一文解析光催化及其應(yīng)用領(lǐng)域，附相關(guān)儀器設(shè)備介紹！

近期，關(guān)于光催化實驗的兩篇論文先后在Nature Catalysis（IF 41.8）發(fā)布，以下是兩篇論文的相關(guān)信息。

劃重點：

兩篇文章中所述設(shè)備為北京中教金源科技有限公司提供：光催化活性評價系統(tǒng)/CEL-SPH2N、氙燈光源系統(tǒng)/T10、氙燈光源系統(tǒng)/S500+濾光片/AM1.5、光功率計/CEL-NP2000-10，

一般來說，催化分為均相催化、多相催化和酶催化。作為多相催化的一個分支，光催化是利用光能進行物質(zhì)轉(zhuǎn)化的一種方式，是物質(zhì)在光和催化劑共同作用下所進行的化學(xué)反應(yīng)。

同時，光催化是催化化學(xué)、光化學(xué)、半導(dǎo)體物理、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等多學(xué)科交叉的新興研究領(lǐng)域。

光催化原理如下圖所示：

常見的光催化材料有硫化物型光催化材料、金屬氧化物光催化材料、氮化碳基光催化材料、鉍基光催化材料和其它光催化材料。

• 最常見的硫化物光催化劑是CdS、ZnS及ZnxCd1-xS固溶體等。

• 常見的半導(dǎo)體氧化物催化劑材料有TiO2、WO3、Ga2O3、CuO等。

• 有機聚合物石墨相氮化碳（g-C3N4）具備優(yōu)異的光催化性能。

• 鉍的相對原子質(zhì)量較大，是一種化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且具有較高光催化活性的金屬。

• 此外，像金屬有機框架材料（MOFs）、共軛微孔聚合物（CMPs）、共價有機框架（COFs）在光催化領(lǐng)域也有所運用。

水分解

傳統(tǒng)的化石能源儲量有限，且燃燒后悔造成溫室效應(yīng)和環(huán)境污染，如何制造清潔可再生能源是研究熱點。利用光催化將水分解為H2和O2，用氫能源取代化石能源，生態(tài)環(huán)保、成本低。但目前產(chǎn)氫效率還比較低，距離實際工業(yè)化應(yīng)用還有很長的路要走。

CO2還原

隨著大氣中CO2濃度不斷增加，溫室效應(yīng)越發(fā)明顯，極端氣候頻發(fā)，如何降低大氣中CO2含量是亟待解決的重大問題。利用光催化技術(shù)，將CO2還原為甲烷、甲醇、甲酸等有機化合物，具有很高的應(yīng)用價值。

水污染治理

隨著工業(yè)化和現(xiàn)代化的不斷發(fā)展，環(huán)境污染問題日趨嚴重，水污染是其中重中之重。相比傳統(tǒng)水污染治理方法，光催化法綠色環(huán)保、無二次污染。除了常見的各種染料，如亞甲基藍（MB）、羅丹明、甲基橙（MO）等，其它無色的污染物，比如苯酚、雙酚A（BPA），或者各種抗生素農(nóng)藥等都可以降解掉。此外，光催化還可以將水體中的有毒重金屬離子，如Cr6+、Pt4+、Au3+ 等還原為低價離子，減弱其毒性。

光催化固氮

在現(xiàn)代社會中，氨（NH3）作為一種化學(xué)物質(zhì)，不僅在制造化肥等各種化學(xué)藥品方面必不可少，同時，它還是一種重要的清潔能源和染料。在常溫常壓下，便可以通過太陽能將N2轉(zhuǎn)變成氨氣并且無污染且條件溫和，但是太陽能利用率低，光催化固氮提供了一種新的方法來提高N2固定的光催化效率。

光催化有機合成反應(yīng)

