光催化是在一定波長(zhǎng)光照條件下，半導(dǎo)體材料發(fā)生光生載流子的分離，然后光生電子和空穴在與離子或分子結(jié)合生成具有氧化性或還原性的活性自由基，這種活性自由基能將有機(jī)物大分子降解為二氧化碳或其他小分子有機(jī)物以及水，在反應(yīng)過(guò)程中這種半導(dǎo)體材料也就是光催化劑本身不發(fā)生變化。這種半導(dǎo)體光催化劑在光催化反應(yīng)過(guò)程中起的作用就是光催化作用。

光電催化反應(yīng)器原理？

半導(dǎo)體光電極 在將光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能的光電化學(xué)電池中，用半導(dǎo)體材料作光電極，起光吸收和光催化作用。n型半導(dǎo)體構(gòu)成光陽(yáng)極,只催化氧化反應(yīng);p型半導(dǎo)體構(gòu)成光陰極，只催化還原反應(yīng)。但半導(dǎo)體表面一般不具有良好的反應(yīng)活性，電極反應(yīng)往往需較高的過(guò)電位。經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚?如熱處理、化學(xué)刻蝕和機(jī)械研磨等)來(lái)改變電極的表面狀態(tài)（如價(jià)態(tài)分布、晶格缺陷、晶粒粒度、比表面和表面態(tài)分布等），可以大大改善其催化活性。

科學(xué)家如何利用全新光催化分子更有效地產(chǎn)生氫？

俄亥俄州立大學(xué)科學(xué)家開(kāi)發(fā)的一種新分子可以從整個(gè)可見(jiàn)光譜中收集能量，比目前的太陽(yáng)能電池多吸收多達(dá)50％的太陽(yáng)能，還可以將該能量催化為氫。氫被許多國(guó)家視為一種清潔燃燒的燃料，可以在低排放的未來(lái)為我們的車輛提供動(dòng)力。

產(chǎn)生氫的一種方法是將其從水中分解出來(lái)。通常，這是通過(guò)使用電將水分子分解為氫和氧來(lái)完成的，但是一種潛在的更簡(jiǎn)單、更有效的方法可能是通過(guò)光催化水分解。現(xiàn)在俄亥俄州立大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)聲稱已發(fā)現(xiàn)了迄今為止最有效的光催化分子之一。

該分子顯示出獨(dú)特的能力來(lái)使用可見(jiàn)光譜中的光。以前大多數(shù)光催化劑都集中在高能紫外線波長(zhǎng)上，這種光催化劑可以捕獲紫外線的能量，一直到可見(jiàn)光譜，一直到近紅外范圍，這意味著它吸收的太陽(yáng)能可比目前的太陽(yáng)能電池多出50％。

研究人員表示，許多先前的嘗試由于在催化劑中使用兩個(gè)或多個(gè)分子而也失去了效率。隨著這些分子交換電子，這些系統(tǒng)中會(huì)損失能量-俄亥俄州立大學(xué)的單分子解決方案將沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題。討論中的新光催化劑是銠元素的一種形式。研究人員在實(shí)驗(yàn)室中通過(guò)將LED燈照射到含有活性分子的酸性溶液中進(jìn)行了測(cè)試，并發(fā)現(xiàn)釋放出了氫氣。

俄亥俄州立大學(xué)化學(xué)與生物物理動(dòng)力學(xué)研究中心主任Claudia Turro表示：“將兩個(gè)電子存儲(chǔ)在源自兩個(gè)光子的單個(gè)分子中，并一起使用以制造氫，這是前所未有的。”

在這種方法成為生產(chǎn)清潔燃料的商業(yè)可行手段之前，仍需要解決一些問(wèn)題。主要的是銠是稀有且昂貴的。Turro表示，該團(tuán)隊(duì)正在設(shè)法弄清楚如何用便宜的材料制造它并使其使用壽命變得更長(zhǎng)。但是，這項(xiàng)研究無(wú)疑使光催化分解水制氫的過(guò)程更加接近現(xiàn)實(shí)。

該研究已發(fā)表在《自然化學(xué)》上。

標(biāo)簽：新光催化科學(xué)家