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光催化制氢与水分解

光催化制氢是利用半导体光催化剂,借助光直接从水中制取氢气,而无需像传统电解那样经由外部发电这一迂回途径。该工艺的目标是实现光催化水分解:光吸收在半导体中产生电子-空穴对,从而在催化剂表面驱动质子还原为氢气以及水氧化为氧气这两个反应。其中的核心技术难点不仅在于材料开发,更在于对光利用效率的可靠评估:效率、表观量子产率以及太阳能制氢效率(STH)只有在光子通量、光谱辐照度、受辐照面积和反应器几何结构均精确已知的情况下才具有实际意义。若缺少这些光学量,任何效率数值都无法被完整地定义。

光催化制氢的发展现状如何

光催化制氢目前尚未形成独立的经济市场,也没有可靠的市场数据。作为参照,整个氢能产业可视为市场风向标:2024 年全球氢气需求量升至接近 100 百万吨,较 2023 年增长约 2%,主要由炼油和工业领域的成熟应用所拉动(IEA,《Global Hydrogen Review 2025》)。低排放氢——既包括利用可再生电力的电解制氢,也可能包括光催化工艺——在 2024 年增长了 10%,但占全球产量的比例仍不足 1%。在本年度报告中,2030 年已公布的低排放工艺产能潜力甚至较上一年度被下调,从每年 49 百万吨降至 37 百万吨,主要原因是电解项目的推迟。

因此,即便是技术上更为成熟的碱性电解和 PEM 电解路线,也仅处于规模化的起步阶段;光催化水分解在这一成熟度曲线上的位置明显更靠前,目前仍主要停留在实验室和中试规模。关于经济前景的首个可靠迹象来自 2025 年针对可放大的光催化 Z 型跑道式反应器所做的成本与 CO2 评估,该研究认为这一路线有望与常规电解形成竞争,但明确指出仍需进一步的实验验证和现场试验(Collins 等,Energy & Environmental Science 2025)。目前的研究重点集中在 TiO2、g-C3N4、硫化物、氮氧化物、钒酸铋以及复杂异质结构等半导体材料上,并辅以铂、镍、钴或合金制成的助催化剂——有关材料选择与带隙的背景知识,请参见光催化应用页面。其中一个特别的重点是可见光响应体系,因为太阳光谱中的紫外部分仅提供可用光子中的一小部分。这种向更宽吸收范围的转变带来了新的测量需求:必须同时并以光谱分辨的方式采集紫外和可见光谱范围——随着材料种类不断增加,这一需求也日益重要。

以下五项进展决定着该领域的发展速度与方向:

以氙灯太阳模拟器和 UV-LED 取代汞灯:这一趋势提升了实验室实验的光谱可控性,并使不同装置之间的测量结果更具可比性,但同时也要求对这些通常带宽更窄的新光源进行更为细致的光谱表征。

测试规程的标准化倡议:针对颗粒型光催化剂 STH 与 AQY 数值的统一测定与验证提出的方案,旨在提高各实验室间已发表效率数据的可比性;其直接结果是,业界越来越期望出版物中完整记录辐照条件(Wang 等,Joule 2021)。

从实验室规模放大至中试规模:诸如 Z 型跑道式反应器之类的概念,使关注点从单纯的材料优化转向现场规模的成本与 CO2 评估;这也使得在太阳模拟器下所得实验室测量结果向太阳光谱波动的真实户外条件的可迁移性更受关注。

摆脱纯牺牲剂体系:研究重点正日益转向具有化学计量氢氧比的真正水分解,而非半反应;这对配套的气体分析提出了更高的分析要求。

与海水及原水的兼容性:InGaN 合金等耐腐蚀材料的进展降低了对高纯水作为原料的依赖,使不受地点限制的应用更接近技术可行(Zhou 等,Nature 2023)。

