综述：光热催化中的微纳尺度测温技术

这篇综述系统探讨了光热催化（photothermal catalysis）中微纳尺度测温技术的关键作用。文章指出，通过精确测量催化剂表面局域温度（localized heating），可区分激发态（excited-state）与基态（ground-state）反应路径，为开发高效光热催化剂（photocatalysts）和光反应器（photoreactors）提供理论支撑，推动可持续化学品和燃料的绿色合成。

　　

光热催化：当阳光遇见分子热舞

在能源转型的全球背景下，光热催化（photothermal catalysis）正成为化学工业脱碳的关键技术。这种巧妙的方法将光子能量与热能相结合，通过光-物质相互作用（light-matter interactions）同时驱动光化学（photochemical）和热化学（thermochemical）过程，为传统热催化提供了可持续替代方案。

温度测量的科学挑战

精确测温在光热催化中具有决定性意义。由于光激发产生的电荷载流子（charge carriers）与局域热效应（localized heating effects）往往同时发生，传统测温技术如热电偶（TC）和红外相机（IR camera）难以区分二者的贡献。更复杂的是，催化剂表面可能形成纳米级"热点"（hot spots），其温度梯度可达数百开尔文，而宏观测量会严重低估这些微观热涨落。

突破性的测温技术

现代显微技术为这一困境带来转机：

• X射线吸收光谱（XAS）能通过原子热振动引起的能移反推温度

• 光致发光光谱（PL）利用稀土纳米粒子的温度依赖性发光

• 扫描透射电镜（STEM）结合电子能量损失谱可达到原子级分辨率

• 核磁共振（NMR）通过分子转子运动频率反映局部微环境温度

这些技术将空间分辨率提升至亚微米级，时间分辨率达到毫秒量级，使研究者首次能实时观测催化活性位点的真实温度。

从实验室到工业化的桥梁

精确测温对工艺优化具有多重意义：

1. 活化能（activation energy）的准确测定可避免传统阿伦尼乌斯公式的误差

2. 光热转换效率（photothermal conversion efficiency）的评估不再受体相温度干扰

3. 选择性调控可通过温度敏感型中间体的定向捕获实现

典型案例显示，当金纳米颗粒表面温度被PL技术精确测定为523K时，其CO₂加氢选择性比宏观测量预估的高出37%。

未来展望

该领域仍面临多重挑战：

• 开发兼具高时空分辨率和宽温区适应性的联用技术

• 建立光-热协同效应的定量描述模型

• 设计温度自反馈型智能催化剂体系

随着测量技术的进步，光热催化有望在甲烷重整、氨合成等重大工业反应中实现突破，为"双碳"目标提供关键技术支撑。