在环境污染治理与能源危机的双重挑战下，光催化技术作为一项绿色可持续的解决方案备受关注。而光催化反应器作为实现光催化反应的核心装备，其设计优劣直接决定了光能利用效率与反应速率，成为推动该技术产业化的关键突破口。
传统光催化反应器多采用简单槽式或管式结构，存在光衰减严重、传质效率低等缺陷。现代反应器通过光学系统与反应器构型的创新突破，显著提升了光能利用率。例如，平板式反应器采用渐变折射率材料，可使光子在催化剂层内形成"光陷阱"，实现光能的多级吸收；而光纤式反应器通过将石英光纤嵌入催化剂载体，将光直接导入反应体系内部，光能利用率可达传统设计的3倍以上。中国科学院开发的微通道反应器，通过将流道尺寸缩小至微米级，使光子传输路径缩短90%，大幅提升了量子效率。
催化剂负载技术是反应器设计的核心环节。溶胶-凝胶法、化学气相沉积等先进工艺，可将TiO₂、g-C₃N₄等光催化剂均匀固定在陶瓷膜、玻璃纤维等载体上，既解决了纳米催化剂回收难题，又通过构建异质结结构拓展了光谱响应范围。近期研究表明，将MOFs材料与石墨烯量子点复合负载于反应器内壁，可在可见光区实现双氧水的高效合成，量子产率突破12%。这种材料-结构协同设计策略，正推动光催化反应器向高效化、多功能化方向发展。
在环境治理领域，流化床光催化反应器已成功应用于工业废水处理，其独特的气固液三相接触体系，使COD去除率稳定在85%以上。能源领域，膜反应器实现了光催化分解水制氢的连续化生产，在AM 1.5光照条件下，氢气产率达到8.2 mmol/h·m²。更具突破性的是，光热协同反应器通过耦合太阳能光热转换，使CO₂还原反应在温和条件下实现甲烷选择性合成，为碳资源利用提供了新路径。
随着人工智能技术的引入，光催化反应器正迈向智能化时代。机器学习算法可实时优化光照强度、流速等参数，使反应效率提升20%-30%。未来，结合太阳能聚光技术的新型反应器，有望实现零能耗的污染物降解与燃料合成，为构建绿色低碳社会提供关键技术支撑。光催化反应器不仅是化学反应的容器，更是连接太阳能与化学能的桥梁，其创新发展将持续绿色化学的技术革命。
