從1972年日本科學家藤島昭發現光催化現象開始，光催化已經有五十年的發展歷程。近些年，光催化研究也開始從實驗室基礎研究逐漸向產業化發展，隨之而來的是反應裝置的配套升級，將實驗室內簡單的光催化反應系統轉變為戶外可以太陽光直接照射的大面積反應裝置。
“氫農場”項目（Hydrogen Farm Project (HFP)）由院士、大連化學物理研究所研究員李燦團隊在《Angew》雜志發表題為《A Hydrogen Farm Strategy for Scalable Solar Hydrogen Production with Particulate Photocatalysts》成果時提出。“氫農場”項目采用BiVO4晶體充當水氧化光催化劑，用以實現用于太陽能存儲和制氫的HFP，實現STC(Solar-to-Chemical)超過1.9％和STH(Solar-to-Hydrogen)超過1.8％，由于這種方法主要類似于農業農場的過程，即大規模種植農作物，然后在農作物成熟后集中收獲，因此團隊將其命名為“氫農場”項目。
泊菲萊科技直接太陽光陣列式平板光化學反應系統
泊菲萊科技聯合中科院大連化物所李燦院士團隊推出PLR-SPR系列平板式光化學反應裝置，使實驗室中合成的光催化劑，在太陽光的直接作用下，得到了大面積產業化的驗證。相較于傳統的釜式反應器，平板式反應器具有受光面積更大，催化劑的光照均勻性更高，反應物與催化劑的傳質效率更高，放大效應小等優勢，是光催化反應體系向戶外應用轉化的。
為了更好的推動平板式反應器的規?；瘧茫捶迫R科技推出的PLR-SPR系列平板式光化學反應裝置在應用場景上進行了更精細的劃分。
PLR-SPRL實驗級平板式光化學反應裝置體積小巧，適用于初期的實驗條件摸索，主要用于光催化反應的前期條件摸索，包括催化劑負載量的優化，流速的優化，反應器材質選擇等。
PLR-SPRF小試級平板式光化學反應裝置體積較大，適用于中期戶外量程可行化的驗證，主要用于光催化反應的條件確認后的放大性驗證和戶外實驗驗證，包括反應器材質的優化，熱量傳遞的優化，傳質效率的優化以及大面積催化劑負載工藝的優化等。
PLR-SPRG量產級平板式光化學反應裝置可將反應器按照陣列形式進行串聯或者并聯，實現后期的規模化量產，主要用于光催化反應的規?；a。
優勢詳解
PLR-SPR系列平板式光化學反應裝置在催化劑固定、擾流設計、床層設計、管路設計、反應器結構等方面具有一系列的特點和優勢，適用于光化學反應研究和工業生產。
1. 高的光照效率與光照均勻度
不同于傳統的釜式反應器，PLR-SPR系列平板式光化學反應裝置結構呈扁平狀，催化劑可均勻分散在板式反應器中。反應過程中，催化劑的受光面積更大，與光源距離基本一致且無遮擋，催化劑的光照效率和光照均勻度更高，可提高光反應速率同時減少因局部反應過快而造成的副反應。
2. 高效的傳質效率和循環效率
PLR-SPR系列平板式光化學反應裝置綜合考慮了反應器的尺寸與邊緣結構，并在反應器內設計了擾流層，使反應物在反應器中快速混合均勻，減少了反應器中的死體積，提高了傳質效率，有利于提高光催化反應的速率同時減少局部濃度產物積累而導致的副反應。
PLR-SPR系列平板式光化學反應裝置的床層設計保留了薄層液相結構，充分增大催化劑與反應物的接觸面積，以確保充分接觸和有效反應。為了避免床層過薄出現阻力大，體系壓力過高等現象，通過仿真模擬匹配了的催化劑床層和流體層高度，同時采用了更合理的管道布局和連接方式保證了體系高的循環效率與穩定性。
3. 優秀的氣密性和穩定性
PLR-SPR系列平板式光化學反應裝置采用長壽命、耐腐蝕、耐高溫密封膠圈進行密封，具備良好的氣密性，確保反應過程中不會發生泄漏，保障實驗的準確性和穩定性。
在壓力設計方面，為了延長平板的使用壽命PLR-SPR系列平板式光化學反應裝置進行了相應的耐壓結構設計，保證了裝置的穩定性和安全性。
圖1.平板反應器耐壓仿真圖
4. 實時監測多種數據
PLR-SPR系列平板式光化學反應裝置還配備了pH測量功能，能夠實時監測反應體系的酸堿性，以調節反應條件和優化反應效果。此外還可以選配溫度、壓力、環境濕度、氧化還原電位、太陽輻射度、紫外輻射度等數據的監測模塊。
此外，PLR-SPR系列平板式光化學反應裝置還擁有多項技術，其中的快拆設計（號：.X）使得裝置易于維護和清洗，提高了操作便捷性和實驗效率。
圖2.平板反應器快拆結構示意圖
5. 靈活的定制方案
為了適用于不同的反應體系，PLR-SPR系列平板式光化學反應裝置提供靈活的定制化方案，包括反應器及管路規格、材質、流速、催化劑床層高度、液層高度、換熱體系、氣液分離及數據監測等多個參數均可進行個性化定制，為不同光催化反應體系量身定造的平板式反應器。
| PLR-SPR系列平板式光化學反應裝置 | ||||
| 參數 | PLR-SPRL實驗室級 | PLR-SPRF小試級 | PLR-SPRG量產級 | |
| 反應器尺寸 | 10×10 cm ²，可選5×5、15×15、20×20、25×25 cm ² | 0.1 m ²，可選0.25、0.5 m ² | 0.5 m ²，可選5 m ²、10 m ² | |
| 反應流量 | 0~1 L/min | 5~10 L/min | 25~120 L/min | |
| 儲液池 | 0.2~0.8 L | 10 L | 10~1000 L | |
| 支架單元 | 桌面型 | 落地型 | 戶外型 | |
| 管路 | PU管、四氟管、不銹鋼管、PPR管 | 不銹鋼管 | 不銹鋼管 | |
| 應用場景 | 室內/戶外 | 室內/戶外 | 戶外 | |
| 所需面積 | 桌面2m ² | 地面5~10m ² | 地面10~100m ² | |
| 應用領域 | 光催化：光催化分解水、液態陽光、光催化污水降解 光電催化：光伏光電催化分解水 | |||
- Zhou, Qixin; Guo, Yan*; Zhu, Yongfa*, Photocatalytic sacrificial H2 evolution dominated by micropore-confined exciton transfer in hydrogen-bonded organic frameworks. Nature Catalysis 2023.
