催化反應(yīng)因其消耗的能量不同而分為熱催化、光催化、電催化及其交叉形式（如光電催化、光熱催化）。其中，熱催化適于高溫高效反應(yīng)，光催化側(cè)重環(huán)?？沙掷m(xù)性，電催化在能源轉(zhuǎn)化與精細(xì)化工領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)顯著，實(shí)際應(yīng)用中常通過(guò)多技術(shù)協(xié)同實(shí)現(xiàn)最優(yōu)效能。 

主要為固體材料，包括金屬（鉑、鈀及其合金）、金屬氧化物（氧化鋁）、硫化物（二硫化鉬）及沸石分子篩等，需根據(jù)反應(yīng)物特性與條件定制。催化劑的選擇和設(shè)計(jì)取決于反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性，以及反應(yīng)條件的要求。 

一、熱催化

原理

在一定溫度與壓力條件下，通過(guò)催化劑降低反應(yīng)活化能、優(yōu)化反應(yīng)路徑以提升反應(yīng)速率與效率的過(guò)程。熱催化因適用范圍廣、反應(yīng)條件易控，廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、環(huán)境保護(hù)及能源開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。 

催化劑

主要為固體材料，包括金屬（鉑、鈀及其合金）、金屬氧化物（氧化鋁）、硫化物（二硫化鉬）及沸石分子篩等，需根據(jù)反應(yīng)物特性與條件定制。催化劑的選擇和設(shè)計(jì)取決于反應(yīng)物的結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性，以及反應(yīng)條件的要求。

應(yīng)用領(lǐng)域

熱催化兼具高溫適應(yīng)性、低成本及易操作回收等優(yōu)勢(shì)，成為工業(yè)催化中調(diào)控活化能、實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的重要技術(shù)手段。 

優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟、適用性廣、催化劑可優(yōu)化反應(yīng)條件。

缺點(diǎn)：高溫能耗高、易引發(fā)催化劑失活（如燒結(jié)）及副反應(yīng)。

 二、光催化

原理  

基于光催化劑（如半導(dǎo)體材料）在光照下的氧化還原能力，實(shí)現(xiàn)污染物降解（生成CO?和H?O）、物質(zhì)合成及能源轉(zhuǎn)化。光催化技術(shù)因綠色高效，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境凈化、能源轉(zhuǎn)化及抗菌領(lǐng)域。 

催化劑 

光催化劑又稱光觸媒，是一種以二氧化鈦（TiO2）為代表的具有光催化功能的半導(dǎo)體材料的總稱。主要包括二氧化鈦、氧化鋅、氧化錫等，其中，二氧化鈦由于其優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、高催化活性和無(wú)毒性等優(yōu)點(diǎn)，成為了最常用的光催化材料。二氧化鈦存在銳鈦礦、金紅石和板鈦礦三種晶型，其中銳鈦礦和金紅石結(jié)構(gòu)具有光催化活性。銳鈦礦因獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)、價(jià)格優(yōu)勢(shì)成為主流，但需通過(guò)摻雜或改性拓寬吸收光譜以增強(qiáng)可見(jiàn)光響應(yīng)。N/Pt共摻雜是提升其光催化性能的常用方法。

應(yīng)用領(lǐng)域

光催化反應(yīng)的效率和選擇性可以通過(guò)優(yōu)化光催化劑的能帶結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)和反應(yīng)條件來(lái)進(jìn)行調(diào)控。此外，控制光照強(qiáng)度、波長(zhǎng)和反應(yīng)體系中其他組分的存在也可以影響光催化反應(yīng)的機(jī)理和動(dòng)力學(xué)。 

優(yōu)缺點(diǎn) 

優(yōu)點(diǎn)：

綠色環(huán)保，利用光能驅(qū)動(dòng)反應(yīng)。

反應(yīng)條件溫和（常溫常壓）。

可降解難處理污染物。

缺點(diǎn)：

光吸收范圍有限（絕大部分光催化需要依靠紫外光激發(fā)）。

電子-空穴復(fù)合率高，效率較低。

催化劑穩(wěn)定性問(wèn)題（如光腐蝕）。

三、電催化

原理  

利用電催化劑在電極表面促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)電子轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)氧化或還原過(guò)程，核心應(yīng)用于能源轉(zhuǎn)化（水電解制氫、燃料電池）、環(huán)境修復(fù)及高選擇性有機(jī)合成。

催化劑 

電極催化劑的范圍僅限于金屬和半導(dǎo)體等的電性材料。電催化研究較多的有骨架鎳、硼化鎳、碳化鎢、鈉鎢青銅、尖晶石型與鎢態(tài)礦型的半導(dǎo)體氧化物，以及各種金屬化物及酞菁一類的催化劑。

應(yīng)用領(lǐng)域

主要應(yīng)用于能源轉(zhuǎn)化與存儲(chǔ)（水電解制氫、燃料電池等）、環(huán)境修復(fù)、有機(jī)合成（電化學(xué)選擇性氧化或還原）、電化學(xué)傳感等。

優(yōu)缺點(diǎn) 

優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)條件溫和、路徑可控、清潔高效。缺點(diǎn)：依賴外部電源、催化劑成本高、電極易腐蝕失活。

總結(jié)：三類催化技術(shù)各具特色，熱催化以工業(yè)適應(yīng)性見(jiàn)長(zhǎng)，光催化聚焦環(huán)境治理，電催化精于能源轉(zhuǎn)化，多技術(shù)協(xié)同是未來(lái)發(fā)展的核心方向。