光热催化：从熵的观点出发

《Energy & Environmental Science》：Photothermal catalysis: a viewpoint from exergy

光热催化通过Exergy平衡模型揭示热力学机制，以甲烷干重整为例发现其效率显著高于传统热催化，尤其在低温下，并指出反应器设计对效率提升的关键作用。

　　

光热催化领域的研究几乎完全集中在理解催化剂产生的热电子的动力学过程上，但其中一些热力学方面仍然知之甚少。在这篇观点文章中，我们讨论了光热催化的理论极限和热力学机制，并通过建立能量平衡模型（以甲烷干重整反应为例）指出了未来的研究方向。研究发现，所需能量与实际提取能量之间的平衡为这样一个显著现象提供了合理的解释：光热催化并不是光催化和热催化作用的简单叠加。因此，与热催化相比，光热催化在温和温度下的热力学极限效率及其对应的转化率都有显著提升，这对光热催化领域来说是一个非常令人鼓舞的发现。此外，我们还利用能够反映光子能量提取过程中非理想性的参数，分析了理论极限效率与实验结果之间的差异。这一分析强调了反应器设计对于实现与高温热催化相当效率的重要性。这是一个尚未得到充分研究的领域，我们鼓励研究界关注这一方向。