對光電催化的理解
更新時間:2020-05-19 點擊次數:1236
對光電催化的理解
光電催化被認為是理想的環境污染治理和潔凈能源生產技術。光催化的重要意義在于把太陽能轉化為化學能或是潔凈能源,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計合成具有多孔結構的高效光、電催化劑,重點集中在水分解和CO2電還原等催化反應體系。
電催化定義為“電催化是使電極、電解質界面上的電荷轉移加速反應的一種催化作用”,光催化定義為“光觸媒是一種在光的照射下,自身不起變化,卻可以促進化學反應的物質,光觸媒是利用自然界存在的光能轉換成為化學反應所需的能量,來產生催化作用”,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動的(多的是熱能),即要使催化劑起作用需要加熱,但是我習慣稱為“催化”,沒有稱之為“熱催化”。催化劑確實可降低反應的活化能,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動力,當然在電或光催化過程中,也有溫度的影響,姑且稱作“混合驅動力”。
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,發現他們還是存在明顯區別例如,α-氧化鐵能夠吸收可見波段的光,產生激子分離,可用作為光電極進行析氧反應,然而作為光催化(不加電壓)時卻無法氧化水(假設還原位點不存在問題)。