聚光太陽光模擬器在光催化制氫中的應(yīng)用

太陽光驅(qū)動的水分解制氫技術(shù)，被視為實現(xiàn)“綠氫”經(jīng)濟、解決能源與環(huán)境問題的理想路徑。在此類實驗研究中，聚光太陽光模擬器已成為重要的工具，能提供穩(wěn)定、可重復(fù)的光源，以復(fù)現(xiàn)高溫環(huán)境下的穩(wěn)定輻照。紫創(chuàng)測控luminbox聚光太陽光模擬器，可在實驗室內(nèi)構(gòu)建相當于 500 倍標準太陽光強的高通量輻照環(huán)境，為研究光催化在高溫下的產(chǎn)氫機制提供可靠實驗平臺。

一、為什么用聚光太陽光模擬器？

常規(guī)太陽光模擬器通常提供“1個太陽常數(shù)”（AM 1.5G，100 mW/cm2）的標準光照條件，這主要用于評估催化劑的本征活性。然而，要實現(xiàn)高效的工業(yè)化產(chǎn)氫，必須通過聚光系統(tǒng)來收集更大面積上的太陽能，并將其聚焦到小范圍的反應(yīng)區(qū)域，從而大幅提升局部光強。

聚光型太陽光模擬器為在實驗室內(nèi)模擬該高光強環(huán)境而設(shè)計，通過精密的光學透鏡或反射鏡系統(tǒng)，將光源發(fā)出的光束匯聚，輕松實現(xiàn)500倍太陽光強的實驗條件。

二、 聚光型太陽光模擬器的應(yīng)用價值

1. 探究高光強下的反應(yīng)動力學與機理

光分解水制氫的原理與主要過程示意圖

在很高的光子通量下，光催化過程可能從光強依賴的線性區(qū)域進入飽和區(qū)域，其反應(yīng)動力學和電荷行為與標準光強下截然不同。聚光太陽光模擬器使得系統(tǒng)研究光強對氫氣產(chǎn)率、表觀量子效率、電荷分離與復(fù)合效率等關(guān)鍵參數(shù)的影響成為可能，為揭示深層反應(yīng)機制提供了數(shù)據(jù)支持。

2. 加速催化劑篩選與性能評估

在“1個太陽”條件下，許多催化劑的產(chǎn)氫速率較低，測試周期長。利用聚光太陽光模擬器產(chǎn)生的高光強，可以顯著提升產(chǎn)氫信號，從而在短時間內(nèi)快速、高效地從大量候選材料中篩選出具有優(yōu)異活性和潛力的催化劑，大大加快研發(fā)進程。

3. 揭示光熱協(xié)同效應(yīng)

光熱協(xié)同制氫

高光強照射會不可避免地引發(fā)催化劑表面的光熱效應(yīng)，導(dǎo)致反應(yīng)體系溫度升高。這種熱效應(yīng)有時能與光催化過程產(chǎn)生協(xié)同，進一步提升反應(yīng)速率。聚光太陽光模擬器是研究這種光-熱耦合作用的理想平臺，有助于區(qū)分光催化與熱催化的貢獻，并指導(dǎo)開發(fā)高效的光熱協(xié)同催化體系。

4. 系統(tǒng)集成與工程驗證

一種光熱耦合催化分解水制氫方法及制氫系統(tǒng)與流程

基于聚光太陽光模擬器的應(yīng)用成果，首套高溫光催化制氫示范系統(tǒng)已投用：

采用鉭摻雜二氧化鈦納米管陣列催化劑，經(jīng)高溫優(yōu)化后穩(wěn)定性與活性優(yōu)異；

350 ℃工況下太陽能制氫效率達 12.7%，較傳統(tǒng)室溫系統(tǒng)提升 4.8 倍，近商業(yè)化閾值；

反應(yīng)器采用光 - 熱耦合設(shè)計，結(jié)合余熱回收，總能量利用率達 68%，降低能源損耗。

該成果已被國際能源署（IEA）納入《太陽能制氫技術(shù)路線圖》，推動技術(shù)從實驗室邁向工程應(yīng)用。

綜上，聚光太陽光模擬器作為連接基礎(chǔ)光催化研究與太陽能制氫規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵實驗工具，展現(xiàn)出不可替代的學術(shù)價值與工程指導(dǎo)意義。通過構(gòu)建高度可控的高通量輻照環(huán)境，聚光太陽光模擬器不僅深化了研究人員對高光強條件下反應(yīng)動力學機制與光熱協(xié)同效應(yīng)的理解，也顯著提升了催化劑篩選與性能評估的效率，更通過工程驗證環(huán)節(jié)，直接推動了高效催化體系與反應(yīng)器設(shè)計走向成熟。

Luminbox 聚光太陽光模擬器

紫創(chuàng)測控Luminbox 聚光太陽光模擬器以高性能氙燈為核心光源，精準復(fù)現(xiàn)AM1.5G 太陽光譜（可選 AM0、AM1.5D 光譜版本），可輸出高聚光能量，輻照穩(wěn)定可控，可為環(huán)境模擬、材料測試及航空航天驗證提供專業(yè)光照解決方案。

可提供500多個太陽的高聚光能量（1sun=1000w/m2）

時間不穩(wěn)定性和光譜匹配JIS C 8912/IEC 60904-9 2nd/ASTM E927-5的A Class標準

紫創(chuàng)測控Luminbox的聚光太陽光模擬器已應(yīng)用于材料科學、新能源、航空航天等領(lǐng)域，推動科研與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。未來，Luminbox將持續(xù)優(yōu)化聚光技術(shù)，提升光譜適配性與輻照穩(wěn)定性，為更多高要求場景提供更高效的解決方案。