相信你也有這樣的時刻,,做光催化實驗需要計算量子產(chǎn)率,查閱文獻(xiàn)后卻發(fā)現(xiàn)光催化相關(guān)文獻(xiàn)中有“量子產(chǎn)率QY”“量子效率QE”“表觀量子產(chǎn)率AQY”,、“表觀量子效率AQE”之類各式各樣的詞匯。
于是出現(xiàn)靈魂三連問:這些量子產(chǎn)率都是什么意思?我到底要用哪一個量子產(chǎn)率說明自己研究中的問題,?這些量子產(chǎn)率值都是怎么算出來的?
接下來,,系統(tǒng)的了解一下文獻(xiàn)中的量子產(chǎn)率,、量子效率、表觀量子產(chǎn)率AQY和STH等參數(shù)指標(biāo)的計算方法及其區(qū)別,。
光催化實驗中,,你計算的量子產(chǎn)率就真的是AQY嗎?
光化學(xué)中的量子產(chǎn)率和量子效率
1.量子效率(Quantum Efficiency, QE)[1]:光化學(xué)反應(yīng)速率與特定波長范圍內(nèi)吸收光子通量之比,。計算公式如下:
qp:光子通量,;
光子通量qp[2]:光源于單位時間間隔內(nèi)所輻射的光子數(shù),是波長λ的函數(shù),。
2.量子產(chǎn)率(Quantum Yield, QY)[1]:反應(yīng)體系在單色光激發(fā)下生成或消耗的分子數(shù)與吸收的光子數(shù)之比,。計算公式如下:
3.光子效率(Photonic Efficiency)[2]:在指定的時間間隔(通常是初始條件)內(nèi)測量的光反應(yīng)速率與特定波長范圍內(nèi)的入射光子通量之比。計算公式如下:
:入射光子通量,。
4.光子產(chǎn)率(Photonic Yield)[2]:在指定的時間間隔(通常是初始條件)內(nèi)測量的光反應(yīng)速率與單色光的入射光子通量之比,。計算公式如下:
光催化實驗中,你計算的量子產(chǎn)率就真的是AQY嗎,?
光子效率和光子產(chǎn)率中所強(qiáng)調(diào)的是“反應(yīng)體系入射光子數(shù)”的概念,,可以直接計算。而且,,光子產(chǎn)率和光子效率特別強(qiáng)調(diào)“在指定的時間間隔(通常是初始條件)內(nèi)進(jìn)行測量”,。
通過量子效率和光子效率的定義及公式中可以看出,“效率”強(qiáng)調(diào)的入射光是特定波長范圍內(nèi)的入射光,,是連續(xù)光譜,,在計算過程中,,要對波長λ進(jìn)行積分。
通過量子產(chǎn)率和光子產(chǎn)率的定義及公式中可以看出,,“產(chǎn)率”強(qiáng)調(diào)的是入射光為單色光,。
5.表觀量子產(chǎn)率(Apparent Quantum Yield, AQY)[3]: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),;
Np:入射光子數(shù)。
入射光子數(shù)Np[4]:在指定的時程Δt內(nèi),,光子通量的時間積分,,無量綱。
I:光功率密度(W·m-2);
A:入射光照面積(m2);
λ:入射光波長(nm);
t:時間(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能量轉(zhuǎn)化效率:輸入太陽能轉(zhuǎn)化為氫能的效率,,詳情查看“3分鐘學(xué)會“STH能量轉(zhuǎn)化效率”的測量!”,。
以上部分是光催化中的光-電能量轉(zhuǎn)化效率相關(guān)參數(shù)指標(biāo)的描述,。想要了解光電催化實驗中的量子產(chǎn)率介紹,請點擊文章“關(guān)于光電催化實驗中的量子產(chǎn)率與量子效率”,。
[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.