新成果：内量子效率高达114%

近期，在《Nature Energy》刊登题目为“Internal quantum efficiency higher than 100% achieved by combining doping and quantum effects for photocatalytic overall water splitting”的研究成果，将CdTe/V-In₂S₃异质结光催化剂用于光催化分解水制氢反应中，利用多激子产生效应在350 nm处实现了114%的光催化分解水制氢内量子效率（Internal Quantum Efficiency，IQE），再次引发各研究人员对量子效率的讨论[1]。

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泊菲莱科技也在早期的文章“你计算的量子产率，就真的是AQY嘛？”中介绍过量子效率、光子效率、外量子效率、内量子效率等参数指标的概念及计算公式。

本文主要针对表观量子产率（Apparent Quantum Yield, AQY）和内量子效率（Internal Quantum Efficiency, IQE）进行讨论。

AQY 与 IQE

在颗粒悬浮液光催化反应体系中，由于散射和反射等因素影响，实际反应过程中光催化剂吸收的光子数难于测定，导致无法直接计算量子产率[2]。因此，评价光催化剂的光子利用效率一般采用AQY，表观量子产率的计算公式如下[3]：

​《Nature Energy》“Internal quantum efficiency higher than 100% achieved by combining doping and quantum effects for photocatalytic overall water splitting”文中采用的光催化剂是CdTe量子点和V掺杂In₂S₃（V-In₂S₃）形成的异质结光催化剂（CdTe/V-In₂S₃），反应体系为胶体体系，可以直接计算IQE[1]。文中内量子效率是指特定波长的入射光子产生的电子数与所吸收光子数的比例，是真实的量子效率[4]。区别于AQY强调的入射光子数利用率，IQE强调的是吸收光子利用率。因此，IQE计算公式如下：

​A：反应体系的吸光度，由UV-vis-NIR分光光度计测量所得。

通过测量单色光条件下的气体产量、单色光的光功率和反应体系的吸光度即可计算出AQY和IQE值，如图1、2所示[1]。

​图1. AQY和IQE的计算过程[1]

​图2. IQE测试场景图（Labsolar-6A 全玻璃自动在线微量气体分析系统、PLS-SXE300+氙灯光源，北京泊菲莱科技有限公司）[1]

泊菲莱科技最新推出的PLD MOPM-I多功能光功率计，能满足多种实验场景需求。可直接读取单色光和连续光的光量子数，内置连续光谱的等效波长也可直接输入单色光波长；亦可测量不均匀光斑的平均光功率密度，便于计算表观量子产率AQY和太阳能氢转化效率STH等重要数值。

​图3. PLD MOPM-I多功能光功率计

主要技术参数

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参考文献

[1]    Zhang Youzi, Li Yuke, Li Xuanhua* et. al., Internal quantum efficiency higher than 100% achieved by combining doping and quantum effects for photocatalytic overall water splitting[J]. Nature Energy, 2023, https://doi.org/10.1038/s41560-023-01242-7

[2]    Qureshi Muhammad, Takanabe Kazuhiro*, Insights on measuring and reporting heterogeneous photocatalysis: efficiency definitions and setup examples[J]. Chemistry of Materials, 2017, 29, 158.

[3]    Lin Huiwen, Chang Kun*, Ye Jinhua* et. al., Ultrafine nano 1T-MoS2 monolayers with NiOx as dual co-catalysts over TiO2 photoharvester for efficient photocatalytic hydrogen evolution[J]. Applied Catalysis B: Environmental, 2020, 279, 119387.

[4]     Chen Zhebo, Deutsch Todd G., Jaramillo Thomas F.* et. al., Accelerating materials development for photoelectrochemical hydrogen production: Standards for methods, definitions, and reporting protocols[J]. Journal of Materials Research, 2010, 25, 3.