光催化分解水制氢实验中“STH能量转化效率”如何测量 泊菲莱

　

　　原标题：光催化分解水制氢实验中“STH能量转化效率”如何测量 泊菲莱科技

　　当太阳-氢（Solar to Hydrogen，STH）达到5~10%的情况下，光催化分解水制氢才具有经济可行性[1]。目前，在光催化分解水制氢研究中，最主要的活性评价参数是归一化的光催化产氢速率（μmol·h-1·g-1或mmol·h-1·g-1）、量子产率（AQY）和STH能量转化效率。然而，归一化的光催化分解水产氢速率受入射光波长范围、入射光强度、反应器类型、反应温度等因素影响，导致不同实验室之间的数据结果无法在统一标准下比较[2]。因此，评估催化剂的光催化水分解制氢最主要的两项指标是AQY和STH能量转化效率。关于AQY，已在“量子产率（AQY）计算保姆教程，你值得拥有！”一文中详细阐述。

　　STH能量转化效率是输入太阳能转化为氢能的效率，是衡量光催化剂分解水的实际应用标准[3]。

　　理论上，STH能量转化效率也可以通过对所有波长的量子效率进行积分来计算，公式如下[5]：

　　同样，水的标准热力学分解电位=1.23 V，公式(2-1)可简化为[6]：

　　1.STH能量转化效率的计算只针对H2:O2摩尔比为2:1的全分解水反应，对于空穴牺牲剂存在的制氢半反应并不成立。因为空穴牺牲剂也会参与反应，∆Gr和E值会有变化；

　　2.不同温度、压力下的∆Gr和E值不同，需根据实际反应温度、压力予以矫正；

　　3.光源的光谱必须符合AM1.5G标准太阳光谱，且光功率密度为100 mW·cm-2。

　　由以上公式可知，精确测量光催化/光电催化STH能量转化效率的两个必要条件分别是：

　　关于AM1.5G标准太阳光谱的获取，常见的方式有两种①直接使用太阳光模拟器②氙灯光源配合AM1.5G滤光片，见图1。

　　清华大学朱永法老师和中科院理化所张铁锐研究员课题组使用北京泊菲莱PLS-FX300HU高均匀性一体式氙灯作为光催化全分解水实验的光源，通过北京泊菲莱Labsolar-6A 系统对H2和O2含量进行在线分析，并进行光催化分解水反应STH能量转化效率的测量。相关成果已发表在Nano Energy[7]。

　　北京理工大学张加涛老师课题组通过该方案使用PLS-FX300HU高均匀性一体式氙灯作为光电催化分解水实验的光源，通过Labsolar-6A全玻璃自动在线含量进行在线分析，并进行光电催化分解水反应STH能量转化效率的测量。相关成果已发表在Advanced Energy Materials[8]。

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