光催化、電催化以及光電催化，剛開始做科研的人，總是習(xí)慣問他們有什么區(qū)別，哪個方向更好做，更好出文章？做過一段時間的人或許會問他們之間有什么關(guān)聯(lián)，是否可以跨方向或者幾個方向一起做？下面文章就光電催化做一個詳細(xì)講解，至于光催化和光電催化如果有疑問可留言，也可期待后續(xù)文章。

光電催化是光催化與電催化的結(jié)合，可將兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)。

與光催化相比，光電催化反應(yīng)中，光電極可利用太陽光照射產(chǎn)生光生電子，提高反應(yīng)活性和催化效率。

與電催化相比，光電催化反應(yīng)大大降低了外部能量的注入，可有效減少能源消耗和環(huán)境污染。

光電催化還可以將因能帶結(jié)構(gòu)的失配而不適用于光催化的催化劑，在適當(dāng)?shù)耐饧与妷簵l件下適用于光電催化。

光電催化反應(yīng)可根據(jù)反應(yīng)物質(zhì)和反應(yīng)類型的不同，分為光電催化分解水制氫、光電催化降解、光電催化二氧化碳還原、光電催化氮還原合成氨等等。

光電催化反應(yīng)過程是在有光照射作用下的電化學(xué)過程，是因吸收光使電子處于激發(fā)狀態(tài)，產(chǎn)生電荷傳遞的過程。由于半導(dǎo)體材料存在禁帶，價帶電子與導(dǎo)帶電子之間的相互作用很弱，受到光的激發(fā)以后，半導(dǎo)體的價帶電子進(jìn)入導(dǎo)帶，并在價帶留下空穴，引發(fā)光電化學(xué)反應(yīng)。

圖1. 三種常見的光電催化反應(yīng)池 (a)光陽極光電催化反應(yīng)池；(b)光陰極光電催化反應(yīng)池；(c)串聯(lián)光電催化反應(yīng)池

光電催化是光催化與電催化的結(jié)合，可將兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)。

基于半導(dǎo)體材料的光電催化反應(yīng)池主要包含四個部分：

1. 光電極：也稱工作電極，是光電催化反應(yīng)池中的核心部件，由用于捕獲光能量的半導(dǎo)體材料構(gòu)成。

一般情況下，將n型半導(dǎo)體薄膜/導(dǎo)電基底稱為光陽極，p型半導(dǎo)體薄膜/導(dǎo)電基底稱為光陰極。

常見的光電極制備方式是將光電極半導(dǎo)體材料附著于氧化銦錫（ITO）或摻氟氧化錫（FTO）等有著較低功函數(shù)的透明導(dǎo)電氧化物鍍膜玻璃上，將光電極夾持在如圖2（a）所示的電極夾具上使用。

2. 對電極：若只研究單一光陽極或光陰極時，需要引入對電極來充當(dāng)另一半的半反應(yīng)場所。對電極通常選用具有良好電荷傳輸性能和較低反 應(yīng)過電勢的材料，一般為Pt電極，如圖2（b）所示。

3. 參比電極：為確保施加在光電極上的電位準(zhǔn)確穩(wěn)定，通常會加裝參比電極，將整個光電催化反應(yīng)池構(gòu)建成三電極體系。參比電極可選擇Ag/AgCl電極、Hg/Hg2Cl2電極或Hg/HgO電極，如圖2（c）所示。

4. 適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)溶液：電解質(zhì)溶液在光電催化反應(yīng) 反應(yīng)池中起聯(lián)通電路的作用，需要具有良好的離子電導(dǎo)率。

根據(jù)光電催化反應(yīng)中光電極材料性質(zhì)的不同，電解質(zhì)溶液的pH值和構(gòu)成電解質(zhì)溶液的離子類型也不盡相同。

在選擇電解質(zhì)溶液時需要注意的是，要確保所選的電解質(zhì)溶液不與所選用的參比電極發(fā)生反應(yīng)。

電解質(zhì)溶液可分為三種：

1）酸性電解質(zhì)溶液：H2SO4溶液等；

2）中性電解質(zhì)溶液：Na2SO4溶液、K2SO4溶液等；

3）堿性電解質(zhì)溶液：NaOH溶液、KOH溶液等。

圖2. (a)電極夾具；(b)Pt電極；(c)Hg/Hg2Cl2電極；(d)Ag/AgCl電極

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