一、技術演進：從傳統評價到智能高通量的跨越

      催化研究的效率瓶頸長期受制于傳統評價方法的局限 —— 設備體積龐大、樣品消耗量達克級至毫升級、單組實驗周期長達數小時至數天，且人工操作誤差顯著影響數據可靠性。20 世紀 80 年代末高通量篩選（HTS）技術興起后，催化評價開始向自動化轉型，但早期系統仍存在通量不足、檢測滯后等問題。

     近年來，微型全自動催化劑評價技術實現了突破性發展，其核心演進邏輯體現為三大融合：微流控技術的微型化突破，將反應體積壓縮至納升 - 微升級別，傳質傳熱效率提升 1-2 個數量級；自動化系統的集成化發展，實現從樣品制備到數據輸出的全流程無人干預；人工智能的深度賦能，突破非穩態數據解析與實驗條件優化的瓶頸。浙江大學開發的光催化評價系統更是將篩選通量從傳統實驗室的每日不足 10 次提升至 10,000 次，反應時間縮短 4300 倍，標志著該技術進入超高通量時代。

二、核心技術架構：微型化與智能化的協同設計

（一）基礎支撐單元：微流控反應系統

        微流控芯片是技術核心，通過光刻、蝕刻等微加工技術構建高精度通道網絡（數十至數百微米），實現多相流體的精準操控。其關鍵創新包括：

高效反應模塊：采用液芯波導（LCW）技術的光催化微反應器，通過激光多次全反射使光通量達 3.5×10? mW/cm2，是傳統系統的 1 萬倍，配合套管式溫控結構可將反應溫度穩定在 25±2℃；

低耗設計：反應體積僅為傳統裝置的 1/1000-1/100，催化劑用量降至毫克級甚至微克級，顯著降低貴重材料研究成本；

并行擴展：陣列式微反應器可集成數十至數百個獨立單元，支持多催化劑、多條件同步評價。

（二）檢測與控制體系：實時性與精準性的雙重保障

高靈敏檢測技術：主流采用微流控 - 質譜聯用方案，實現產物的秒級定性定量分析，檢測限低至納摩爾級，同時支持多組分同步監測。部分系統進一步集成原位紅外、拉曼光譜等表征手段，實時追蹤催化劑結構演變；

全自動控制系統：基于 LabVIEW 等平臺開發的程序可精準調控溫度、壓力、流速等參數，配合選擇閥與注射泵組成的液體處理模塊，2 分鐘內即可完成毫升級反應物的自動混合，且支持 12,000 種以上反應條件的正交篩選。

（三）智能賦能模塊：AI 驅動的效率躍升

      人工智能技術解決了高通量篩選中的兩大核心難題：

非穩態數據解析：通過隨機森林、神經網絡等 10 種回歸模型，從動態峰狀信號中預測穩態吸光度，將實驗循環時間從 32 秒縮短至 8.5 秒；

智能實驗設計：基于歷史數據訓練的預測模型可指導催化劑配方優化，強化學習算法能動態調整反應參數，減少盲目實驗。

三、典型應用場景：多領域的催化研發加速

（一）光催化材料開發

在 (2+2) 環加成等有機合成反應中，微型全自動系統實現了 12,000 種條件的高通量篩選，成功發現高收率反應參數組合。其秒級反應能力與 AI 預測結合，為光催化劑結構優化提供了大數據支撐。

（二）能源與環境催化

在生物質熱解領域，系統可模擬復雜氣氛與溫度變化，快速評價催化劑對生物油產率的影響，助力可持續能源工藝開發。在 CO?加氫等反應中，通過多參數同步調控，實現催化劑活性與選擇性的高效優化。

（三）工業催化劑篩選

針對 MOFs 材料、金屬摻雜催化劑等工業候選材料，并行反應模塊可每日完成數百種樣品的穩定性測試，結合原位表征數據揭示構效關系，顯著縮短工業化周期。

四、現存挑戰與未來趨勢

（一）當前技術瓶頸

設備成本與國產化：高級液體處理機器人、微型質譜儀等核心部件依賴進口，單套系統成本常超百萬，國產化率不足 30%；

數據標準化缺失：不同實驗室的芯片設計、檢測參數存在差異，導致數據難以跨平臺對比，假陽性問題影響結果可靠性；

復雜體系適配性：對于氣 - 固 - 液三相反應，微通道易發生堵塞，現有系統仍需優化流體操控策略。

（二）前沿發展方向

超微型與單分子水平：結合納米技術開發單細胞級反應單元，實現催化劑活性位點的單分子表征；

多技術深度集成：構建 “微流控 + 原位多譜學 + AI" 一體化平臺，如將 XRD 與質譜聯用，同步獲取結構與性能數據；

開源共享平臺建設：參考 iChemFoundry 平臺模式，構建跨機構數據共享網絡，推動標準化實驗流程落地；

條件拓展：開發高溫高壓微反應器，適配航空燃料催化、頁巖氣轉化等工業場景需求。

五、結論

       微型全自動催化劑評價技術通過 “微型化反應 - 自動化操控 - 智能化解析" 的三位一體創新，改變了傳統催化研究的范式。其在光催化、能源轉化等領域的應用已展現出顯著的研發加速效應，盡管面臨設備成本與標準化等挑戰，但隨著 AI 與微流控技術的持續融合，該技術必將成為推動催化材料創新與工業升級的核心引擎，為綠色化學、新能源等重大戰略領域提供關鍵技術支撐。

產品展示

       SSC-MACE900微型全自動催化劑評價系統（Micro-automated Catalyst Evaluation System，Automated Fixed-Bed System），實現了固定床反應的全自動化操作，連續流反應。 

產品優勢：

1.自動壓力控制；

2.自動流量控制；

3.氣液混合汽化；

4.反應爐恒溫區100mm；

5.全組分和氣液分離組分檢測自動切換；

6.快速自動建壓； 

7.多層報警安全聯動，本質安全化設計；