有機化學(xué)品能夠制造生活中很多所必需的用品，在衣食住行各個方面都離不開它們。

傳統(tǒng)的有機合成路線和生產(chǎn)工藝已在大多數(shù)化工領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。發(fā)展以光為能源，在較溫和的反應(yīng)條件下驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)的光催化合成路線是非?？扇〉摹?/p>

設(shè)備介紹 1：CEL-SPH2N光催化活性評價系統(tǒng)

CEL-SPH2N最新升級款CEL-PAEM-D8Plus光催化活性評價系統(tǒng)(專業(yè)全自動二氧化碳還原CO2+全解水H2O)是評價光催化劑的重大升級， 主要用于專業(yè)全自動二氧化碳還原密閉體系分析，兼容光解水、全解水。

系統(tǒng)最大的優(yōu)勢是全新的外觀設(shè)計，更加方便的使用，系統(tǒng)所有管路全部采用控溫，實現(xiàn)樣品采集與樣品的分析無縫連接。D8Plus將玻璃系統(tǒng)集成于封閉遮光的箱體內(nèi)，易于移動，不易損壞。在催化劑的成本較昂貴的實驗中，更有利用光催化CO2的應(yīng)用。實現(xiàn)在線全自動無人值守測試分析；可選擇手動、半自動、全自動取樣方式；配置軟件USB反控；測試范圍廣，氫、氧、CO2、甲烷、CO、烴類、甲醛、甲醇、甲酸等微量氣體。

功能特點及應(yīng)用：

• 催化劑二氧化碳還原的性能全自動分析

• 半導(dǎo)體材料（TiO2、C3N4、CdS等）催化劑的活性評價

• 催化劑產(chǎn)氫、產(chǎn)氧、全解水的性能分析

• 微量反應(yīng)系統(tǒng)，極低的催化劑用量

• 可配置光電反應(yīng)、氣固反應(yīng)、膜催化等特殊實驗要求

• 封閉一體設(shè)計，面板采用半透明有機玻璃板，所有封閉板均可隨時取出便于維護

• 在線全自動無人值守測試分析

• 可選擇手動、全自動取樣方式（控溫200℃）

• 安裝方便快捷，可兼容任意廠家氣相色譜儀

• 測試范圍廣，氫、氧、CO2、甲烷、CO、甲醛等微量氣體

技術(shù)參數(shù)：

• 管路全部采用玻璃，采用專利玻璃閥進樣，管路氣體循環(huán)采用1.8L/s的耐腐蝕風機；

• 反應(yīng)器容積25ml、50ml、100ml、250ml；

• 管路體積50ml±5，真空度-0.1MPa(72h 動態(tài))，真空表采用：指針或數(shù)顯；

• 采樣方式 ：手動、半自動、全自動；

• 控制方式 ：軟件全自動控制（8位）；自動執(zhí)行狀態(tài)，實時顯示，軟件接口含USB、RS232；兼容；

• 測試精度，0.01ml &0.01min；

• 真空泵，軟件反控自動啟停，2L/s，含防倒吸電磁閥；

• 光源放置 光源依舊置于體系后端平臺，更穩(wěn)定，易于反應(yīng)器的更換和樣品的取放；

• 氫、氧、CO2、甲烷、CO、甲醛、乙醛等微量氣體，H2、O2>0.001ml；CO、CO2、CH4>1ppm；CH3OH、HCOOH、CH3CH2OH、CH3COOH>10ppm；

• 玻璃氣路內(nèi)置U型冷阱管路，用于提高真空度和分離揮發(fā)性溶劑；

• 真空泵采用KF16接頭，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)雙冷阱配置；

• 封閉設(shè)計，所有封閉板均可隨時取出便于維護玻璃系統(tǒng)，面板采用半透明有機玻璃板可實時觀察情況，又可以防止光污染，規(guī)格560mm（寬）*470mm（深）*860mm（高）；

