光热催化CO₂加氢反应通常在固定床反应器中进行，要求既能承受高温（可达600℃）和高压（2-5MPa），又能让光源透过光学窗口照射催化剂床层。反应器的设计需综合考虑光入射效率、温度场均匀性和反应物流分布三个维度。

石英窗口是光热催化反应器的关键光学部件，需选用紫外-可见-近红外高透光率的材料（透光率>90%），厚度5-10mm以承受压力。窗口与釜体之间采用石墨垫圈或铜垫圈密封，避免有机物污染。窗口内表面应保持清洁，定期用无水乙醇擦拭，防止催化剂粉尘附着导致透光率下降。对于高温反应（>500℃），需考虑窗口材料的温度稳定性，熔融石英在高温下透光率变化较小。

加热方式的选择影响温度场分布。外部电炉加热是最常用的方式，但需在炉体上开孔留出光路，这可能导致加热不均匀。采用红外灯从外部加热，与主光源分离，可实现光热效应的独立调控。内置加热片可对催化剂区域进行局部加热，减少能量浪费。对于需要精确温度梯度的实验，可采用分段加热设计，在反应器不同轴向位置独立控温。

催化剂床层的布置直接影响光吸收效率和温度分布。对于粉末催化剂，建议将催化剂与惰性稀释剂（石英砂）混合后装填，以改善床层内的光分布和温度均匀性。床层高度与直径比（L/D）建议≥5，以保证平推流。床层内可布置多个测温点（入口、中部、出口），监测轴向温度梯度。对于整体式催化剂（蜂窝状），需确保光照能够到达催化剂内部通道。

反应器材质需兼顾耐温、耐压和化学稳定性。316L不锈钢是常用选择，可耐受600℃和10MPa压力。对于高温（>700℃）或强腐蚀性体系，需选用哈氏合金或Inconel。反应器内壁应电解抛光，减少表面积碳和金属离子溶出。

在操作层面，需建立光强与温度的关联校准曲线。在相同光强下，测量不同位置（距窗口不同距离）的催化剂床层温度，绘制温度-位置分布图。通过调节光强和外加热功率，使床层温度分布满足实验要求。对于需要光热协同效应的研究，光强通常设置在0.5-5太阳常数范围内，床层温度控制在200-600℃。

北京中教金源科技有限公司的光热催化微反系统，采用模块化设计，用户可根据需要选择反应器材质、窗口尺寸和加热方式，并配备多点热电偶和红外测温窗口，支持温度场的实时监测与调控。