高温催化技术（High-Temperature Catalysis）是指在高温（通常≥500℃）环境下，通过催化剂加速化学反应的一类关键技术。其核心价值在于突破热力学限制，提升反应效率与选择性，同时降低能耗与污染。从石油炼制到清洁能源生产，从环境治理到先进材料合成，高温催化技术已成为现代工业与可持续发展的重要支柱。随着碳中和目标的推进，高温催化在CO₂转化、绿氢制备等领域的应用潜力备受关注。

一、高温催化的科学基础​​

​​1. 催化反应的热力学与动力学​​

高温环境通过以下机制影响催化过程：

​​（1）活化能降低​​：催化剂表面活性位点（如金属原子、氧空位）吸附反应物，削弱化学键，显著降低反应活化能。

​​（2）热力学平衡突破​​：高温促进吸热反应正向进行（如甲烷重整：CH₄ + H₂O → CO + 3H₂）。

​​（3）扩散速率提升​​：高温增强反应物在催化剂孔隙内的扩散，减少传质限制。

​​2. 催化剂的“高温生存法则”​​

高温下催化剂需满足三大特性：

​​（1）热稳定性​​：抵抗烧结（如负载型催化剂中金属颗粒团聚）与相变（如Al₂O₃载体高温相变导致孔结构坍塌）。

​​（2）抗积碳性​​：抑制烃类裂解生成焦炭（如通过添加碱金属或调整载体酸性）。

​​（3）化学惰性​​：在腐蚀性气氛（如H₂S、Cl⁻）中保持结构完整性。

二、高温催化技术的核心应用​

（1）工业高温催化技术​​

技术名称​​	​​典型反应​​	​​催化剂类型​​	​​温度范围​​	​​应用场景​​
流化床催化裂化​​	重油裂解为汽油、柴油	Y型分子筛/沸石催化剂	450–550℃	石油炼制
甲烷部分氧化​​	CH₄ + ½O₂ → CO + 2H₂	Pt/Al₂O₃或Ni基催化剂	800–1000℃	合成气生产
费托合成​​	CO + H₂ → 长链烷烃/烯烃	Fe或Co基催化剂	200–350℃	合成燃料
汽车尾气净化​​	CO/NOx/HC → N₂ + CO₂ + H₂O	三元催化剂（Pt/Pd/Rh）	300–1000℃	机动车排放控制

（2）能源化工领域​​

​​1.石油炼制​​

​​催化裂化（FCC）​​：在500~600℃下，Y型分子筛催化剂将重质油裂解为汽油、柴油。

​​加氢处理​​：Co-Mo/Al₂O₃催化剂在300~400℃下脱除硫、氮杂质，生产清洁燃油。

​​2.合成气与氢能生产​​

​​甲烷蒸汽重整​​：Ni基催化剂在800~1000℃下将CH₄与H₂O转化为H₂与CO，是工业制氢的主要途径。

​​高温电解水（HTSE）​​：固体氧化物电解槽在700~900℃下电解水制氢，效率较低温电解提升30%以上。

​​3.环境治理​​

​​汽车尾气净化​​：三元催化剂（Pt-Pd-Rh）在300~1000℃动态工况下将CO、NOx、HC转化为无害气体。

​​工业废气处理​​：V₂O₅-WO₃/TiO₂催化剂在300~400℃下催化降解二噁英与VOCs。

​​4.新材料合成​​

​​碳纳米管/石墨烯生长​​：Fe-Co/MgO催化剂在600~1000℃下催化甲烷裂解，定向合成碳基纳米材料。

​​高温陶瓷制备​​：SiC或AlN粉体通过化学气相沉积（CVD）在1200℃以上合成。

三、技术挑战与创新突破​​

​​1. 当前瓶颈​​

问题	​​原因​​	影响​​
催化剂烧结	高温下金属颗粒迁移团聚	活性位点丧失，寿命缩短
积碳与结焦	烃类裂解生成固态碳沉积	孔道堵塞，反应效率下降
热应力失效	温度梯度导致材料膨胀不均	反应器开裂，安全隐患

