在催化材料研發與工業應用領域，催化劑的性能直接決定反應效率、產物經濟性與環境友好性。傳統催化劑評價模式受制于設備體積龐大、樣品消耗量大、實驗周期冗長、人工操作誤差顯著等痛點，難以滿足現代催化研究對高效篩選、精準優化的需求。微型全自動催化劑評價系統通過融合微流控微型化技術、高通量實驗設計與人工智能算法，構建“全流程自動化+高并行篩選+智能決策優化"的一體化評價體系，實現了催化劑評價從“經驗驅動"向“數據智能驅動"的范式革新，為加速催化材料研發進程、推動工業催化工藝升級提供了核心技術支撐。

一、系統核心架構：高通量與智能化的協同設計

      微型全自動催化劑評價系統以“微型化反應基底、高通量并行操控、人工智能賦能"為核心設計理念，構建了由硬件執行層、數據采集層、智能決策層與應用輸出層組成的四層協同架構，各層級無縫銜接，實現從樣品制備到評價結果輸出的全流程無人干預與智能優化。

（一）硬件執行層：微型化與高通量的硬件基石

      硬件執行層是系統實現微型化與高通量實驗的核心載體，集成微流控反應模塊、高精度流體操控單元與并行反應陣列，從物理維度突破傳統評價設備的效率瓶頸。核心組件包括陣列式微流控反應芯片、高精度微量注射泵、多通道溫度壓力控制系統與自動化樣品處理機械臂。其中，微流控反應芯片通過光刻蝕刻技術構建數十至數百微米級別的精密通道網絡，將單次反應體積壓縮至納升-微升級別，催化劑用量降至毫克級甚至微克級，較傳統裝置資源消耗降低90%以上，大幅減少貴重樣品的實驗成本；陣列式設計可集成數十至數百個獨立反應單元，配合多通道機械臂，實現單次實驗對數十種甚至上百種催化劑樣品的同步評價，單日篩選通量較傳統實驗室提升10-100倍。例如，基于該架構的光催化評價系統可將每日篩選通量提升至10,000次，反應時間較傳統系統縮短4300倍，邁入超高通量時代。

（二）數據采集層：實時精準的多維度數據支撐

      數據采集層作為智能決策的基礎，通過集成高靈敏度檢測技術與多參數監測模塊，實現催化反應全流程數據的實時捕獲與精準解析。系統采用微流控-質譜聯用技術作為核心檢測方案，反應產物可通過微流控芯片直接接入質譜檢測單元，實現秒級定性定量分析，檢測限低至納摩爾級，同時支持多組分同步監測，避免傳統檢測方法的滯后性與信息遺漏問題。此外，系統還可集成原位紅外、拉曼光譜等表征模塊，同步獲取催化劑活性數據與結構演變信息，為揭示催化構效關系提供全維度數據支撐。數據采集過程通過標準化協議自動完成，避免人工記錄與傳輸誤差，確保數據的可靠性與可追溯性。

（三）智能決策層：人工智能驅動的優化核心

      智能決策層是系統實現“全自動+精準化"評價的核心大腦，集成機器學習算法、智能實驗設計與動態優化模型，破解高通量實驗中的數據解析與條件優化難題。該層級通過TensorFlow、LabVIEW等平臺構建算法體系，核心實現三大功能：一是智能實驗設計，基于歷史數據與預設目標（如高轉化率、高選擇性），通過強化學習算法自動生成正交實驗方案，減少盲目實驗，將實驗周期縮短50%以上；二是非穩態數據解析，利用隨機森林、神經網絡等回歸模型，從高通量檢測產生的動態峰狀信號中快速提取有效信息，預測穩態反應結果，將實驗循環時間從傳統的32秒縮短至8.5秒；三是動態參數優化，實時聯動數據采集層與硬件執行層，根據反應數據動態調整溫度、壓力、流速等關鍵參數，確保反應始終處于狀態。天津大學團隊開發的自適應極限學習機（AELM）框架，在氮氧化物減排催化劑評價中，實現了小樣本條件下轉化率預測準確率達93.3%，預測速度較傳統方法提升87%，單次預測僅需0.2-0.3秒。

（四）應用輸出層：多場景適配的價值轉化接口

      應用輸出層面向科研研發與工業應用兩大核心場景，提供標準化數據輸出、可視化分析與工藝對接功能。科研場景下，系統可自動生成催化劑活性曲線、選擇性變化規律、穩定性衰減趨勢等標準化報告，支持數據導出與二次分析，助力科研人員快速挖掘催化構效關系；工業場景下，系統可通過工業通信協議與生產裝置對接，將實驗室篩選優化的催化劑配方與反應參數直接賦能工業生產，同時實時監測工業工況下催化劑性能衰減情況，為催化劑更換與再生提供精準預警，實現“實驗室研發-工業應用"的無縫銜接。

二、核心技術融合：高通量實驗與AI的協同突破

      系統的核心競爭力源于高通量實驗技術與人工智能算法的深度融合，通過三大關鍵技術突破，破解傳統催化劑評價的效率與精度瓶頸，實現“高通量篩選-大數據解析-精準優化"的閉環賦能。

