傳統(tǒng)化學反應主要是通過加熱的方式活化反應物,，為反應體系提供跨越熱力學能壘的能量，促使反應物向產物的轉化,。在熱催化體系中，反應物分子在催化劑表面吸附活化,，改變化學反應路徑,、從而降低反應活化能使反應容易進行。而光催化則是利用光子的能量來催化反應,，反應機理和路徑與熱催化截然不同，反應條件溫和,，易操作,。
近幾年來，伴隨著催化研究的逐漸深入,，科學家們發(fā)現(xiàn)光熱協(xié)同催化既可以提高催化反應的效率,，又能將低密度的太陽能轉變?yōu)楦呙芏鹊幕瘜W能，兩者的有效結合可以超越單獨熱催化和光催化所能達到的效果,，而且通過改變反應條件,，可以調控反應的活性和選擇性，在能源和環(huán)境領域具有不可估量的價值,，是當前新型催化技術的研究焦點,。
但是由于在傳統(tǒng)的管式爐熱催化反應裝置中，催化劑裝填在管式爐的爐芯位置,，主要采用在爐芯處開孔,，將光源從管式爐側面引入，主要有以下三種反應模式：
圖1.三種反應模式
此類反應模式雖然實現(xiàn)了光熱協(xié)同催化,，但是側開孔破壞了爐體的加熱結構,，使得催化劑受熱不均，且為了盡量減小熱損失,，光窗直徑通常在1~2 cm,，遠小于光源的光斑直徑（50 cm），光源輸出光的利用效率很低,，影響光熱協(xié)同催化效果,。
提高裝置對光源輸出光的光能利用效率的方式主要有以下四種：
提高光源輸入到裝置中的光能有兩個策略：
①提高光源光功率；
②增大裝置的受光面積。
PLS-SME300E H1 氙燈光源采用全新的增效導光結構,，減少光能傳輸損失的同時,，可將光源輸出的大部分能量聚焦在光斑中心區(qū)域，有效提高光源中心區(qū)域的光功率,；配合PLR-RP系列光熱催化反應評價裝置,，將入光口光窗直徑由傳統(tǒng)的1 cm增至3 cm，受光面積提升至傳統(tǒng)設計的9倍,。在不改變傳統(tǒng)熱催化反應器結構的基礎上,，實現(xiàn)了光源輸出光能的高效傳輸與最大化利用。
圖2.（a）PLS-SME300E H1 氙燈光源,；（b）PLS-SME300E H1氙燈光源內部增效導光結構示意圖.
為了不破壞傳統(tǒng)熱催化裝置反應器的結構,，保證熱催化裝置溫度的均勻性和穩(wěn)定性，PLR-RP系列光熱催化反應評價裝置摒棄了市面現(xiàn)有的側開口結構,，采用全新的頂部開口結構,，將光從頂部引入到反應裝置中。同時為了避免因頂部開口光照導致光程距離長而造成傳輸過程中的光損失,，PLR-RP系列光熱催化反應評價裝置新增石英導光柱的光傳導方式,。石英導光柱結構的引入顯著提高了光傳導效率，實測高達82%,，有效避免因光程長帶來的光傳輸損失,，優(yōu)于光程短的側開口結構的反應器。（可撥打電話咨詢：400-1161-365）
圖3.（a）傳統(tǒng)側照式,；（b）創(chuàng)新頂照式.
由于固體催化劑的透光性較差,，當催化劑床層過厚時，底層催化劑吸收不到光子,，會降低催化劑對光子的吸收率,。PLR-RP系列光熱催化反應評價裝置創(chuàng)新采用頂照式光照方式，其發(fā)光方式有兩種可選：平照和環(huán)照,。
若選配平照式反應器,，則推薦的催化劑最大床層厚度為3 mm，此時最大的催化劑裝填量為0.9 mL,。與斜照和側照模式相比,，平照式催化劑受光面積更大，催化劑受光的均勻性更好,，還能實現(xiàn)反應物穿透催化劑的反應模式,，讓催化劑對光的吸收效率和底物的吸附效率同時達到最優(yōu)，適合小劑量實驗,。
當催化劑裝填量＞0.9 mL時,，您還可選配環(huán)照式反應器,，其搭配特殊設計的側發(fā)光石英光柱，在保證催化劑裝填厚度≤3 mm的同時,，催化劑的裝填量最大可達9 mL,。此時催化劑的受光面積也可以由平照的0.3 cm²，提升到約20 cm²,，催化劑的受光面積提升近70倍,，大幅提高催化劑對光子的利用效率。
環(huán)照式反應器在提高光利用效率的同時,，也能顯著提升底物的吸附量和轉化率,，易于放大生產。
圖4.PLR-RP系列光熱催化反應評價裝置獨有的創(chuàng)新環(huán)照式反應器.
為了保證側發(fā)光的均勻性,，泊菲萊科技也對PLR-RP系列光熱催化反應評價裝置導光柱的結構進行了仿真模擬設計,，最終通過實際測算發(fā)光均勻性高達73%，優(yōu)于傳統(tǒng)氙燈光源的發(fā)光均勻性,，保證了不同裝填位置催化劑的活性均勻性,。
圖5.石英導光柱優(yōu)化前(左)及優(yōu)化后（右）50 mm區(qū)域內光照均勻性仿真模擬圖.
提高光源輸入到裝置的光能以后，同時也得提高催化劑對光源的吸收效率,。如下圖所示以平照式反應為例,，光源與催化劑間隔位置太遠時，部分光源無法照射到催化劑表面,，造成光能的浪費；而光源距離催化劑過近時,，光斑無法完全覆蓋催化劑,，造成部分催化劑未被光子激發(fā)，降低催化劑的表觀催化效率,。PLR-RP系列光熱催化反應評價裝置結合石英導光柱的出光發(fā)射角以及催化劑床層的面積,，精準計算了石英導光柱和催化劑的距離，保證最大程度的輸入光利用效率和催化劑利用效率,。
泊菲萊科技充分運用18年來在光催化反應裝置設計上積累的經驗,，從光源的引入，光在反應器中的傳輸,，光與催化劑的接觸,，光斑面積與催化劑面積匹配等四個方面做了大量的仿真模擬與實測，摒棄了市面現(xiàn)有側發(fā)光反應爐結構,，創(chuàng)新性地采用頂部開口結合石英導光柱的設計,，開發(fā)出PLR-RP系列光熱催化反應評價裝置，只為打造光能利用效率最高的光熱協(xié)同催化反應裝置,。