​​2. 创新解决方案​​

​​(1) 催化剂设计​​

​​单原子催化剂（SACs）​​：将金属以原子级分散在载体上（如Pt1/FeOx），彻底抑制烧结。

​​核壳结构​​：用惰性壳层（如SiO₂）包裹活性金属核（如Ni），隔离高温侵蚀。

​​抗积碳助剂​​：添加K、Ca等碱金属中和载体酸性，减少碳沉积。

​​(2) 工艺优化​​

​​脉冲反应技术​​：周期性切换反应气体（如H₂与O₂），原位清除积碳。

​​超临界流体辅助​​：在超临界CO₂环境中进行反应，增强传质并抑制副反应。

​​(3) 材料与装备升级​​

​​耐高温合金​​：Inconel 600合金（耐温1150℃）用于反应器内壁。

​​热障涂层（TBCs）​​：Y₂O₃稳定的ZrO₂涂层减少热量损失并保护基材。

四、前沿趋势与未来展望​​

​​1. 智能化与高通量技术​​

​​AI驱动催化剂设计​​：利用机器学习预测高温下催化剂性能（如谷歌DeepMind的GNoME模型筛选出380万种稳定材料）。

​​微反应器阵列​​：96通道高通量系统并行测试不同催化剂，研发周期缩短90%。

​​2. 绿色低碳技术​​

​​光热协同催化​​：纳米光热材料（如Au/TiO₂）吸收太阳能驱动高温反应，实现零碳供能。

​​CO₂资源化利用​​：Fe基催化剂在300~500℃下将CO₂加氢制取烯烃（如中国科学院大连化物所突破CO₂制汽油技术）。

​​3. 极端条件探索​​

​​超高温催化（>2000℃）​​：激光加热技术合成超硬材料（如立方氮化硼）。

​​太空环境催化​​：国际空间站研究微重力对多相催化反应的影响。

五、结论​​

      高温催化技术正经历从“经验驱动”到“数据与理论驱动”的范式变革。随着单原子催化、智能算法与绿色工艺的融合，未来高温催化将在能源转型、碳中和及新材料创制中发挥更核心的作用。突破高温极限、实现精准调控，将是这一领域持续引领工业革命的必由之路。

产品展示

      SSC-CTR900 催化高温反应仪适用于常规高温高压催化反应、光热协同化、催化剂的评价及筛选、可做光催化的反应动力学、反应历程等方面的研究。主要应用到高温高压光热催化反应，光热协同催化，具体可用于半导体材料的合成烧结、催化剂材料的制备、催化剂材料的活性评价、光解水制氢、光解水制氧、二氧化碳还原、气相光催化、甲醛乙醛气体的光催化降解、苯系物的降解分析、VOCs、NOx、SOx、固氮等领域。实现气固液多相体系催化反应，气固高温高压的催化反应，满足大多数催化剂的评价需求。

产品优势：

SSC-CTR900催化高温反应仪的优势特点

1)高温高压催化反应仪可实现催化高温<900℃C高压<10MPa反应实验

2)紫外、可见、红外等光源照射到催化剂材料的表面，实现光热协同和光诱导催化;

3)光热催化反应器采用高透光石英玻璃管，也可以采用高压反应管，兼容≤30mm 反应管;

4)可以实现气氛保护、抽取真空、PECVD、多种气体流量控制等功能;

5)可以外接鼓泡配气、背压阀、气液分离器、气相色谱等，实现各种功能的扩展;

6) 采取模块化设计，可以实现光源、高温反应炉、高温石英反应器、高真空、固定床反应、光热反应等匹配使用;

7) 高温高压催化反应仪，小的占地面积，可多功能灵活，即买即用。