光催化制氢的原理是什么

当能量高于半导体带隙的光子照射到光催化剂上时,电子会从价带跃迁至导带,同时在价带中留下一个带正电的"空穴"。这些载流子必须先到达粒子表面而不发生复合,才能在此驱动化学反应:电子将质子还原为氢气,空穴将水氧化为氧气。完全分解水在热力学上需要至少1.23电子伏特的带隙,因为这对应于该反应的自由反应焓(美国能源部/OSTI,无金属光催化剂用于氢气释放)。在实际应用中,可用的带隙远高于该数值,因为还必须克服析氢和析氧反应的额外过电位,以及载流子复合造成的损耗。由贵金属或过渡金属制成的助催化剂正是针对这一点:它们降低了表面的活化能,加快了载流子的提取速度,从而使复合过程没有足够时间消灭光生电子-空穴对。

光催化制氢采用哪些技术

材料选择决定了太阳光谱中哪一部分可被利用,而反应器类型与光源则决定了在何种光学边界条件下对催化剂进行实际测试。

光催化剂带隙(约)可用光谱范围优点局限性
TiO2(锐钛矿型)约3.2 eV紫外,< 390 nm化学稳定、成本低、研究充分仅能利用太阳光谱中很小的紫外部分(Nature Scientific Reports 2017)
g-C3N4(氮化碳)约2.7 eV紫外-可见光,最高约460 nm不含金属、合成简单、可见光响应载流子分离效果一般,通常需要助催化剂(Nature Scientific Reports 2017)
BiVO4约2.4 eV可见光,最高约515 nm可见光吸收良好,常用于光电化学(PEC)半电池更适合产氧反应,电子传输受限
CdS及其他硫化物约2.4 eV可见光可见光吸收率高光照下易发生光腐蚀,通常仅在有牺牲试剂时才能保持稳定
InGaN(氮化铟镓)可通过铟含量调节紫外-可见光,可调耐腐蚀,带隙可有针对性地调节制备工艺要求更高,目前是获得STH记录值的支撑结构(Zhou et al., Nature 2023)
卤化物钙钛矿取决于材料可见光活性高,带隙可调对湿度和氧气敏感,长期稳定性较差

由铂、镍、钴或PtPdAg等合金制成的助催化剂沉积在支撑材料上,以在动力学上促进产氢反应;其负载量、分布及接触质量对量子产率的影响,往往比单纯选择支撑半导体材料更为显著。

实验室表征中使用不同的光源。氙气太阳模拟器可宽带再现AM1.5G太阳光谱,是获得可比较STH测量结果的前提条件;其适用性通过光谱匹配度、空间均匀性和时间稳定性等标准进行评估,这些标准最初见于用于光伏测试的IEC 60904-9标准,并可类比应用于STH表征(IEC 60904-9:2020)。汞蒸气灯可提供富含紫外线但不连续的线状光谱,出于光谱及法规方面的原因,正逐步被UV-LED取代。UV-LED在特定波长下发射窄带光,因此特别适合以波长分辨的方式测定表观量子产率。室外及中试试验则使用自然日光,但需同步进行光谱测量,因为云层、时段及季节都会直接影响光强与光谱。

在反应器方面,可区分为批式或悬浮反应器、流动式与微反应器、固定膜反应器,以及在中试规模下用于Z型体系概念讨论的大面积板式或跑道式反应器。每种几何结构都会改变光路长度、受光面积以及光子在介质中的停留时间,因此其本身也构成了实验光学边界条件的一部分。

哪些工艺参数对光催化制氢起决定性作用

多个工艺参数会影响产氢速率,且往往同时相互作用、并非彼此独立:

