现代社会建立在“碳经济”基础上，大量商品使用碳基材料制成。随着化石燃料的逐步淘汰，以更加高效环保的方式可持续利用替代碳原料，包括捕获的二氧化碳、替代CH₄和生物质，对于我们日常生活中碳类燃料和化学品的供应将变得越来越重要。大多数化学过程都涉及催化剂，通过不同的驱动力（例如光、热、电和等离子体等）激活催化剂，将丰富的原料转化为要求苛刻的化学药品/燃料，以满足我们的日常需求。在各种催化反应系统中，热和光协同催化脱颖而出，同时挖掘太阳能在化学合成中的潜力，特别是以二氧化碳为中心的C1化学领域。
热激活目前是工业化学合成中最有效和最可行的策略之一。但是热驱动催化过程存在三个常见瓶颈：（1）高温高压是常态，但能耗高、副反应多；（2）热力学和动力学之间需要权衡；（3）高温高压条件下催化剂易失活，例如甲烷重整工艺中，镍基催化剂暴露在800℃~900℃、2 MPa~3 MPa，恶劣条件会导致催化剂结焦失活。光催化利用光能启动和促进化学反应，通常在室温下进行。基于半导体的光催化面临以下挑战：（1）较低的反应效率；（2）较低的选择性；（3）太阳光谱利用率低。单一驱动模式如同“独木难支”，亟需光与热的“双剑合璧”！
由光热双重激活驱动的混合催化系统通常利用热激活和光诱导效应之间的协同作用，协同作用的存在使得理解和研究单个刺激（光/热）和催化剂表面过程的作用存在挑战性。Xie[1]等提出了四种光热协同模式：
图1 光热催化四个类别示意图：从反应物（A+B）到最终产物（C+D）
No.1 光热加热催化反应
光热加热催化反应（Photothermal heating catalysis）：光能直接转化为热能，驱动传统热催化反应。Li[2]等研究发现，使用连续波发光二极管模拟集中的太阳光照射可在无任何外部加热或升压的情况下大量产生氨。
No.2 热增强光催化
热增强光催化（Thermally enhanced photocatalysis）：适度加热提升光催化效率。Song[3]等采用Au-ZnO/TiO₂在200℃下实现甲烷高选择性氧化为乙烷，活性提升10倍。
图2 自制反应器中低温生产乙烷热催化和光热催化产量对比
No.3 光增强热催化
光增强热催化（Photo-enhanced thermocatalysis）：光生载流子“助攻”热催化步骤。Phillip Christopher[4]等研究发现Ag纳米结构在光照下，能耗降低的同时乙烯环氧化速率能够提升3倍。
No.4 光热级联催化
光热级联催化（Photo-thermo cascade catalysis）：光与热分步驱动，突破热力学限制。Guan[5]等在Cu/ZnO&Pt-K₂Ti₆O₁₃组合催化剂在氙灯或汞灯照射下将CO₂还原成CH₃OH，研究表明同时提供光子和热能能够提高光催化剂的活性。
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基于此，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。(咨询电话：400-1161-365)
通过混合光热双活化途径的光驱动多相催化是实现清洁和可持续的能源和化学生产的一个很有前途的方向。光热协同催化结合了光催化和热催化的优点，具有高效、选择性高、条件温和、环境友好等特点，是未来绿色化学和可持续能源领域的重要研究方向。随着材料和反应器设计的不断进步，光热协同催化有望在工业应用中实现突破，为碳中和和能源转型提供关键技术支撑。
