高溫催化技術(shù)（High-Temperature Catalysis）是指在高溫（通?！?00℃）環(huán)境下，通過催化劑加速化學(xué)反應(yīng)的一類關(guān)鍵技術(shù)。其核心價(jià)值在于突破熱力學(xué)限制，提升反應(yīng)效率與選擇性，同時(shí)降低能耗與污染。從石油煉制到清潔能源生產(chǎn)，從環(huán)境治理到先進(jìn)材料合成，高溫催化技術(shù)已成為現(xiàn)代工業(yè)與可持續(xù)發(fā)展的重要支柱。隨著碳中和目標(biāo)的推進(jìn)，高溫催化在CO?轉(zhuǎn)化、綠氫制備等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力備受關(guān)注。

一、高溫催化的科學(xué)基礎(chǔ)

1. 催化反應(yīng)的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)

高溫環(huán)境通過以下機(jī)制影響催化過程：

（1）活化能降低：催化劑表面活性位點(diǎn)（如金屬原子、氧空位）吸附反應(yīng)物，削弱化學(xué)鍵，顯著降低反應(yīng)活化能。

（2）熱力學(xué)平衡突破：高溫促進(jìn)吸熱反應(yīng)正向進(jìn)行（如甲烷重整：CH? + H?O → CO + 3H?）。

（3）擴(kuò)散速率提升：高溫增強(qiáng)反應(yīng)物在催化劑孔隙內(nèi)的擴(kuò)散，減少傳質(zhì)限制。

2. 催化劑的“高溫生存法則"

高溫下催化劑需滿足三大特性：

（1）熱穩(wěn)定性：抵抗燒結(jié)（如負(fù)載型催化劑中金屬顆粒團(tuán)聚）與相變（如Al?O?載體高溫相變導(dǎo)致孔結(jié)構(gòu)坍塌）。

（2）抗積碳性：抑制烴類裂解生成焦炭（如通過添加堿金屬或調(diào)整載體酸性）。

（3）化學(xué)惰性：在腐蝕性氣氛（如H?S、Cl?）中保持結(jié)構(gòu)完整性。

二、高溫催化技術(shù)的核心應(yīng)用

（1）工業(yè)高溫催化技術(shù)

（2）能源化工領(lǐng)域

1.石油煉制

催化裂化（FCC）：在500~600℃下，Y型分子篩催化劑將重質(zhì)油裂解為汽油、柴油。

加氫處理：Co-Mo/Al?O?催化劑在300~400℃下脫除硫、氮雜質(zhì)，生產(chǎn)清潔燃油。

2.合成氣與氫能生產(chǎn)

甲烷蒸汽重整：Ni基催化劑在800~1000℃下將CH?與H?O轉(zhuǎn)化為H?與CO，是工業(yè)制氫的主要途徑。

高溫電解水（HTSE）：固體氧化物電解槽在700~900℃下電解水制氫，效率較低溫電解提升30%以上。

3.環(huán)境治理

汽車尾氣凈化：三元催化劑（Pt-Pd-Rh）在300~1000℃動(dòng)態(tài)工況下將CO、NOx、HC轉(zhuǎn)化為無害氣體。

工業(yè)廢氣處理：V?O?-WO?/TiO?催化劑在300~400℃下催化降解二噁英與VOCs。

4.新材料合成

碳納米管/石墨烯生長(zhǎng)：Fe-Co/MgO催化劑在600~1000℃下催化甲烷裂解，定向合成碳基納米材料。

高溫陶瓷制備：SiC或AlN粉體通過化學(xué)氣相沉積（CVD）在1200℃以上合成。

三、技術(shù)挑戰(zhàn)與創(chuàng)新突破

1. 當(dāng)前瓶頸

2. 創(chuàng)新解決方案

(1) 催化劑設(shè)計(jì)

單原子催化劑（SACs）：將金屬以原子級(jí)分散在載體上（如Pt1/FeOx）,抑制燒結(jié)。

核殼結(jié)構(gòu)：用惰性殼層（如SiO?）包裹活性金屬核（如Ni），隔離高溫侵蝕。

抗積碳助劑：添加K、Ca等堿金屬中和載體酸性，減少碳沉積。

(2) 工藝優(yōu)化

脈沖反應(yīng)技術(shù)：周期性切換反應(yīng)氣體（如H?與O?），原位清除積碳。

超臨界流體輔助：在超臨界CO?環(huán)境中進(jìn)行反應(yīng)，增強(qiáng)傳質(zhì)并抑制副反應(yīng)。

(3) 材料與裝備升級(jí)