  • 光谱光子通量:只有能量高于带隙的光子才能促成激发;因此宽波段光源的总辐照度并不能直接反映可利用的光子数量。
  • 波长或光子能量:它决定了光子是否能被吸收,在多吸光体系统中,还决定了激发的是哪一子过程(产氢或产氧)。
  • 催化剂质量与有效表面积:随着质量增加,光吸收先上升,但当悬浮液变得光学致密后即趋于饱和;超过此点后,质量比活性反而下降,因为较深处的颗粒不再接收到光。
  • 反应器体积与光路长度:它们决定了光子在介质中实际被吸收的比例,而非被透射或散射掉的比例。
  • 牺牲试剂浓度:如甲醇或三乙醇胺等牺牲试剂会消耗光生空穴,从而抑制逆反应,但也使该过程由真正的水分解变为半反应。
  • 温度:它会影响反应动力学和气体溶解度;据最新研究表明,将工作温度有意提高至约70 °C可抑制氢与氧的逆反应,从而显著提高净产率(Zhou等,Nature 2023)。
  • 光源类型与光谱:它决定了催化剂光谱中哪一部分会被激发,以及该测量结果是否可与参考光谱下的STH测量结果相比较。

是什么限制了光催化制氢的过程或导致了误差

一个常见的误解是将灯的电功率当作可用的光激发量度。反射、滤光片、反应器玻璃、几何结构以及介质中的吸收都会造成损失;对于类太阳光光源,功率还会分散在很宽的光谱范围内,其中只有一部分位于带隙以上,才能真正被利用。因此,来自灯电源的瓦数无法说明实际到达催化剂的光子通量。

第二个较少被考虑的问题涉及光化学互易定律(本生-罗斯科定律)的适用范围,该定律认为光化学效应仅取决于辐照度与时间的乘积——即剂量。这一假设只有在量子产率与光强无关时才成立。而在光催化体系中,情况往往并非如此:随着辐照度增加,光生载流子的稳态浓度上升,使得双分子复合过程的重要性不成比例地增加。表观量子产率随光强增加而下降,因此在剂量相同的情况下,短时强光照射与长时弱光照射所得结果并不相同。因此,仅凭时间或剂量数值,而不了解实际辐照度,不足以比较两组实验。

其他常见的误差来源:

  • 逆反应而非真正的净产率:加速析氢的同一种助催化剂,也可能催化氢气与氧气重新复合生成水。若不核实氢气与氧气约2:1的化学计量比,就无法确定发生的究竟是真正的完全水分解,还是仅涉及牺牲剂的半反应(Wang等,Joule 2021)。
  • 光腐蚀:诸如CdS等硫化物材料在光照下会分解,即使在水分解功能未实现的情况下也可能产生氢气;需要通过随时间变化的验证来区分自分解与催化活性。
  • 测量位置位于反应器外部:直接在灯处进行的测量既不能反映散射损失,也不能反映反应器玻璃或介质中的吸收,会系统性地高估实际到达催化剂的辐照度。
  • 不同带隙材料共用同一辐照度:若在同一宽谱灯下测试紫外活性材料与可见光活性材料,总辐照度并非可比的共同基准,因为两种材料利用的是同一光谱中的不同部分。只有通过光谱分辨的测量,才能正确分配各材料实际可利用的光子通量。

光谱和反应器几何形状对测量有何影响

光催化剂大多以悬浮液中的粉末形式存在。与散射较弱的澄清溶液不同,仅以浓度和光程描述吸收的简单比尔-朗伯定律在此仅在有限程度上适用:入射光的相当一部分会在颗粒上发生散射,有时会多次反射,并可能在悬浮液的其他位置被重新吸收。因此,对于散射强烈、呈漫反射的粉末层,通常采用库贝尔卡-蒙克理论,将散射系数和吸收系数分开处理,而不是像比尔-朗伯定律那样将其合并为单一的消光系数。这对实际测量而言意味着:在澄清参比溶液上校准得到的辐照度不能简单地套用到浑浊的催化剂悬浮液上;较高的催化剂浓度起初会提高光利用率,但会使光吸收越来越集中在靠近受光面的薄边界层内,而悬浮液深处则逐渐被遮蔽而缺乏光照。因此,反应器几何形状和催化剂负载量并非彼此独立的变量,而是共同决定了光子吸收的实际空间分布。此外,传感器自身的测量误差还取决于其与光源的光谱匹配程度——参见紫外传感器的光谱失配。

