综述：光催化反应器用于CO2还原的模拟研究综述

《ARCHIVES OF COMPUTATIONAL METHODS IN ENGINEERING》：Photocatalytic Reactors for CO2 Reduction: Review on Simulation Studies

这篇综述系统评述了CO2光催化反应器的模拟研究进展，重点分析了CFD（如COMSOL、Fluent）、辐射模型（DOM、蒙特卡洛、RTE）与动力学框架的协同应用，揭示了反应器几何优化与性能的关联（如气泡直径调控使甲醇产率提升15倍），为数字化设计高效光催化系统提供了方法论指导。

　　

Abstract

光催化二氧化碳（CO₂）还原技术通过将温室气体转化为增值燃料（如甲醇），成为应对气候变化的双赢策略。然而，该过程涉及光辐射（UV-Vis）、表面反应动力学与流体动力学的复杂耦合，对模拟仿真提出严峻挑战。最新研究表明，采用计算流体力学（CFD）平台结合离散坐标法（DOM）辐射模型，可精准预测光子在蜂窝状反应器内的分布，而蒙特卡洛方法更适合处理纤维反应器的散射效应。

模拟技术突破

在双反应器系统中，气泡直径从2 mm优化至200 μm可使气-液传质面积扩大15倍，直接推动甲醇产率同比提升。通过OpenFOAM实现的流-光-反应全耦合模拟显示，螺旋式反应器中涡流强度与CO₂转化率呈非线性正相关（R²>0.92）。而COMSOL多物理场仿真揭示：当光催化剂（如TiO₂/Cu₂O异质结）负载量超过3 mg/cm²时，因内滤效应反而导致量子效率下降40%。

未来方向

数字孪生技术有望实现反应器动态性能预测，结合AI算法可快速筛选百万级参数组合（如光源波长+催化剂厚度+流速）。但当前模型普遍缺乏实验验证，特别是对中间产物（如HCOO^*）的表面覆盖度模拟误差达±25%。建立标准化实验-模拟对照数据库，将成为推动该领域突破的关键。