利用可再生太陽(yáng)能對(duì)于解決全球能源和環(huán)境問(wèn)題以及實(shí)現(xiàn)我們社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。在這方面，光催化分解水作為一種經(jīng)濟(jì)有效的方法，將可持續(xù)的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的化學(xué)物質(zhì)，引起了人們極大的興趣。

然而，效率對(duì)反應(yīng)條件和實(shí)驗(yàn)裝置敏感，很難比較不同研究小組的結(jié)果或?yàn)榇笠?guī)模實(shí)施提供可靠的指導(dǎo)。由于缺乏檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，很難對(duì)不同研究小組獲得的結(jié)果進(jìn)行比較，也難以為大規(guī)模實(shí)施提供可靠的指導(dǎo)。

近日，由中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所李燦教授、李仁貴教授率領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，與東京大學(xué)多門(mén)教授、昆士蘭大學(xué)王連洲教授合作，來(lái)自國(guó)家先進(jìn)工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所的KazuhiroSayama教授和來(lái)自中國(guó)科學(xué)院金屬研究所的GangLiu教授發(fā)起了建立用于太陽(yáng)能燃料生產(chǎn)的顆粒光催化劑的國(guó)際效率認(rèn)證和測(cè)試協(xié)議。

他們的觀點(diǎn)發(fā)表在《焦耳》雜志上，有望為制定公認(rèn)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和進(jìn)一步推動(dòng)光催化太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的研究進(jìn)展提供有益的指導(dǎo)。

用于太陽(yáng)能燃料生產(chǎn)的顆粒光催化劑的效率鑒定和測(cè)試協(xié)議

研究人員討論了基于顆粒光催化劑的整體光催化水分解反應(yīng)效率的可靠測(cè)定方案。

他們還提議建立認(rèn)證研究實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行效率認(rèn)證，以推出“最佳研究光催化劑效率”圖表。

這一舉措將為建立光催化分解水的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議和提高實(shí)際應(yīng)用中的太陽(yáng)能-氫氣轉(zhuǎn)換效率提供一個(gè)重要平臺(tái)。

化學(xué)中，光觸媒、光催化劑（photocatalyst）指的是能夠加速光化學(xué)反應(yīng)的催化劑，這種現(xiàn)象被稱為光催化（photocatalysis）。

什么是光催化劑？

常用的光觸媒有磷化鎵（GaP）、砷化鎵（GaAs）等等。最廣泛使用的是二氧化鈦，它能靠光的能量來(lái)進(jìn)行消毒、殺菌。由于光觸媒環(huán)保又實(shí)用，光觸媒的開(kāi)發(fā)試驗(yàn)已逐漸實(shí)行，但需注意的是光觸媒優(yōu)點(diǎn)同時(shí)亦可成為缺點(diǎn)，因它在陽(yáng)光紫外線照射達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)才產(chǎn)生化學(xué)作用。

光催化劑的原理

光子具有一定能量，當(dāng)照射到某些物質(zhì)上（如半導(dǎo)體），原子的電子吸收一定的能量后，便會(huì)從價(jià)帶（valenceband）躍升，到導(dǎo)帶（conductionband），而原本電子存在的地方就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)帶正電的電洞——也即光生電子和光生空穴。正電子與空氣中的水分子結(jié)合產(chǎn)生具有氧化分解能力的氫氧自由基，負(fù)電子則與空氣中的氧結(jié)合成活性氧，由于這種電子和空穴分別具有較強(qiáng)的還原性和氧化性，因此能使半導(dǎo)體上的物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而將光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能。這些物質(zhì)被稱為光催化劑。