原創(chuàng)不易，若轉(zhuǎn)載此文章，請聯(lián)系工作人員并在轉(zhuǎn)載文章中備注信息來源，否則按侵權(quán)處理!

光催化CO₂還原過程通過模擬光合作用，利用太陽能將CO₂和H₂O轉(zhuǎn)化成燃料和高價值化學(xué)品的反應(yīng)過程，光催化方法以其綠色、條件溫和等特點(diǎn)被認(rèn)為是解決全球能源和環(huán)境問題最有前途的方案之一^{[1, 2]}。 

由于光催化CO₂還原反應(yīng)涉及的產(chǎn)物種類較多，反應(yīng)產(chǎn)生不同的產(chǎn)物是因反應(yīng)過程中所需電子數(shù)不同引起的，因此光催化CO₂還原反應(yīng)中不同產(chǎn)率的計(jì)算方法與反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)息息相關(guān)。現(xiàn)整理出光催化CO₂還原反應(yīng)中明確不同具體產(chǎn)物及其對應(yīng)轉(zhuǎn)移電子數(shù)表格，見下表：

表1. 光催化CO₂還原為各種產(chǎn)物及相應(yīng)電極反應(yīng)式^[3].

光催化CO₂還原反應(yīng)涉及的活性評級指標(biāo)主要包括以下6種： 

 1.光催化CO₂還原反應(yīng)目標(biāo)產(chǎn)物反應(yīng)速率（R_{產(chǎn)物}）^[4]：單位時間內(nèi)，單位質(zhì)量催化劑產(chǎn)生的目標(biāo)產(chǎn)物的物質(zhì)的量，計(jì)算公式如下： 

n_{產(chǎn)物}：產(chǎn)物的物質(zhì)的量（μmol）； 

R_{產(chǎn)物}：目標(biāo)產(chǎn)物的反應(yīng)速率（μmol·h^-1·g^-1）; 

m：催化劑的質(zhì)量（g）; 

t：反應(yīng)時間（h）。 

2.光催化CO₂還原反應(yīng)電子消耗速率（R_電子）^[5]：參與反應(yīng)的有效光生電子速率，計(jì)算公式如下： 

R_電子：電子消耗速率（μmol·h^-1·g^-1）; 

R_{產(chǎn)物}：目標(biāo)產(chǎn)物的反應(yīng)速率（μmol·h^-1·g^-1）; 

K₁、K₂、K₃：不同產(chǎn)物對應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，參見表1。 

3.光催化CO₂還原反應(yīng)理論產(chǎn)氧量^[6]：根據(jù)參與反應(yīng)的有效光生電子數(shù)（空穴數(shù)）推導(dǎo)出反應(yīng)所能生成的O₂含量。 

理論產(chǎn)氧量單位：μmol； 

n_{產(chǎn)物}：目標(biāo)產(chǎn)物的物質(zhì)的量（μmol）； 

K₁、K₂、K₃：不同產(chǎn)物對應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，參見表1。 

4.光催化CO₂還原反應(yīng)選擇性（S_{產(chǎn)物}）^[7]：目標(biāo)產(chǎn)物的量占產(chǎn)物總量的百分比。 

R_{產(chǎn)物}：目標(biāo)產(chǎn)物的反應(yīng)速率（μmol·h^-1·g^-1）; 

R_電子：電子消耗速率（μmol·h^-1·g^-1）; 

K₁、K₂、K₃：不同產(chǎn)物對應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，參見表1。 

5.光催化CO₂還原反應(yīng)表觀量子產(chǎn)率（Apparent Quantum Yield，AQY）^[4]：反應(yīng)體系在特定單色波長下，反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)與入射光子數(shù)之比。 

Ne：反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子總數(shù)； 

n_{產(chǎn)物}：目標(biāo)產(chǎn)物的物質(zhì)的量（μmol）； 

K₁、K₂、K₃：不同產(chǎn)物對應(yīng)轉(zhuǎn)移的電子數(shù)，參見表1； 

Np：入射光子數(shù)。 詳情點(diǎn)擊查看“量子產(chǎn)率（AQY）計(jì)算保姆教程，你值得擁有！”。 

6.光催化CO₂還原反應(yīng)太陽能-化學(xué)能轉(zhuǎn)化效率（Solar to Chemical Energy Conversion Efficiency，STC）^[8]：輸入太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的效率，計(jì)算公式如下： 

R_{產(chǎn)物}：目標(biāo)產(chǎn)物的反應(yīng)速率（mol·s^-1）; ?Gr：目標(biāo)反應(yīng)的摩爾吉布斯自由能（J·mol^-1）; 

H₂O(l) →H₂(g) + 1/2O₂(g)           ?Gr = 237 kJ·mol^{-1 [2]}； 

CO₂(g) → CO (g) + 1/2O₂(g)         ?Gr = 257  kJ·mol^{-1 [2]}； 

CO₂(g) + 2H₂O(l) →CH₄ (g) + 2O₂(g)  ?Gr = 890.9 kJ·mol^{-1 [2]}； 

Psun：AM 1.5G標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜的光功率密度（1000 W·m^-2）; 

S：光照面積（m²）。

以上部分是筆者根據(jù)參考文獻(xiàn)進(jìn)行翻譯和匯總，筆者水平有限，如有錯誤，請大家指正！

參考文獻(xiàn)