿体的空间隔离抑制逆反应，宽光谱材料如同叶绿素的选择性吸收 —— 通过工程化手段实现了对自然高效能量转换机制的人工复刻。

四、挑战与未来方向

      当前光电流动技术仍面临工业化瓶颈：实验室微通道（持液量 <100mL）向工业级（>10L）放大时，流动均匀性与热管理难度陡增；强腐蚀介质下材料稳定性不足，成本控制压力较大；AI 模型与实时监测数据的耦合度有待提升。

未来的突破方向将聚焦于：

材料创新：开发柔性可拉伸电极与光 - 电 - 磁协同材料，适应复杂流场与多场耦合需求；

系统集成：构建 “反应 - 分离 - 纯化” 全连续生产线，探索超临界条件下的高温高压反应；

产业生态：完善设计与测试标准，借力 “十四五” 微化工政策支持，推动 2030 年 500 亿元市场规模的落地。

五、总结

      从光催化到光电流动，本质上是从 “单一材料驱动” 向 “系统工程协同” 的范式转变。这一转变不仅破解了光能转化的效率魔咒，更构建了连接实验室基础研究与工业化应用的桥梁。随着材料、设备与算法的深度融合，光电流动技术有望成为碳中和时代的核心能源转化技术支撑。

产品展示

      SSC-PEFC20光电流动反应池实现双室二、三、四电极的电化学实验，可以实现双光路照射，用于半导体材料的气-固-液三相界面光电催化或电催化的性能评价，可应用在流动和循环光电催化N2、CO2还原反应。反应池的优势在于采用高纯CO2为原料气可以直接参与反应，在催化剂表面形成气-固-液三相界面的催化体系，并且配合整套体系可在流动相状态下不断为催化剂表面提供反应原料。

      SSC-PEFC20光电流动反应池解决了商业电催化CO2还原反应存在的漏液、漏气问题，采用全新的纯钛材质池体，实现全新的外观设计和更加方便的操作。既保证了实验原理的简单可行，又提高了CO2还原反应的催化活性，为实现CO2还原的工业化提供了可行方案。

产品优势：

SSC-PEFC20光电流动反应池优势：

● 半导体材料的电化学、光电催化反应活性评价；

● 用于CO2还原光电催化、光电解水、光电降解、燃料电池等领域；                

● 微量反应系统，极低的催化剂用量；

● 配置有耐150psi的石英光窗；

● 采用纯钛材质，耐压抗腐蚀；

● 导电电极根据需要可表面镀金、钯或铂，导电性能极佳，耐化学腐蚀；

● 光电催化池可与光源、GC-HF901（EPC）、电化学工作站、采样系统、循环系统配合，搭建光电催化CO2还原系统，实现在线实时测试分析。