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光催化基础理论回顾(2)——光催化研究中常用的一些催化剂效率表征指标

已有 1003 次阅读 2021-9-21 10:51 |个人分类:光催化基础理论回顾|系统分类:科研笔记

写在前面:

承接上文,本次将补充晚上光催化研究中常用的一些催化剂效率表征指标的定义和计算,诸如:能量效率光子效率内量子效率外量子效率表观量子产率太阳能到氢能转化效率等等。这些指标的再次明确将有利于我们对不同研究,不同体系之间的光催化剂进行统一的比较。

本文主要内容定义援引自一篇之前看到的总结报告。如下所示:

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正文部分:

光催化研究中常用的指标如下表所示。不同定义之间有联系也有区别。下面进行介绍。

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1. 效率。该指标就是我们通常理解的能量利用率。指的是系统能量输出与能量输入值之间的比。可以类比联想大学物理上的做功效率, 通常使用希腊字母η表示。

2. 量子效率,前文已介绍。

3. 量子产率,指的是在特定波长条件下吸收的光子所发生的的确定事件数。

4. 光子效率,指的是在规定的时间间隔内,测定的光反应速率与在反应辐照期间入射光子的速率之比。

5. 光子产率,指的是在指定的时间间隔内,测定的光反应速率与反应器辐照期间单色光入射光子速率之比。可以发现,当使用产率yield时,通常强调的是单色光,而使用效率efficiency时,通常不强调单色光,而是强调一个波段

6. 几个不同的量子效率的概念。是很容易引起混淆的,需要特别注意。

首先是,表观量子产率,AQY,指的是在特定波长下,所发生反应的电子数目占系统每个入射光子的比例。这里强调的是入射光子的概念。但我们需要注意回顾一个大白话定律,光化学第一定律,它指出只有被吸收的光子才能引起光化学反应。入射光子显然是不能都被吸收的。这里就引出第二个概念。

外量子效率。指的是,每个入射光子通量所收集的光电流。

以及,内量子效率,指的是,每个吸收的光子通量所收集产生的光电流。

7. 太阳能至氢能转化效率,STH。指的是,光化学反应产生的氢的化学能除以太阳能输入值。与之定义类似的,还有比如,STA,太阳能到氨能转化效率等等,计算方式是大同小异的,指的都是太阳能至化学能的转换效率。STH也是表征光催化分解水实用性的一个重要指标。一般而言,STH 需要达到 5-10% 才能实现经济上可行的太阳能制氢。近期Domen课题组发表在Nature上的大规模分解水产氢工作固然震撼,但其在自然阳光下也仅达到 0.76% 的 STH




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