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2022-02-08380

光催化实验中,你计算的量子产率就真的是aqy吗?-皇冠球网手机网址

相信你也有这样的时刻,做光催化实验需要计算量子产率,查阅文献后却发现光催化相关文献中有“量子产率qy”“量子效率qe”“表观量子产率aqy”、“表观量子效率aqe”之类各式各样的词汇。

于是出现灵魂三连问:这些量子产率都是什么意思?我到底要用哪一个量子产率说明自己研究中的问题?这些量子产率值都是怎么算出来的? 

接下来,系统的了解一下文献中的量子产率、量子效率、表观量子产率aqy和sth等参数指标的计算方法及其区别。

光催化实验中,你计算的量子产率就真的是aqy吗?  

光化学中的量子产率和量子效率 

1.量子效率(quantum efficiency, qe)[1]:光化学反应速率与特定波长范围内吸收光子通量之比。计算公式如下:

光催化实验中的量子产率.jpg

qp:光子通量;

光子通量qp[2]:光源于单位时间间隔内所辐射的光子数,是波长λ的函数。

光催化实验用量子产率.jpg

2.量子产率(quantum yield, qy)[1]:反应体系在单色光激发下生成或消耗的分子数与吸收的光子数之比。计算公式如下:

光催化实验中的量子产率1.jpg

3.光子效率(photonic efficiency)[2]:在指定的时间间隔(通常是初始条件)内测量的光反应速率与特定波长范围内的入射光子通量之比。计算公式如下:

光电催化实验中的量子产率4.jpg

光催化实验用量子产率.jpg:入射光子通量。

4.光子产率(photonic yield)[2]:在指定的时间间隔(通常是初始条件)内测量的光反应速率与单色光的入射光子通量之比。计算公式如下:

光电催化实验中的量子产率5.jpg

光催化实验中,你计算的量子产率就真的是aqy吗?  

光子效率和光子产率中所强调的是“反应体系入射光子数”的概念,可以直接计算。而且,光子产率和光子效率特别强调“在指定的时间间隔(通常是初始条件)内进行测量”。 

通过量子效率和光子效率的定义及公式中可以看出,“效率”强调的入射光是特定波长范围内的入射光,是连续光谱,在计算过程中,要对波长λ进行积分。 

通过量子产率和光子产率的定义及公式中可以看出,“产率”强调的是入射光为单色光。 

5.表观量子产率(apparent quantum yield, aqy)[3]:反应体系在特定单色波长下,反应转移的电子数与入射光子数之比。

光催化实验中量子产率.jpg

ne:反应转移电子总数; 

np:入射光子数。

入射光子数np[4]:在指定的时程δt内,光子通量的时间积分,无量纲。

图1.jpg

i:光功率密度(w·m-2);

a:入射光照面积(m2); 

λ:入射光波长(nm); 

t:时间(s); 

h:普朗克常量(6.62×10-34 j·s); 

c:光速(3.0×108 m·s-1)。

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6.sth能量转化效率:输入太阳能转化为氢能的效率,详情查看“3分钟学会“sth能量转化效率”的测量!”。

sth能量转化效率.jpg

以上部分是光催化中的光-电能量转化效率相关参数指标的描述。想要了解光电催化实验中的量子产率介绍,请点击文章“关于光电催化实验中的量子产率与量子效率”。

参考文献

[1]qureshi muhammad, takanabe kazuhiro *, insights on measuring and reporting heterogeneous photocatalysis: efficiency definitions and setup examples[j]. chemistry of materials, 2017, 29, 158. 

[2]braslavsky silvia e., braun andré m., serpone nick*, et. al., glossary of terms used in photocatalysis and radiation catalysis (iupac recommendations 2011)[j]. pure and applied chemistry, 2011, 83, 931.

 [3]lin huiwen, chang kun*, ye jinhua* et. al., ultrafine nano 1t-mos2 monolayers with niox as dual co-catalysts over tio2 photoharvester for efficient photocatalytic hydrogen evolution[j]. applied catalysis b: environmental, 2020, 279, 119387. 

[4]zhong tao, yu zebin*, zou binsuo*, et. al., surface-activated ti3c2tx mxene cocatalyst assembled with cdzns-formed 0d/2d cdzns/ti3c2-a40 schottky heterojunction for enhanced photocatalytic hydrogen evolution [j]. solar rrl, 2100863. doi: 10.1002/solr.202100863.

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