轉(zhuǎn)化數(shù)(Turnover Number,TON)表示在一定溫度、壓力、反應(yīng)物比例和一定的反應(yīng)程度下,單位活性位點(diǎn)上發(fā)生催化反應(yīng)的次數(shù)或生成目標(biāo)產(chǎn)物的數(shù)目或消耗反應(yīng)物的數(shù)目,是光(電)催化劑穩(wěn)定性的量度,即在完全失活前,活性位點(diǎn)可以維持的轉(zhuǎn)化數(shù)。
由于光催化劑的活性位點(diǎn)數(shù)通常難以確定,所以通常將反應(yīng)電子數(shù)與光(電)催化劑原子數(shù)或光(電)催化劑表面原子數(shù)的比值用作TON的計(jì)算。反應(yīng)電子數(shù)根據(jù)釋放出產(chǎn)物的量計(jì)算獲得。
因?yàn)楣猓姡┐呋瘎┰訑?shù)>活性位點(diǎn)的原子數(shù),所以通過(guò)式(2)和式(1)計(jì)算的TON數(shù)值<真實(shí)TON,因此用光(電)催化劑的質(zhì)量為基準(zhǔn)對(duì)催化活性進(jìn)行歸一化是不準(zhǔn)確的,即mmol·h?¹·g?¹是無(wú)法完全真實(shí)衡量光(電)催化劑的催化活性。雖然光(電)催化劑的用量適用于特定的實(shí)驗(yàn)條件,但光催化活性通常與光(電)催化劑的量不成比例,因此對(duì)于每個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)體系,都應(yīng)該優(yōu)化光(電)催化劑的用量。
轉(zhuǎn)化頻率(Turnover Frequency,TOF)表示在一定溫度、壓力、反應(yīng)物比例和一定的反應(yīng)程度下,單位時(shí)間內(nèi)、單位活性位點(diǎn)上發(fā)生催化反應(yīng)的次數(shù)或生成目標(biāo)產(chǎn)物的數(shù)目或消耗反應(yīng)物的數(shù)目,是表示催化反應(yīng)速率的重要指標(biāo)參數(shù),TOF數(shù)值可反映催化劑的本征活性。
目前評(píng)價(jià)催化劑活性的體系中,可用比表面積測(cè)試(BET)來(lái)確定催化劑活性位點(diǎn)的數(shù)量,或者通過(guò)電化學(xué)測(cè)量。
TOF數(shù)值不能簡(jiǎn)單的通過(guò)TON與時(shí)間的比值來(lái)計(jì)算,用于計(jì)算TOF數(shù)值的數(shù)據(jù)需要注意以下問(wèn)題:
1. 一般公認(rèn)數(shù)值是在轉(zhuǎn)化率<10%的數(shù)據(jù),即此時(shí)的反應(yīng)器相當(dāng)于一個(gè)微分反應(yīng)器;
2. 應(yīng)該排除反應(yīng)物或產(chǎn)物在催化劑內(nèi)外擴(kuò)散的影響;
3. 可利用瞬時(shí)反應(yīng)速率來(lái)計(jì)算TOF數(shù)值。
在均相電化學(xué)反應(yīng)中,TOF僅代表在反應(yīng)擴(kuò)散層中靠近電極表面催化劑的活性,與主體電解液中的催化劑無(wú)關(guān)。
該公式應(yīng)用于結(jié)構(gòu)單一且表面均勻的材料時(shí)較為準(zhǔn)確,然而實(shí)際催化劑的組成和表面結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,導(dǎo)致很難得到準(zhǔn)確的TOF值,如何獲得較為準(zhǔn)確的TOF值仍然是較大的挑戰(zhàn),但TOF仍然可以作為比較同一類(lèi)型催化劑活性的重要參數(shù)(本文據(jù)文獻(xiàn)整理所得,如有錯(cuò)誤,請(qǐng)指正)。
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