太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)的水分解制氫技術(shù)，被視為實(shí)現(xiàn)“綠氫”經(jīng)濟(jì)、解決能源與環(huán)境問(wèn)題的理想路徑。在此類(lèi)實(shí)驗(yàn)研究中，聚光太陽(yáng)光模擬器已成為不可或缺的工具，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(cè)控luminbox聚光太陽(yáng)光模擬器，可在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)構(gòu)建相當(dāng)于500 倍標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光強(qiáng)的高通量輻照環(huán)境，為研究光催化在高溫下的產(chǎn)氫機(jī)制提供可靠實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

為什么用聚光太陽(yáng)光模擬器？

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常規(guī)太陽(yáng)光模擬器通常提供“1個(gè)太陽(yáng)常數(shù)”（AM 1.5G，100 mW/cm2）的標(biāo)準(zhǔn)光照條件，這主要用于評(píng)估催化劑的本征活性。然而，要實(shí)現(xiàn)高效的工業(yè)化產(chǎn)氫，必須通過(guò)聚光系統(tǒng)來(lái)收集更大面積上的太陽(yáng)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(qiáng)。

聚光型太陽(yáng)光模擬器為在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬該高光強(qiáng)環(huán)境而設(shè)計(jì)，通過(guò)精密的光學(xué)透鏡或反射鏡系統(tǒng)，將光源發(fā)出的光束匯聚，輕松實(shí)現(xiàn)500倍太陽(yáng)光強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)條件。

聚光型太陽(yáng)光模擬器的應(yīng)用價(jià)值

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1.探究高光強(qiáng)下的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)與機(jī)理

光分解水制氫的原理與主要過(guò)程示意圖

在極高的光子通量下，光催化過(guò)程可能從光強(qiáng)依賴(lài)的線性區(qū)域進(jìn)入飽和區(qū)域，其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和電荷行為與標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下截然不同。聚光太陽(yáng)光模擬器使得系統(tǒng)研究光強(qiáng)對(duì)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(jī)制提供了數(shù)據(jù)支持。

2.加速催化劑篩選與性能評(píng)估

在“1個(gè)太陽(yáng)”條件下，許多催化劑的產(chǎn)氫速率較低，測(cè)試周期長(zhǎng)。利用聚光太陽(yáng)光模擬器產(chǎn)生的高光強(qiáng)，可以顯著提升產(chǎn)氫信號(hào)，從而在短時(shí)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(jìn)程。

3.揭示光熱協(xié)同效應(yīng)

光熱協(xié)同制氫

高光強(qiáng)照射會(huì)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(shí)能與光催化過(guò)程產(chǎn)生協(xié)同，進(jìn)一步提升反應(yīng)速率。聚光太陽(yáng)光模擬器是研究這種光-熱耦合作用的理想平臺(tái)，有助于區(qū)分光催化與熱催化的貢獻(xiàn)，并指導(dǎo)開(kāi)發(fā)高效的光熱協(xié)同催化體系。

4.系統(tǒng)集成與工程驗(yàn)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(yáng)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?xún)?yōu)異；

350 ℃工況下太陽(yáng)能制氫效率達(dá)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(jì)，結(jié)合余熱回收，總能量利用率達(dá)68%，降低能源損耗。

該成果已被國(guó)際能源署（IEA）納入《太陽(yáng)能制氫技術(shù)路線圖》，推動(dòng)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室邁向工程應(yīng)用。

綜上，聚光太陽(yáng)光模擬器作為連接基礎(chǔ)光催化研究與太陽(yáng)能制氫規(guī)模化應(yīng)用的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)工具，展現(xiàn)出不可替代的學(xué)術(shù)價(jià)值與工程指導(dǎo)意義。通過(guò)構(gòu)建高度可控的高通量輻照環(huán)境，聚光太陽(yáng)光模擬器不僅深化了研究人員對(duì)高光強(qiáng)條件下反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)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(píng)估的效率，更通過(guò)工程驗(yàn)證環(huán)節(jié)，直接推動(dòng)了高效催化體系與反應(yīng)器設(shè)計(jì)走向成熟。

Luminbox 聚光太陽(yáng)光模擬器

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紫創(chuàng)測(cè)控Luminbox 聚光太陽(yáng)光模擬器以高性能氙燈為核心光源，精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)AM1.5G 太陽(yáng)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(cè)試及航空航天驗(yàn)證提供專(zhuān)業(yè)光照解決方案。

可提供500多個(gè)太陽(yáng)的高聚光能量（1sun=1000w/m2）

時(shí)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(biāo)準(zhǔn)

紫創(chuàng)測(cè)控Luminbox的聚光太陽(yáng)光模擬器已應(yīng)用于材料科學(xué)、新能源、航空航天等領(lǐng)域，推動(dòng)科研與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新。未來(lái)，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(chǎng)景提供更高效的解決方案。