（一）微流控-高通量并行反應技術

      突破傳統單一反應模式，開發陣列式微流控并行反應技術，實現多催化劑、多條件的同步評價。系統通過高精度流體分配模塊，可在2分鐘內完成數十組反應物的精準配比與同步進樣，配合分區溫控技術，實現不同反應單元的獨立溫度調控（范圍覆蓋-15℃至400℃）與壓力控制（可達3000 psi），適配從常溫常壓到高溫高壓的多樣化催化反應場景。例如，在平臺式壓力篩選反應器（DSPR）的支撐下，系統可單次運行96組加壓反應，大幅提升工業催化候選材料的篩選效率。同時，微流控技術的高效傳質傳熱特性，使反應體系溫度、濃度分布均勻，減少傳統裝置因傳質傳熱滯后導致的評價偏差，提升實驗數據的可靠性。

（二）AI驅動的智能實驗設計與數據解析

      構建“數據采集-模型訓練-實驗優化"的閉環智能體系，解決高通量實驗中的數據冗余與優化低效問題。在實驗設計階段，基于遷移學習算法利用現有催化數據庫預訓練模型，結合少量前期實驗數據，快速生成實驗方案，避免“暴力篩選"帶來的資源浪費；在數據解析階段，通過多輸出回歸模型與特征融合算法，精準捕捉溫度、壓力、催化劑組成等多參數與催化性能的非線性關系，甚至可實現催化劑活性位點的間接預測；在優化階段，采用自適應優化算法，動態調整反應參數組合，快速鎖定反應條件。例如，在光催化（2+2）環加成反應篩選中，該技術實現了12,000種反應條件的高通量篩選，成功發現高收率參數組合，研發周期較傳統方法縮短60%。

（三）全流程自動化與安全聯鎖技術

      基于PLC與邊緣計算技術，實現從樣品裝填、反應調控、產物檢測到數據處理的全流程自動化控制，無需人工干預。系統配備自動化粉末分配模塊與可加熱鋼針液體分配單元，支持數十至數百個樣品的連續處理與追蹤，避免交叉污染；內置多層安全聯鎖機制，通過實時監測溫度、壓力、流速等參數，當出現超溫、超壓等異常情況時，自動觸發泄壓、停機、清洗等應急措施，保障實驗安全。例如，在連續數天的催化劑穩定性評價實驗中，系統可自動定時采集數據、調整反應條件，無需科研人員值守，大幅降低勞動強度。

三、典型應用場景：賦能多領域催化研究與工業升級

      微型全自動催化劑評價系統憑借高通量、低消耗、智能化的核心優勢，已在光催化材料開發、能源環境催化、工業催化劑篩選等多個領域實現深度應用，展現出顯著的技術價值與產業賦能潛力。

（一）光催化材料研發

      在有機合成、污染物降解等光催化研究領域，系統通過高效光催化微反應器與高通量篩選能力，快速探索催化劑組成、光照條件與反應性能的關聯。采用液芯波導（LCW）技術的光催化微反應器，可使光通量達3.5×10? mW/cm2，是傳統系統的1萬倍，配合AI智能優化光照強度與反應時間，大幅提升光催化效率篩選精度，為高效光催化材料的結構設計提供數據支撐。

（二）能源與環境催化

      在CO?加氫、生物質熱解、氮氧化物減排等能源環境相關催化領域，系統可模擬復雜反應氣氛與工況條件，快速評價催化劑性能。例如，在氮氧化物（NOx）減排選擇性催化還原（SCR）系統開發中，通過AI模型精準預測催化劑轉化率，為柴油發動機清潔化提供高效解決方案；在CO?加氫反應中，通過多參數同步調控與智能優化，快速鎖定H?/CO?比例與反應溫度，提升產物選擇性。

（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，系統可每日完成數百種樣品的穩定性測試與性能對比，結合原位表征數據揭示構效關系。通過與工業生產系統的對接，將實驗室優化的催化劑配方與反應參數直接應用于工業裝置，縮短工業化周期，同時實時監測工業工況下催化劑衰減情況，為催化劑更換與再生提供精準指導，提升工業生產效率與經濟性。

四、技術挑戰與發展展望

      盡管微型全自動催化劑評價系統已實現顯著技術突破，但在核心部件國產化、數據標準化、復雜體系適配性等方面仍面臨挑戰：當前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%；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；對于氣-固-液三相反應，微通道易發生堵塞，現有系統流體操控策略仍需優化。

      未來，隨著技術的持續迭代，系統將向三大方向發展：一是核心部件國產化與成本控制，通過自主研發突破關鍵部件技術壁壘，降低系統應用門檻；二是多技術深度集成，構建“微流控+原位多譜學+AI"一體化平臺，同步獲取催化劑結構與性能數據，深化構效關系研究；三是開源共享平臺建設，推動跨機構數據共享與標準化實驗流程落地，加速催化研究協同創新；四是拓展高溫高壓等工況適配能力，滿足航空燃料催化、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系統通過高通量實驗與人工智能的深度融合，打破了傳統催化劑評價的效率與精度瓶頸，實現了評價過程的微型化、自動化與智能化。該系統不僅大幅縮短催化材料研發周期、降低實驗成本，更推動了催化研究從“經驗驅動"向“數據智能驅動"的轉型。隨著核心技術的不斷突破與產業化應用的持續深化，該系統將在能源、環境、化工等多個領域發揮核心支撐作用，為推動綠色化學發展與工業制造升級注入強勁動力。

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；