北京泊菲莱科技有限公司

在光催化及光+多场协同催化实验应用中，光源的光强是决定反应速率的关键物理参数之一。根据光化学基本定律，在催化剂活性位点充足且无质量传输限制的条件下，反应速率通常与入射光子通量密度呈正相关。较高的光强意味着单位时间内激发产生更多电子-空穴对，直接提升光催化产氢、污染物降解等反应的动力学效率。实验数据表明，当输入光强提升至有效阈值以上时，多数半导体催化剂的本征量子效率可得到更充分释放，尤其对于需要克服较高活化能垒的多电子反应（如CO₂还原）更为显著。因此，稳定且充足的光强输出是缩短反应周期、获得可靠实验数据的重要保障。一款稳定、强大的氙灯光源将是催化应用中的伙伴与利器。

然而，当前市面部分普及型氙灯光源面临两个突出制约：其一，在相同标称功率等级下，其实际作用于反应体系的有效光强强度一般，对反应效率上限形成了限制；其二，基于普及型产品的设计在维护便利性与系统集成度方面存在局限，主要体现在灯泡更换较繁复，尤其是氙灯的阴阳极需与电源供电-散热导电结构进行紧密充分连接，否则将带来较大接触电阻，导致光源功耗增加、灯泡局部发热严重等问题。另外，就是部分设备整体体积较大，对实验空间受限或需集成至封闭反应系统（如手套箱）的用户带来应用限制。针对以上问题，泊菲莱在维持设备售价总体不变的前提下，推出了全新一代普及版氙灯光源 —— PLS-CS300氙灯光源。

相比于前型产品及市面上的普及型氙灯光源产品，PLS-CS300氙灯光源具有以下3大优势：

更强：光强显著提升

PLS-CS300氙灯光源通过灯体结构调整与导光结构优化等，使输出光功率有了大幅提升。根据前期的测试结果，在不同电流条件下（排布距离等其他条件相同），光功率均提升30%以上，这种程度的光功率提升将显著促进更多、更快、更宽的光催化应用。

更快：灯泡更换便捷

其他氙灯光源更换灯泡通常需拆卸机箱与散热结构，较为复杂。而PLS-CS300氙灯光源特殊的结构设计，仅需 “松、旋、清、吹、换、紧” 6步便可完成灯泡更换，用时不足4分钟，比其他光源节省20多分钟。

更小：体积小，便于灵活适配联用

PLS-CS300氙灯光源相比其他光源更加轻巧，灯箱体积减小至约1/3，电源箱体积减小约25%。

这也使PLS-CS300氙灯光源更适合与各类光驱动多场协同催化装置的适配与联用，如泊菲莱光热与光电系统装置。

PLS-CS300氙灯光源可适配各类应用场景，相信以其卓越出色的性能，可为您提供更有力应用赋能。咨询电话：400-1161-365

▷应用领域  

【光催化】分解水制氢/制氧、全解水、CO₂还原

【光降解气体污染物】如VOCs、甲醛、氮氧化物、硫氧化物等

【光降解液体污染物】如染料、苯及苯系物等

【光催化量子效率测量、PEC光电化学、光合成、膜光催化、光致变色等】

新一代PLS-CS300氙灯光源以更高光强、更便捷操作和更小体积，为光催化及光+多场协同催化实验赋能，助力科研突破。

泊菲莱PLS-SME300/400E H1氙灯光源采用全新的增效导光结构，在减少光能传输损失的同时，可将光源输出的大部分能量聚焦在光斑中心区域，有效提高光源中心区域的光功率。

图1.（a）PLS-SME300E H1 氙灯光源；（b）PLS-SME300E H1氙灯光源内部增效导光结构示意图

PLS-SME300/400E H1氙灯光源可提供从紫外区到近红外区的强光谱输出。广泛应用于光解水制氢、光降解污染物、各类模拟日光可见光加速实验、各类模拟日光紫外波段加速实验等研究领域。可实现窄波段的催化剂改进效果评价及宽带通总体催化效果评价。PLS-SME300/400E H1氙灯光源可配合多种反应器(系统)，完成固、液、气相的在线及离线分析实验；可将研究范围拓展至大气层外的太阳光谱。

