近年来，光热催化（photothermal catalysis）在 CO₂ 转化、甲烷重整、气相污染物治理等方向快速升温：通过宽谱光吸收将光能转化为热能，在催化剂附近构建高温反应微环境，被视为连接“太阳能-热催化”的重要路径之一。目前相当多实验仍采用“电炉+光源”的组合：即在传统电加热炉中放置催化剂，同时从外部照射光源以提供光子。这种做法虽然方便控制温度，但光效应与热效应相互叠加，难以明确区分光照引发的反应贡献。这种科学问题拆解不清的状况阻碍了对反应机理的深入理解。例如，光照到底是通过提高温度（热效应）促进反应，还是直接参与了光化学过程，目前难以定量辨别。此外，电炉加热还导致无法准确评估“太阳能-化学能转换效率”，因为反应所需热能并非全部来自光。
在一项发表于Nature Communications的研究中[1]，为避免电加热带来的能量转换损耗和反应点位受热不均匀导致的催化剂烧结，作者以Cu基高熵二维氧化物为模型体系，在无外加加热条件下开展光致热CO₂转化实验，通过光-热转换直接利用太阳能驱动RWGS等本征高温反应，真实评估纯光照条件下催化剂可达到的工作温区。研究者引入具有宽谱强吸收特性的TiC基光热结构，并将催化剂构筑于受光的管式固定床反应器中，通过直接受光实现反应区的原位加热，同时对催化剂床层温度进行监测。结果表明，在1 sun与2 suns的条件下，床层温度分别可达约350 ℃与459 ℃，CO生成速率高达248.5 mmol g⁻¹ h⁻¹（2 suns）, 同时展现出36.2%的太阳能-化学能转化效率。
综上，在光热催化领域，实现纯光致热（仅依靠光照产生热量驱动反应）的实验方案已成为迫切需求。泊菲莱科技开发了PLR PTCS-31太阳能光热催化模拟实验装置，通过卧式集热反应器、可控光场与多点测温设计，以模拟太阳光的大功率LED为唯一能量输入，在室内构建高温、可控、可表征的纯光致热环境，可为复现并系统开展此类高温光致热反应提供直接可行的平台支撑。
No.1 三段式可调LED光源
光源由不同波段的LED模块组合而成，能够分别调节紫外/可见、近红外等波段的光强，实现“反应光”与“加热光”的分区控制。在集热管受光面上，光照均匀性优于90%，其初始最大辐照度≥300 mW/cm²。通过精确调整各段功率，用户可以模拟太阳光谱或按需强化某一波段，以探究光谱组成对催化反应的影响。这种灵活的光谱调控能力有助于分别评估光化学效应与热效应，对应解决了传统设备光谱不可独立控制的问题。
No.2 500 ℃纯光致热温场
利用模拟太阳光的高功率LED阵列作为唯一热源，在室内即可产生稳定的高温辐照环境。核心部件为特殊定制的高吸热/低辐射真空集热管，内部插入U型石英反应管。在集热管中心区域（约10 cm长度）可实现超过500 ℃的纯光加热温度，满足高温气-固相光热反应需求。这一设计有效填补了实验室缺乏高温纯光热环境的空白。
No.3 多点温度监测结构
装置在反应管不同位置预留了多处热电偶接口，可实时监测反应区域内的温度分布。研究者可以获取催化剂床层入口、中部、出口等处的真实温度数据，而不仅是外壁温度。这一设计弥补了以往无法测得局部真实温度的不足，为动力学和机制分析提供了可靠依据。局部温度的捕捉还能帮助验证催化剂的热点效应，辅以红外成像手段，可全面掌握反应温度场的动态变化。
No.4 优化的装置结构与操作平台
整套设备采用一体化箱式设计，占地小，方便在室内搭建实验平台。光热反应箱与控制箱分体设计，上部反应箱可轻松开启/闭合，便于更换催化剂反应管和维护集热元件。配备水冷循环有效控制LED光源温度，保证长时间运行的稳定性。界面化参数控制支持按分段、分时设置光强与光照程序，实时显示反应管内多点温度，并可自动记录实验过程数据一键导出，使光热催化实验从“复杂搭建”转变为“可重复、可量化的流程化便捷操作”。
综上，通过在室内构建可调光谱、高达500 ℃的纯光致热场并实现多点温度精确表征，PLR PTCS-31太阳能光热催化模拟实验装置为光热催化体系的机理研究与性能评估提供了更加可控和可量化的实验条件。该平台有助于推动光致热过程从定性观察走向定量解析，为太阳能驱动反应的基础研究与技术发展奠定可靠实验基础。
参考文献
[1] Li, Y., Bai, X., Yuan, D. et al. Cu-based high-entropy two-dimensional oxide as stable and active photothermal catalyst. Nat Commun 14, 3171 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-38889-5
