光催化基础理论回顾：量子产率和法拉第效率

以下文章来源于光电催化理论与应用 ，作者风清扬z

作为面向工业应用的催化剂，无论在从事热催化，光催化还是电催化的研究的时候，我们都必须要考虑工业催化剂的一些设计要求和标准。今天主要介绍在其中很重要的一个标准，即能量的利用效率以及相应的表征和计算方法。

量子产率

在光催化中，通常使用量子产率表示光子的利用效率。

QY（%）=产物产生所利用的光子数/反应体系中吸收的光子数*100%

前者通常根据半反应得到，比如如果要计算光催化分解水产氢的量子产率，则需要计算单位时间内产氢的量n1（mol），这一数值可以通过色谱定标准曲线得到，产生1 mol氢气需要质子得到两个电子，因此该半反应（H2O + 2e- = H2 + 2OH-）所利用的光子数为：2n1 （mol）。

反应体系中吸收的光子数可以通过光功率计测试得到。如下图所示，当没有催化剂时，光功率计测试可得光功率W1（W），加入催化剂后，通过光功率计可测得功率W2。W2-W1则为催化剂吸收的光能。经过计算，我们可以得到吸收的光子数n2：λ*（W2-W1）*t/hc。这其中，λ为入射光的波长。

QY（%）=2n1/n2*100%

而为了提高量子产率，需要尽可能提高每一步光催化基元反应步骤，诸如尽可能抑制光生电子空穴复合速率，促进载流子迁移，促进表面化学反应，抑制光腐蚀反应等等。而这些与催化剂的性质，结构，表面态，以及反应体系（溶液组成，pH等）密切相关，这都是光催化研究的曾经的核心。

法拉第效率

与之相类似的，电催化中，也需要计算对电能（电子）的利用效率，主要通过法拉第效率进行表示。公式都是类似的，只不过利用的是直接由电源产生的电子，而非光生电子（空穴）罢了。如下所示：

FF=产物产生所利用的电子数/反应体系中输入的电子数*100%

转自：“科研共进社”微信公众号

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