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對光電催化的理解

更新時間:2020-05-19      點擊次數(shù):1337
   對光電催化的理解
  光電催化被認為是理想的環(huán)境污染治理和潔凈能源生產(chǎn)技術(shù)。光催化的重要意義在于把太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能或是潔凈能源,而電催化是使用較少的電能來制備高能量的潔凈能源。本研究平臺主要是設(shè)計合成具有多孔結(jié)構(gòu)的高效光、電催化劑,重點集中在水分解和CO2電還原等催化反應(yīng)體系。
  電催化定義為“電催化是使電極、電解質(zhì)界面上的電荷轉(zhuǎn)移加速反應(yīng)的一種催化作用”,光催化定義為“光觸媒是一種在光的照射下,自身不起變化,卻可以促進化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì),光觸媒是利用自然界存在的光能轉(zhuǎn)換成為化學(xué)反應(yīng)所需的能量,來產(chǎn)生催化作用”,該定義中并未明確電和光的作用,通過該定義去理解電催化和光催化,難免會產(chǎn)生誤解。實驗中,電或光在光電催化過程中確實被消耗了。而我們常常所說的“催化”一般是需要額外能量驅(qū)動的(多的是熱能),即要使催化劑起作用需要加熱,但是我習(xí)慣稱為“催化”,沒有稱之為“熱催化”。催化劑確實可降低反應(yīng)的活化能,注意是“降低”不是*“消除”,因此催化過程中仍然需要一部分能量,只是反應(yīng)條件的要求降低了,比如所需的溫度、壓力比沒有催化作用時低。類比可知,電、光所起的作用和熱是一樣的,僅僅是催化劑的起作用的驅(qū)動力,當(dāng)然在電或光催化過程中,也有溫度的影響,姑且稱作“混合驅(qū)動力”。
  從某種意義講,光催化可以看作是一個微型的光電催化體系,由氧化位點(陽極)還原位點(陰極),電子載體(如石墨烯)(導(dǎo)線,純光催化體系中有時不需要單獨的載體),然而進一步的探究下,發(fā)現(xiàn)他們還是存在明顯區(qū)別例如,α-氧化鐵能夠吸收可見波段的光,產(chǎn)生激子分離,可用作為光電極進行析氧反應(yīng),然而作為光催化(不加電壓)時卻無法氧化水(假設(shè)還原位點不存在問題)。
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