耐高溫合金：Inconel 600合金（耐溫1150℃）用于反應(yīng)器內(nèi)壁。

熱障涂層（TBCs）：Y?O?穩(wěn)定的ZrO?涂層減少熱量損失并保護(hù)基材。

四、前沿趨勢(shì)與未來展望

1. 智能化與高通量技術(shù)

AI驅(qū)動(dòng)催化劑設(shè)計(jì)：利用機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)高溫下催化劑性能（如谷歌DeepMind的GNoME模型篩選出380萬種穩(wěn)定材料）。

微反應(yīng)器陣列：96通道高通量系統(tǒng)并行測(cè)試不同催化劑，研發(fā)周期縮短90%。

2. 綠色低碳技術(shù)

光熱協(xié)同催化：納米光熱材料（如Au/TiO?）吸收太陽能驅(qū)動(dòng)高溫反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)零碳供能。

CO?資源化利用：Fe基催化劑在300~500℃下將CO?加氫制取烯烴（如中國科學(xué)院大連化物所突破CO?制汽油技術(shù)）。

3. 條件探索

超高溫催化（>2000℃）：激光加熱技術(shù)合成超硬材料（如立方氮化硼）。

太空環(huán)境催化：國際空間站研究微重力對(duì)多相催化反應(yīng)的影響。

五、結(jié)論

      高溫催化技術(shù)正經(jīng)歷從“經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)"到“數(shù)據(jù)與理論驅(qū)動(dòng)"的范式變革。隨著單原子催化、智能算法與綠色工藝的融合，未來高溫催化將在能源轉(zhuǎn)型、碳中和及新材料創(chuàng)制中發(fā)揮更核心的作用。突破高溫極限、實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控，將是這一領(lǐng)域持續(xù)工業(yè)革命的必由之路。

產(chǎn)品展示

      SSC-CTR900 催化高溫反應(yīng)儀適用于常規(guī)高溫高壓催化反應(yīng)、光熱協(xié)同化、催化劑的評(píng)價(jià)及篩選、可做光催化的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、反應(yīng)歷程等方面的研究。主要應(yīng)用到高溫高壓光熱催化反應(yīng)，光熱協(xié)同催化，具體可用于半導(dǎo)體材料的合成燒結(jié)、催化劑材料的制備、催化劑材料的活性評(píng)價(jià)、光解水制氫、光解水制氧、二氧化碳還原、氣相光催化、甲醛乙醛氣體的光催化降解、苯系物的降解分析、VOCs、NOx、SOx、固氮等領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)氣固液多相體系催化反應(yīng)，氣固高溫高壓的催化反應(yīng)，滿足大多數(shù)催化劑的評(píng)價(jià)需求。

產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：

SSC-CTR900催化高溫反應(yīng)儀的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

1)高溫高壓催化反應(yīng)儀可實(shí)現(xiàn)催化高溫<900℃C高壓<10MPa反應(yīng)實(shí)驗(yàn)

2)紫外、可見、紅外等光源照射到催化劑材料的表面，實(shí)現(xiàn)光熱協(xié)同和光誘導(dǎo)催化;

3)光熱催化反應(yīng)器采用高透光石英玻璃管，也可以采用高壓反應(yīng)管，兼容≤30mm 反應(yīng)管;

4)可以實(shí)現(xiàn)氣氛保護(hù)、抽取真空、PECVD、多種氣體流量控制等功能;

5)可以外接鼓泡配氣、背壓閥、氣液分離器、氣相色譜等，實(shí)現(xiàn)各種功能的擴(kuò)展;

6) 采取模塊化設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)光源、高溫反應(yīng)爐、高溫石英反應(yīng)器、高真空、固定床反應(yīng)、光熱反應(yīng)等匹配使用;

7) 高溫高壓催化反應(yīng)儀，小的占地面積，可多功能靈活，即買即用。