关键特征

01 全新光学结构设计，光效大幅提升，特别适用于光热催化反应；

02 新增上位机软件控制，可通过电脑控制和监测光源状态；

图2. PLS-SME300E H1氙灯光源PC端控制软件界面

03 具有定时关机功能，可合理安排实验时间；

04 采用光学光反馈技术，实现光强的长期稳定输出；

图3. PLS-SME300E H1氙灯光源长时间稳定性测试（非最高电流值）

05 具有恒光辐照度输出和恒电流输出两种工作模式：

· 恒光辐照度模式，可根据使用者设定的光强数值，实时监测氙灯光源输出的光强，利用内置光学光反馈模块自动调节光强，在相对时间内使辐照强度平均数值更准确的控制在设定数值内，提高光催化实验数值准确性；

· 恒电流模式，氙灯光源的供电功率恒定。

06 全新散热结构，提升光源稳定性，提高发光效率；

07 更宽的功率输出范围，更多的输出模式。

应用领域

▲光催化分解水制氢/氧

▲光催化全分解水

▲光催化CO₂还原

▲光催化降解污染物

▲光热催化

▲光电催化

▲光合成

▲光致变色

▲膜光催化

技术参数

传统化学反应主要是通过加热的方式活化反应物，为体系提供跨越热力学能垒的能量，促使反应物向产物的转化。在热催化体系中，反应物分子在催化剂表面吸附活化，改变化学反应路径、从而降低反应活化能使反应容易进行。而光催化则是利用光子的能量来催化反应，反应机理和路径与热催化截然不同，反应条件温和，易操作。

近几年来，伴随着催化研究的逐渐深入，科学家们发现光热协同催化既可以提高催化反应的效率，又能将低密度的太阳能转变为高密度的化学能，两者的有效结合可以超越单独热催化和光催化所能达到的效果，而且通过改变反应条件，可以调控反应的活性和选择性，在能源和环境领域具有不可估量的价值，是当前新型催化技术的研究焦点。

泊菲莱科技推出PLR-RP系列光热催化反应评价装置为系统研究光热催化反应提供了平台，创新的石英柱导光方式以及反应器设计，提高了光源的辐照效率以及催化剂的吸光面积，满足光热协同催化下气固相反应的需求。

应用领域

催化剂材料气氛烧结

催化剂材料的活性评价

气固相光热催化反应

气体污染物的光热催化降解

适用的反应类型

甲烷重整制氢

二氧化碳还原

甲烷/二氧化碳重整

甲烷偶联

乙烷脱氢

费托合成

VOCs光热催化降解

大气中NO_x以及SO₂的转化机理研究

关键特征

全新的光照系统，提升光的利用效率

PLR-RP系列光热催化反应评价装置采用石英光柱结合系统，让光源直达炉芯，减少光传输过程损失，更大程度上增加光照效率。灵活多变的光柱设计和石英反应器类型可充分配合催化剂的装填方式，让每一束光都能从外部以高效率照射到催化剂表面，大大提升了光热系统中光源利用效率。

与斜照和侧照模式相比，平照式催化剂受光面积更大，催化剂受光的均匀性更好，还能实现反应物穿透催化剂的反应模式，让催化剂对光的吸收效率和底物的吸附效率同时达到优。

为了进一步提高光热催化转化效率，PLR-RP系列光热催化反应评价装置配备了独有的创新环照式反应器，将催化剂装填在光源四周，有效地将催化剂受光面积由平面照射的0.3 cm²大幅提升至约^{20 cm2}，催化剂与光能够充分接触。同时，在保证光有效穿透前提下，催化剂负载量从0.9 mL提升至9 mL，在有效提升光利用效率的同时，也能提高底物的吸附量及转化率，为工业化光热反应系统的实现提供新的思路。

PLR-RP系列光热催化反应评价装置采用便捷式光源定位装置设计，提升光源定位效率，多向可调节孔位的支撑板方便前后左右调整光源的位置，配套泊菲莱科技自主开发的光源系统，可以保证每次实验光源的稳定性，确保每一次实验结果的准确性。

精心设计的温控结构，提高热能的利用效率

PLR-RP系列光热催化反应评价装置设置了四级温度管理结构。包含气体预热系统、管道伴热结构、反应系统和冷凝分离系统。并对其中的预热室、管道伴热带、加热套以及反应室进行反应过程中全程温度和压力的实时监测，更好地模拟光热催化的化工反应过程。

