光催化剂光催化剂量子产率

光催化剂的量子产率：定义、测量与关键影响因素及其应用洞察

量子产率（Quantum Yield, QY）是评价光催化剂性能的核心指标，它反映了单位时间内生成产物的分子数与吸收光子数的比值。以下是关于这一重要参数的关键信息。

一、定义与计算方式

量子产率被定义为生成产物分子数与吸收光子数的比值。具体计算公式为：生成产物的物质的量除以吸收光子的物质的量。对于光致发光体系，还可以通过辐射与非辐射速率进行推导。测量量子产率需要使用专用系统，如PLR-QY1000，此系统可实时监测产率变化，且内置控温控压模块。反应条件如温度、压力和光源波长等因素都会影响测量结果。

二、影响因素

1. 材料特性：光催化剂的带隙宽度决定了其光吸收范围。例如，TiO主要响应紫外光，而g-CN则可以响应至可见光。载流子的分离效率也是关键，通过构建异质结（如ZnO@TiO）或贵金属沉积（如Au/TiO）可以显著提升。

2. 结构优化：形貌调控（如超薄二维纳米片）可以暴露更多的活性位点，同时氧空位能增强吸附能力。晶面选择性负载助催化剂可以优化电荷分离，从而提升量子产率。

三、典型应用案例

高效体系方面，Pt-PdS/CdS三元催化剂在可见光下的产氢量子效率高达93%，接近自然光合作用水平。在新型材料方面，双等离子体共振导体（如Au-Cu7Te4）能够利用红外光还原CO，且选择性高达100%。Co掺杂的CuInS纳米片通过电荷不对称性促进了C-C耦合，提升了CH的产率。

四、注意事项

在评估量子产率时，需要区分入射光子效率（IPCE）与吸收光子效率（APCE），前者包含了反射和散射损失。在实际应用中，需要平衡光吸收和载流子传输，避免过量催化剂导致光穿透不足。还需要注意材料稳定性、可重复利用性以及环境友好性等方面的问题。通过深入了解这些关键因素和影响，可以更好地优化光催化剂的性能，以实现更高效的光催化反应。这些理解和应用对于推动太阳能利用、环境保护和可持续发展具有重要意义。