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光催化、電催化與光電催化從本質(zhì)上有什么區(qū)別
發(fā)布時(shí)間：2023-04-12 瀏覽量：2769
光電催化是光催化與電催化的結(jié)合，可將兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)最大化體現(xiàn)。
與光催化相比，光電催化反應(yīng)中，光電極可利用太陽光照射產(chǎn)生光生電子，提高反應(yīng)活性和催化效率。
與電催化相比，光電催化反應(yīng)大大降低了外部能量的注入，可有效減少能源消耗和環(huán)境污染。
光電催化還可以將因能帶結(jié)構(gòu)的失配而不適用于光催化的催化劑，在適當(dāng)?shù)耐饧与妷簵l件下適用于光電催化。
光電催化反應(yīng)可根據(jù)反應(yīng)物質(zhì)和反應(yīng)類型的不同，分為光電催化分解水制氫、光電催化降解、光電催化二氧化碳還原、光電催化氮還原合成氨等等。
光電催化反應(yīng)過程是在有光照射作用下的電化學(xué)過程，是因吸收光使電子處于激發(fā)狀態(tài)，產(chǎn)生電荷傳遞的過程。由于半導(dǎo)體材料存在禁帶，價(jià)帶電子與導(dǎo)帶電子之間的相互作用很弱，受到光的激發(fā)以后，半導(dǎo)體的價(jià)帶電子進(jìn)入導(dǎo)帶，并在價(jià)帶留下空穴，引發(fā)光電化學(xué)反應(yīng)。
光電催化是光催化與電催化的結(jié)合，可將兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)最大化體現(xiàn)。
基于半導(dǎo)體材料的光電催化反應(yīng)池主要包含四個部分：
1. 光電極：也稱工作電極，是光電催化反應(yīng)池中的核心部件，由用于捕獲光能量的半導(dǎo)體材料構(gòu)成。
一般情況下，將n型半導(dǎo)體薄膜/導(dǎo)電基底稱為光陽極，p型半導(dǎo)體薄膜/導(dǎo)電基底稱為光陰極。
常見的光電極制備方式是將光電極半導(dǎo)體材料附著于氧化銦錫（ITO）或摻氟氧化錫（FTO）等有著較低功函數(shù)的透明導(dǎo)電氧化物鍍膜玻璃上，將光電極夾持在如圖2（a）所示的電極夾具上使用。
2. 對電極：若只研究單一光陽極或光陰極時(shí)，需要引入對電極來充當(dāng)另一半的半反應(yīng)場所。對電極通常選用具有良好電荷傳輸性能和較低反應(yīng)過電勢的材料，一般為Pt電極。
3. 參比電極：為確保施加在光電極上的電位準(zhǔn)確穩(wěn)定，通常會加裝參比電極，將整個光電催化反應(yīng)池構(gòu)建成三電極體系。參比電極可選擇Ag/AgCl電極、Hg/Hg2Cl2電極或Hg/HgO電極.
4. 適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液在光電催化反應(yīng)反應(yīng)池中起聯(lián)通電路的作用，需要具有良好的離子電導(dǎo)率。
根據(jù)光電催化反應(yīng)中光電極材料性質(zhì)的不同，電解質(zhì)溶液的pH值和構(gòu)成電解質(zhì)溶液的離子類型也不盡相同。
在選擇電解質(zhì)溶液時(shí)需要注意的是，要確保所選的電解質(zhì)溶液不與所選用的參比電極發(fā)生反應(yīng)。
電解質(zhì)溶液可分為三種：
1）酸性電解質(zhì)溶液：H2SO4溶液等；
2）中性電解質(zhì)溶液：Na2SO4溶液、K2SO4溶液等；
3）堿性電解質(zhì)溶液：NaOH溶液、KOH溶液等。
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