气体预热系统负责将反应气先加热到一个设定温度，管道伴热结构可减少气体从预热系统传输到反应系统过程中的热损失。两级系统使得反应气以较高的温度进入反应系统，以保证反应气通过炉芯时能迅速达到设定反应温度，减小反应系统的负担也保证反应温度的准确性；冷凝分离系统可对反应气进行快速降温并对液体反应物或者产物进行冷凝分离，减小高温以及液体物质对后续背压阀等元件的损害。

预热系统和反应系统均可设置16段程序升温控温模式，实现一次实验即可确定反应起始温度，并研究不同反应温度下的反应速率及转化率，让每一份热能都能用得恰到好处。

为了使液体反应物也能参与反应，PLR-RP系列光热催化反应评价装置也设计了液体输送-汽化-管道伴热-冷凝分离四个功能模块。

• 液体输送系统保证进入预热室的液体量保持恒定；
• 预热室采用特殊汽化器结构设计，有效避免出现因汽化装置体积庞大、汽化后气体输出不稳定和无法实时汽化等问题，保证输出稳定的液体汽化混合气；
• 管道伴热结构可有效避免液体在进入反应室前出现冷凝现象；
• 反应后的冷凝分离系统能够将未反应的液体原料和反应生成的液体产物迅速冷凝至分离器中进行收集，用于后续反应过程分析。

配置灵活多样，体验定制级服务

PLR-RP系列光热催化反应评价装置从反应室、光照方式以及反应温度压力条件等多个维度设置了不同的配置，尽量满足不同反应速率和反应条件的光热催化反应的需求。

反应室可以选择竖式炉和卧式炉两种类型；

光照方式可以选择顶面平照式反应器和环照式反应器；

针对不同反应温度和压力条件，装置有多种规格：

• 高压版（~650℃、~10 MPa）
• 标准版（~850℃、~6 MPa）
• 高温版（~1050℃、~3 MPa）

如果上述配置仍不能满足反应需求，泊菲莱科技也提供装置的定制化服务，打造合适的光热催化反应装置。

二级报警功能，为实验安全保驾护航

PLR-RP系列光热催化反应评价装置在硬件程序控制和软件上设计了对温度和压力实行过限的双重保护机制，让光热反应进行得更安全放心。

如在实验过程中出现泄漏、功能失控或压力过限等安全问题时，系统自动启动连锁保护。

温度为两级报警，温度高于设定值时声光报警，高于第二设定值时自动停止加热。

压力高于设定值时声光报警并进行停止进料。

取样形式多样，可在线分析气体产物

PLR-RP系列光热催化反应评价装置单独设有气相配气口，适用于气体标定使用；

装置设计多种取样形式，如气体在线进/取样、气体间歇取样和液体取样等，可同时配套前级减压装置、后级检测装置（质谱仪、气相色谱仪等），实现反应过程在线检测及反应产物的全检测。

不同版本的参数

注：有关装置物料流率及催化剂装填量以具体反应器适配为准，详细见反应器规格选型表。

河北大学叶金花教授和李亚光副研究员团队2月在《ACS Nano》期刊发表关于光热催化CO₂还原的前瞻性评述一文。文章描述了几种重要的纳米材料设计策略，包含增强光吸收，减少热能损耗等，以提高太阳能的吸收和利用率，并阐述了光热催化CO₂加氢的新进展，同时对光热催化CO₂应用所面临的机遇与挑战提出重要看法。

文章简要

与光催化或者热催化相比，光热催化CO₂加氢具有其它的优势：

（1）高的太阳光吸收率优势。光热催化剂是窄带隙或零带隙材料，可以吸收紫外光、可见光和红外光，达到近100%的太阳光吸收，提高了光的利用率；

（2）超高的CO₂转化率优势。目前好的光催化CO₂转化速率限于 1mmol·g^-1·h^-1[1]，而光热催化CO₂转化速率超过100 mmol·g^-1·h^-1[2]。

