本发明公开了一种基于光催化剂自分频的太阳能光热耦合制氢装置，包括若干反射镜、圆弧形二次反射器件以及由内至外依次设置的吸热流体层、光热耦合反应层和真空层；其中，若干反射镜并排设置在真空层的下方，圆弧形二次反射器件的开口方向朝下并设置在真空层上方；在光热耦合反应进行时，测试催化剂样品放置在光热耦合反应器内，反射镜收集光源后反射，部分通过吸热流体层直接吸收，部分通过圆弧形二次反射器件反射后进一步将光源反射至吸热流体层吸收，真空层包裹在光热耦合反应层外围进而防止与空气的对流热损。本发明清洁环保、简单易行，可稳定用于光热耦合催化剂产氢性能测试。