在光解水反應(yīng)的活性評(píng)價(jià)體系中,，除了表觀量子產(chǎn)率和STH能量轉(zhuǎn)化效率之外,，還有一個(gè)簡(jiǎn)便的參數(shù)用于評(píng)價(jià)光解水制氫催化劑的活性——產(chǎn)氫速率(v，μmol·h^-1或mmol·h^-1),。光解水實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)氫速率即單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)氫量，計(jì)算公式如下：

光解水實(shí)驗(yàn)中,，H₂物質(zhì)的量一般需要通過(guò)氣相色譜測(cè)定，而我們從氣相色譜獲得的數(shù)據(jù)是色譜峰面積（μV·s）,，單純的峰面積對(duì)于定量沒(méi)有實(shí)際意義,。此時(shí)，我們需要借助于標(biāo)準(zhǔn)曲線來(lái)通過(guò)“外標(biāo)法”對(duì)H₂進(jìn)行定量,。標(biāo)準(zhǔn)曲線是色譜峰面積隨待測(cè)物質(zhì)體積/物質(zhì)的量變化的趨勢(shì)線,。因此，在對(duì)H₂進(jìn)行定量前，我們首先要繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,。

向光解水反應(yīng)系統(tǒng)中注入已知體積V₁的高純H₂,，循環(huán)均勻后進(jìn)樣檢測(cè)，在氣相色譜上可得峰面積S₁,。之后依次向光解水反應(yīng)系統(tǒng)中注入已知體積(V₂-V₁),、(V₃-V₂)、(V₄-V₃),、(V₅-V₄) mL高純H₂（累加進(jìn)樣）,，可分別獲得峰面積S₂、S₃,、S₄,、S₅。以H₂體積V為橫坐標(biāo),，色譜峰面積S為縱坐標(biāo),，即可得到標(biāo)準(zhǔn)曲線的原始數(shù)據(jù)點(diǎn)，經(jīng)線性擬合后,，可得標(biāo)準(zhǔn)曲線,。標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合度R²應(yīng)大于等于0.999，如圖1所示,。此外,，標(biāo)準(zhǔn)曲線H₂體積的取點(diǎn)范圍應(yīng)包含光解水實(shí)驗(yàn)實(shí)際反應(yīng)的產(chǎn)氫量，但范圍不宜過(guò)寬,，否則色譜峰面積與H₂體積不成線性,。

圖1. 標(biāo)準(zhǔn)曲線示例圖

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，將光解水實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的峰面積代入,，即可計(jì)算出光解水反應(yīng)產(chǎn)生H₂的體積,，H₂體積除22.4 L·mol^-1，即可得到光解水制氫實(shí)驗(yàn)H₂物質(zhì)的量,。H₂物質(zhì)的量除反應(yīng)時(shí)間即可得到光解水制氫實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)氫速率,。你學(xué)會(huì)了嗎？

 一般情況下,，大家習(xí)慣于將所得產(chǎn)氫速率進(jìn)行質(zhì)量歸一化(μmol·h^-1·g^-1或mmol·h^-1·g^-1),。然而，在非均相催化反應(yīng)系統(tǒng)中,，隨著催化劑濃度的增加,，由于光穿透深度的降低和入射光束的散射增加，反應(yīng)速率會(huì)達(dá)到最大值而保持不變,，甚至可能降低,，如圖2 B-C段和B-D段^[1],。因此，對(duì)于非均相光催化分解水反應(yīng)而言,，產(chǎn)氫速率單位使用μmol·h^-1·g^-1或mmol·h^-1·g^-1并不能夠真實(shí)反映催化劑的活性,，而應(yīng)使用μmol·h^-1或mmol·h^{-1 [2,3]}。

圖2. 光催化劑濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響^[1]

參考文獻(xiàn)