文中提到光热催化包括两种模式：热辅助光催化模式和光辅助热催化模式。

●  在热辅助光催化模式下，热能来自于光的部分转化或外部辅助加热，使得光催化过程具有较低的活化能垒和增强的载流子/质量迁移率。

●  在光辅助热催化中，反应主要由热能驱动，热能来源于太阳光的光热转换。

为实现效率较高的的光热催化CO₂加氢转化，需要强的宽带太阳能吸收、有效的光热转换、蓄热能力和高催化活性之间协同作用。光热催化CO₂加氢过程中纳米结构材料的设计策略对于构建光热装置、设计制备催化剂及获得好的光热CO₂加氢性能至关重要。

文章重点综述了三种热辅助光催化过程中纳米催化材料的设计策略：

1、增强太阳光收集的纳米材料表面工程；

2、降低热传导的纳米结构隔热材料；

3、阻热的纳米层。

文章亮点

本文值得一提的是提出了对未来光热催化体系构建的观点及展望：

1、探索提高光热转换效率的策略：使用超薄膜材料可提高材料的太阳照射温度，同时需要大面积薄膜以提高太阳能利用率。由此可见，设计大面积超薄催化材料以及与之匹配的光反应器是提升光热催化性能的重要手段；

2、探索热电子产生的物理原理和弛豫机制，以提高CO₂活化效率；

3、开发储能装置，实现光照条件变化下稳定长久的自驱动光热催化CO₂还原；

4、开发微正压或常压下光热催化CO₂加氢生成高碳产物的体系；

5、探索低成本氢能制备策略；

6、探索效率较高的稳定的逆水气转换（RWGS）催化剂，以扩大RWGS反应的规模应用。

作者对光热催化装置的设计也提出了自己的构想。作者认为压力、光照以及温度是光热催化装置设计需要考虑的重要要素。

● 压力

由于目前CO₂加氢还原的产物多集中于低碳产物，想要获得高碳产物需要对反应体系进行加压。为提高CO₂转化效率的提高和高附加值高碳产物，一款可以持续提供稳定高压反应气的光热催化反应器很重要。

PLR-RP系列光热催化反应评价装置可提供高温高压反应条件，目前有五个版本可供选择：

● 光照

由于光照强度、光照面积和催化剂负载量对反应结果有较大影响，因此使用一个标准的反应器对这些反应条件变量进行标记可提高不同文献之间数据的可比性，从而较好地筛选出具潜力的光热催化材料。

PLR-RP系列光热催化反应评价装置采用石英导光柱和石英反应器结构，在确保光输入效率的同时，有效地提高催化剂的受光面积，并通过仿真模拟计算固定石英导光柱与催化剂的相对位置，以获得大的光照效率 。

环照式反应器还严格将催化剂床层的厚度控制在3 mm，这样既能确保催化剂的有效光照，增大催化剂的受光面积，提高催化剂对光的利用率，又可以根据装填高度计算出催化剂的受光面积以及装填量，保证实验的可重复性。

● 温度

在光可以被完全吸收的前提下，减少热能损失是光热催化中提高光利用效率的关键途径。

PLR-RP系列光热催化反应评价装置的预热-伴热模块能够有效减小催化剂与反应体系之间的温度梯度，以此降低光热催化反应中的热能损失，同时具备双热电偶测温装置，可实时监测反应器外部温度和反应催化剂表面温度，掌握反应过程中的温度变化动态。

关于文献部分解析仅为笔者根据参考文献进行翻译和汇总，笔者水平有限，如有错误，请大家指正！

文章信息

Cuncai Lv, Yaguang Li*, Jinhua Ye*, et al. Nanostructured Materials for Photothermal Carbon Dioxide Hydrogenation: Regulating Solar Utilization and Catalytic Performance [J]. ACS Nano, 2023, 17(3): 1725-1738.

文章链接

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c09025

参考文献

[1] Meng X, Zuo G, Zong P, et al. A rapidly room-temperature-synthesized Cd/ZnS:Cu nanocrystal photocatalyst for highly efficient solar-light-powered CO₂ reduction [J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2018, 237: 68-73.

[2] Chen Y, Zhang Y, Fan G, et al. Cooperative catalysis coupling photo-/photothermal effect to drive Sabatier reaction with unprecedented conversion and selectivity [J]. Joule, 2021, 5(12): 3235-3251.

源自：https://www.perfectlight.cn/news/467.html