效率指标:公式、前提条件与局限性

除光子能量这一基本量外,文献中还有两个指标主导着对光催化系统的评估。

光子能量:根据普朗克-爱因斯坦关系式,E = h·c/λ,其中h为普朗克常数,c为光速,λ为波长。实际应用中该关系可写作λ [nm] ≈ 1240 / E [eV]。它决定了具有特定带隙的光催化剂究竟能被哪些波长激发。

表观量子产率(AQY):它将转化的电子数与特定波长下入射光子数联系起来。对于析氢这一双电子过程,适用AQY(λ) = 2 × N(H2) / N(photons, λ)(PMC, A multimodal flow reactor for photocatalysis 2023)。该量既需要波长,也需要在该波长处测得的光子通量;缺少这些数据的"量子产率"并非完整的指标。

太阳能制氢效率(STH):它将所产生氢气中储存的化学能与入射太阳能联系起来:STH = [H2生成速率 (mol/s) × ΔG (237,000 J/mol)] / [辐照度 (W/m²) × 受辐照面积 (m²)](Sayago-Carro et al., RSC Applied Interfaces 2024)。ΔG表示水分解反应的自由能变化。要使该数值具有可比性,测量必须在标准化参考光谱下进行,通常为AM1.5G光谱、1000 W/m²"一个太阳"辐照度条件,且不施加外部偏压或使用牺牲试剂。使用牺牲试剂的实验或在未参照辐照度条件下获得的STH值,与真正的一个太阳STH值不可直接比较。

这三个量在实践中的结论是一致的:若没有在反应位点对光子通量进行光谱分辨、且计量溯源性可靠的校准测量,无论是AQY还是STH都无法重复获得。

实例解析:光催化剂的带隙与可用波长

1. 假设条件。某g-C3N4光催化剂的带隙约为Eg ≈ 2.7 eV(Nature Scientific Reports 2017)。

2. 计算公式。λ [nm] = 1240 / Eg [eV](由E = h·c/λ推导而来)。

3. 计算过程。λ = 1240 / 2.7 ≈ 459 nm。

4. 计算结果。吸收边约位于459 nm处。

5. 技术解读。波长长于约459 nm的光子所携带的能量低于带隙能量,无法激发g-C3N4。因此,对该材料进行AQY测量时,不应基于氙灯的总辐照度,而必须仅依据约300~459 nm范围内的光谱光子通量。如果误将同一催化剂按整个可见光和红外光谱的光子通量进行评估,所得量子产率将系统性偏低且不具可比性。

光催化制氢的应用与研究领域有哪些

能源与材料研究:各大学及研究机构致力于开发新型半导体、异质结构和助催化剂,以期获得更高的STH值。此处的决定性因素在于对新型薄膜及粉体样品进行光谱分辨表征,因为只有这样才能可靠地判断带隙位置及实际光子利用率。

绿色氢能经济与储能:光催化工艺被视为一种潜在的、资本投入较低的电解替代方案,因为它不需要独立的发电过程。此处的关键问题在于从实验室条件向室外条件的转化,因为自然日光的强度和光谱会随时间和天气而变化。

水处理与环境技术:在光催化处理过程中,废水中的污染物常被同时用作牺牲试剂,从而将污染物降解与产氢过程相耦合。关键工艺参数是污染物浓度,因为它既影响介质中的光吸收,也影响可氧化物质的可用性;有关该领域紫外工艺的更全面介绍,请参见水处理与环境技术应用页面。

半导体研究与光伏相关工艺:光电化学串联电池结合了光催化与电化学原理,与纯光催化工艺一样,都需要依据光谱匹配度、均匀性和时间稳定性等标准,进行标准化的太阳光模拟器表征。

检测与校准实验室:随着有关新型光催化剂的出版物数量不断增加,对可计量溯源、波长分辨的辐照度测量技术的需求也随之增长,以使不同实验室发布的AQY和STH值之间具有可比性。

哪些反应器方案适用于Z型方案、海水和聚光太阳能?