• 自動進樣閥門為氣動控制，實現(xiàn)閥門控溫恒溫<200℃，進樣連接管路有加熱<100℃。

• 系統(tǒng)中的反應(yīng)部分、冷凝回流、循環(huán)部分、樣品采集、樣品分析等5部分，采取了7段溫度控制，實現(xiàn)了全流程溫度控制，恒溫控制溫度<200℃

設(shè)備介紹 2：氙燈光源

CEL-PF300-T10氙燈光源系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于光解水、光解水產(chǎn)氫產(chǎn)氧、CO2還原、光熱催化、VOCs降解、光熱協(xié)同、光化學(xué)催化、光誘導(dǎo)合成、光降解污染物、水污染處理、生物光照，光學(xué)檢測、各類模擬日光、可見光、紫外光、單色光加速實驗等領(lǐng)域。

CEL-PF300-T10氙燈光源系統(tǒng)采用七寸觸控彩屏；智能控制系統(tǒng)；采用光纖光反饋功能保證光源的穩(wěn)定輸出；可以配合中教金源全系反應(yīng)釜及系統(tǒng)使用；模塊化設(shè)計，快速連接配件；采用低壓可控轉(zhuǎn)速風扇，實現(xiàn)散熱恒定，穩(wěn)定光能輸出；實現(xiàn)燈箱全低壓安全工作；可自行簡捷快速安全更換燈泡。

CEL-PF300-T10氙燈光源智能系統(tǒng)實現(xiàn)了自動開機、關(guān)機、光功率密度顯示、標定及自動調(diào)節(jié)、自定義開關(guān)次數(shù)及頻率、實現(xiàn)數(shù)字監(jiān)控、程序模式可以根據(jù)實驗時間的不同階段要求自動適時調(diào)整光強（可以完全模擬日光一整天的變化）。通過擴展模塊可配合軟件或手機小程序遠程使用，實現(xiàn)光源的實時在線監(jiān)控。

設(shè)備介紹3：全自動光功率計

CEL-NP2000-2（10）A全自動光功率計，是在CEL-NP2000的基礎(chǔ)上的升級，實現(xiàn)了快速穩(wěn)定的反饋測試結(jié)果。NP2000配套專業(yè)的光電探測探頭，分別適用于最大量程和高分辨率的測量范圍。探測探頭不僅能保證測試儀有很高的靈敏度，而且能承受較高的功率密度。獨特的專有技術(shù)使它在靈敏度和響應(yīng)速度上大大提高。

全自動光功率計已廣泛應(yīng)用于從紫外至紅外的各種強光及其他輻射強度的測量；也可以用于光學(xué)醫(yī)學(xué)、光學(xué)防護、光學(xué)加工、光學(xué)測距、光學(xué)動植物生理反應(yīng)等要求高穩(wěn)定、高精度、高靈敏的輻射強度測量。

技術(shù)參數(shù)：

• 項目參數(shù)CEL-NP2000-2A、CEL-NP2000-10A

• 功率范圍0-2000mW0-10000mW

• 探頭直徑φ10mmφ20mm

• 波長范圍190nm-11000nm；紫外、可見、紅外，可連續(xù)測量或分段測量

• 探頭實時顯示探頭溫度，15～45℃系統(tǒng)自動調(diào)整溫漂，溫漂：滿量程<±1%；

• 精度分辨率：1μW;響應(yīng)時間：<0.4秒；

• 測量直讀顯示，可換自動換擋擋測量 ，保證同時測量弱光的精度和強光的精度

• 測試輸出光功率值 mW ；光功率密度值mW/cm2，實時顯示測試結(jié)果并記錄

• 測試結(jié)果實時顯示，電腦軟件可以實時讀取，可以計算光解水的量子效率

• 屏幕顯示7寸觸摸屏，Tf卡實時記錄測試數(shù)據(jù)，可以隨時導(dǎo)出使用

• 測量誤差<5%

• 內(nèi)置便攜鋰電池供電3000mAh，充電電源：220V，50Hz