催化反应在化学工业中扮演着不可替代的角色。人类活动中大约90%的化学品生产过程与催化过程有关。然而,大量的化石燃料和二次能源消耗是催化反应的核心问题之一。利用太阳能驱动催化反应,是缓解能源需求的最可行和最经济的解决方案。近年来,国内外科研人员已经开发出多种太阳能驱动催化方式,包括光催化、光电、等离子体催化、光热催化。其中,光热催化是一个新兴的热门研究课题。但是,由于室外太阳光密度较低,催化剂不能达到足够的高温,进而使得大部分催化反应不能被自然光驱动。本课题组前期开发的新型光热器件可以有效地提升弱光利用率,进而提高了催化剂的弱光辐照温度。基于此,我们开发了高效催化剂与新型光热器件结合进行弱光驱动的光热催化,探索了新型光热系统在环境和能源领域的应用。本文主要的研究内容和结论如下:1.根据选择吸光原理构建了新型光热器件,并与真空隔热结合去构建新的光热转换系统。新型光热器件实现了低热辐射、低热传导、高效太阳光吸收的协同,使得太阳光能够高效转换为热能。并将热能限域在光热器件内部,产生高温去加热催化剂,最终实现标准太阳光辐照下的催化剂温度超过285℃,从而进行无二次能源输入的弱光辐照光热催化。2.通过石墨烯氧化物模板法制备W掺杂Fe₂O₃纳米片并进行氮氧化物选择性催化还原反应（NO_x SCR）的热催化和光热催化研究。W掺杂Fe₂O₃纳米片在250℃可以达到88%的转换效率,96%的N₂选择性和高稳定性（不受H₂O和SO₂影响）。利用新型光热器件吸光,W掺杂Fe₂O₃纳米片能够在标准太阳光辐照下达到276℃,新型光热器件辅助的W掺杂Fe₂O₃纳米片在标准太阳光辐照下的NO_x SCR反应效率可以达到92%,并且能够直接在室外光辐照下运行。3.通过共沉淀方法制备CuZnAl催化剂,并对其甲醇重整制氢的热催化和光热催化进行研究。CuZnAl催化剂在260℃产氢速率为0.4 mol g^-1 h^-1,新型光热器件辅助的CuZnAl催化剂能够在标准太阳光辐照下达到299℃,在一个标准的太阳能驱动制氢速率为3033 L m^-2 h^-1,表明运用新型光热器件和CuZnAl催化剂的协同能够在标准太阳光下实现甲醇制氢。4.通过缓冲剂、表面活性剂协同共沉淀法制备了新型PVP-CuZnAl催化剂,并进行甲醇重整制氢的热催化和光热催化研究。新型PVP-CuZnAl催化剂在260℃产氢速率可以达到1.02 mol g^-1 h^-1,是未添加PVP制备的CuZnAl催化剂的2倍。新型光热器件辅助的高效PVP-CuZnAl催化剂能够在标准太阳光辐照下达到299℃,该光热体系在标准太阳光辐照下的甲醇重整制氢速率为3845 L m^-2 h^-1,对应于878.9 mmol g^-1 h^-1,显著提高了太阳能转氢能的效率。