对于无需外部偏压、仍以实现完全水分解为目标的系统,越来越多的研究关注具有两个独立光吸收体的Z型方案:一个吸收体针对析氢反应进行优化,另一个针对析氧反应进行优化,二者通过溶液中的可逆氧化还原对相互耦合。此类系统可在大面积跑道式反应器中实现,其中光活性颗粒悬浮于两个叠加的体积中(Collins等,Energy & Environmental Science 2025)。

对于含盐或受污染的水源,耐腐蚀材料(如InGaN合金)备受关注;在使用海水或自来水的情况下,采用此类材料可实现约7%的STH值,而在其他条件相同时,高纯水条件下可达9.2%(Zhou等,Nature 2023)。对于强聚光太阳能应用,工作温度的重要性进一步提升,因为有意提高温度可抑制逆反应,但同时也对反应器材料和密封件提出了自身的要求。

光催化制氢过程中必须测量或监测哪些参数

任何可靠效率测定的基础都是反应位点处的光谱辐照度,由此可推导出光谱光子通量——这正是AQY和STH所依据的量。此外,化学光量计法,例如使用IUPAC推荐的标准光量计三草酸铁钾(potassium ferrioxalate),可在实际反应器几何结构中,直接在反应体积内提供独立的、积分式的光子通量参考测量(HAL, Accurate Measurement of the Photon Flux 2015)。

宽带测量是否足够,还是需要光谱测量,取决于具体问题:对于已表征、稳定系统的长期监测——例如在长达数周的实验系列中检测灯管老化——已校准的宽带辐射计配合合适的传感器通常已经足够。而在比较不同催化剂材料时,尤其是将紫外光活性系统与可见光活性系统进行对比时,则需要使用覆盖紫外、可见光和类太阳光范围、可在一次测量中完成的光谱辐射计进行光谱分辨测量。对于大面积平板式或跑道式反应器,需要在多个位置进行空间测量,以捕捉表面辐照度的不均匀性;当需要将催化剂降解与光源强度下降区分开时,则应进行时间序列测量。相关的测量不确定度主要来自传感器相对于实际光源的光谱失配,以及测量仪器本身的校准溯源性。

在自动化光反应器装置中,例如在更换催化剂样品的筛选实验中,连续的辐射测量监测不仅用于记录,还可作为反馈量:若测得的辐照度偏离预设的容差范围,这表明灯管老化、光学窗口污染或样品错位,从而可在据此计算出错误效率值之前及时发现问题。将光学读数与在线气体分析相结合,可使产氢速率与辐照度实现时间同步记录,这也能揭示与光强相关的效应,例如高辐照度下量子产率下降。为了保证不同实验室之间的可重复性——例如在验证新光催化剂的多实验室对比试验中——完整记录光学边界条件的数字数据与产率数据本身同样重要,因为只有在完整记录辐照条件的情况下,才能重构出AQY和STH数值。

除了光学测量之外,确定AQY和STH还需要定量气体分析,通常通过气相色谱法分别检测氢气、氧气以及(在相关情况下)氮气,并核查化学计量比(Wang et al., Joule 2021)。若要在长时间的实验系列中对某一确定波长范围进行连续监测,使用配备合适传感器的辐射计,如RMD Pro,通常已经足够;相关选型说明请参见紫外传感器选型。若需进行完整的光谱表征——例如首次表征新反应器或直接比较多个光源时——则需要使用覆盖约200~1100 nm范围的光谱辐射计,如SR900,以便在一次测量中同时捕获紫外、可见光和类太阳光光源。您也可以使用UV Tools来计算光子能量与剂量,完成自己的算例。

科学出版物和技术资料对光催化制氢有何研究成果?

以下六篇参考文献涵盖市场背景、效率纪录、测试方法、效率定义、反应器技术以及测量标准化。

阐述了全球氢气需求以及低排放工艺所占份额的背景情况,由于狭义上的光催化工艺并无专门的市场规模数据,本文将其作为市场指标使用。
IEA (2025): Global Hydrogen Review 2025. International Energy Agency, Paris.

利用铟镓氮光催化剂,通过有针对性的温度控制抑制逆反应等手段,实现了超过9%的太阳能制氢效率。
Zhou, Peng, et al. (2023): Solar-to-hydrogen efficiency of more than 9% in photocatalytic water splitting. Nature 613, 66–70.

总结了针对颗粒光催化剂效率认证的标准化建议,并论证了辐照与气体分析测试方案对于结果可比性的必要性。
Wang, Zhiliang, et al. (2021): Efficiency Accreditation and Testing Protocols for Particulate Photocatalysts toward Solar Fuel Production. Joule 5.

系统梳理了文献中用于光催化制氢的效率定义,包括量子产率和太阳能-氢能转换效率(STH)。
Sayago-Carro, Rocío, et al. (2024): Efficiency in photocatalytic production of hydrogen. RSC Applied Interfaces.

针对一种可扩展的Z-scheme跑道式反应器概念,首次给出了定量的成本与CO2评估,并探讨了其与电解相比的竞争力。
Collins, Stephanie, et al. (2025): Levelized cost and carbon intensity of solar hydrogen production via water splitting using a scalable and intrinsically safe photocatalytic Z-scheme raceway system. Energy & Environmental Science.

规定了太阳模拟器在光谱匹配、空间均匀性和时间稳定性方面的标准,这些标准也被类推应用于光催化系统的STH表征。
IEC (2020): IEC 60904-9:2020 – Photovoltaic devices – Part 9: Classification of solar simulator characteristics. International Electrotechnical Commission, Geneva.

出版物检索工具列出了我们已知的所有关于制氢的出版物——可按设备、领域和关键词进行搜索。

客户发表的研究表明了什么?

在氢气生产这一主题下,文献检索工具目前列出了14篇文献;以下六篇在较狭义上涉及光催化制氢,并反复明确地表明光源本身就是一个实验变量。

比较了同一工艺在批式反应器和微型光反应器中使用不同灯型的情况——直接证明了光源是一个实验变量。
Meinhardová, Vendula, et al. "Role of lamp type in conventional batch and micro-photoreactor for photocatalytic hydrogen production." Frontiers in Chemistry 11 (2023): 1271410.

将氢产率追溯到类太阳光照射下掺氮纳米线的结构。
Attalario, Evan, et al. "Structure-Dependent Performance of N-Doped TiO2 Nanowires toward Efficient Solar-Driven Hydrogen Production." Bulletin of Chemical Reaction Engineering & Catalysis 21.2 (2026): 490–499.

考察了铜-钛异质结构中多重结与表面羟基之间的相互作用。
Subagyo, Riki, et al. "Synergetic effects of multiple junction and surface hydroxyl in Cu/CuO/Cu2O/TiO2 heterostructures towards highly efficient photocatalysts for hydrogen generation." Materials Science for Energy Technologies 8 (2025): 131–142.

利用树枝状二氧化硅-二氧化钛结构来增加每单位辐照体积的可及表面积。
Subagyo, Riki, et al. "Dendritic Fibrous Nano Silica–Titania for High-Performance Photocatalytic Hydrogen Evolution." ACS Applied Energy Materials (2025).

在纳米管上的多孔合金颗粒中展示了助催化剂对氢气生成的影响程度。
Nguyen, Nhat Truong, et al. "Providing significantly enhanced photocatalytic H2 generation using porous PtPdAg alloy nanoparticles on spaced TiO2 nanotubes." International Journal of Hydrogen Energy 44.41 (2019): 22962–22971.

综述了提高光催化水分解性能的各种策略。
Fajrina, Nur, and Muhammad Tahir. "A critical review in strategies to improve photocatalytic water splitting towards hydrogen production." International Journal of Hydrogen Energy 44.2 (2019): 540–577.

该主题领域中剩余的两篇文献涉及一种相关但不同的工艺(微生物电化学法生成过氧化氢,而非光催化水分解),因此在此有意未予列出;完整列表请参见客户发表文献——按主题分类。

光催化制氢常见问题解答

光催化制氢是如何工作的?
半导体吸收能量高于其带隙的光子,形成电子-空穴对。如果这些载流子在未复合的情况下到达催化剂表面,电子会将质子还原为氢气,而空穴则将水氧化为氧气。助催化剂可加速这些表面反应,从而减少复合损失。

对于给定的光催化剂,哪种波长是合适的?
只有能量高于材料带隙的光子才能产生载流子。对于TiO2(约3.2 eV),这对应于约390 nm以下的波长;对于g-C3N4(约2.7 eV),则对应约460 nm以下的波长。阈值波长可通过λ [nm] ≈ 1240 / Eg [eV]估算。

实验需要多大的光子通量?
并没有通用的目标值;重要的是实际到达催化剂的光谱光子通量是已知且有据可查的。对于STH比较,通常采用AM1.5G光谱下1000 W/m²的参考值;对于AQY测量,则采用所研究波长处的光子通量。

光催化和光电化学水分解有何区别?
在光催化水分解中,还原和氧化在同一颗粒或悬浮颗粒上进行,无需任何外部电路。而在光电化学方案中,光阳极和阴极在空间上是分离的,通常通过一个较小的外加偏压相连,理论上可实现更高的效率,但需要更复杂的装置。

为什么光催化剂在辐照度充足的情况下仍不产生氢气?
可能的原因包括:光子能量相对带隙不足、载流子复合占主导、缺少或使用了不合适的助催化剂、反应器几何结构不利导致强烈的光学遮挡,或氢气和氧气发生并行的逆反应。

表观量子产率是如何测量的?
AQY通过在特定波长下转化的电子数与入射光子数之比得出:AQY(λ) = 2 × N(H2) / N(光子, λ)。光子通量通常使用光谱辐射计测定,或通过草酸铁钾化学光量计法测定。

比较紫外光和可见光响应型催化剂时,应采用何种测量技术?
需要使用能够在一次测量中覆盖紫外、可见及类太阳光谱范围的光谱辐射计,因为纯粹的宽带测量无法区分这两种材料各自能够实际利用的光谱成分。

从实验室规模放大到中试规模会受到哪些因素限制?
除材料稳定性和反应器成本外,光学表征的可迁移性也至关重要:如果未在现场实际测量光谱辐照度,室外条件下波动的太阳光谱与稳定太阳模拟器下的实验室结果是无法直接比较的。

相关应用领域

该应用与光辐射测量的相邻领域在技术上密切相关——例如光催化(共享半导体物理学和带隙系统性,目标反应不同)和水与环境技术(共享反应器原理,有时耦合污染物降解与制氢)。光子平衡、量子产率和光量计法在光化学栏目中作一般性介绍。完整内容请参见紫外应用总览。

主题专家

作者:Mark Paravia 博士

Mark Paravia 博士是位于Ettlingen的Opsytec Dr. Gröbel GmbH的总经理,并负责管理该公司获认可的校准实验室。在KIT照明技术研究所完成脉冲氙气激子放电相关研究后,他目前专注于光学辐射测量技术。他是DIN标准化委员会FNL 7「光学辐射」的副主席,同时也是DVGW紫外线消毒项目组的成员。

不确定实际到达您光催化剂的光子通量是多少?

波长、光子通量和辐照面积决定了所报告的量子产率或STH值是否具有计量溯源性并可与其他研究成果进行比较。若您希望对自己的光反应器进行光谱表征、为实验装置选择光源,或对现有测量数据系列进行合理性核查,均可联系Opsytec Dr. Gröbel GmbH的校准实验室,由我司专业人员对光学边界条件进行评估。欢迎您就您的测量或检测任务与我们联系。