在光催化分解水反應的活性評價體系中，除了表觀量子産率和STH能量轉化效率之外，還有一個簡便的參數用于評價催化劑的活性——産氫速率(v，μmol·h⁻¹或mmol·h⁻¹)。

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計算公式

産氫速率即單位時間内的産氫量，計算公式如下：

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詳細計算方法

H₂物質的量一般需要通過氣相色譜測定，而我們從氣相色譜獲得的數據是色譜峰面積（μV·s），單純的峰面積對于定量沒有實際意義。

此時，我們需要借助于标準曲線來通過“外标法”對H₂進行定量。标準曲線是色譜峰面積随待測物質體積/物質的量變化的趨勢線。因此，在對H₂進行定量前，我們首先要繪制标準曲線。

向反應系統中注入已知體積V1的高純H₂，循環均勻後進樣檢測，在氣相色譜上可得峰面積S1。之後依次向反應系統中注入已知體積(V₂-V1)、(V₃-V₂)、(V₄-V₃)、(V₅-V₄) mL高純H₂（累加進樣），可分别獲得峰面積S₂、S₃、S₄、S₅。

以H₂體積V為橫坐标，色譜峰面積S為縱坐标，即可得到标準曲線的原始數據點，經線性拟合後，可得标準曲線。标準曲線的拟合度R²應≥0.999，如圖1所示。此外，标準曲線H₂體積的取點範圍應包含實際反應的産氫量，但範圍不宜過寬，否則色譜峰面積與H₂體積不成線性。

圖1. 标準曲線示例圖

根據标準曲線，将實驗所測得的峰面積代入，即可計算出反應産生H₂的體積，H₂體積除22.4 L·mol⁻¹，即可得到H₂物質的量。H₂物質的量除反應時間即可得到産氫速率。你學會了嗎？

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注意事項

一般情況下，大家習慣于将所得産氫速率進行質量歸一化(μmol·h⁻¹·g⁻¹或mmol·h⁻¹·g⁻¹)。然而，在非均相催化反應系統中，随着催化劑濃度的增加，由于光穿透深度的降低和入射光束的散射增加，反應速率會達到最大值而保持不變，甚至可能降低，如圖2 B-C段和B-D段[1]。因此，對于非均相光催化分解水反應而言，産氫速率單位使用μmol·h⁻¹·g⁻¹或mmol·h⁻¹·g⁻¹并不能夠真實反映催化劑的活性，而應使用μmol·h⁻¹或mmol·h⁻¹ [2,3]。

圖2. 光催化劑濃度對反應速率的影響[1]

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參考文獻

[1] HorstKisch*, On the problem of comparing rates orapparent quantum yields in heterogeneous photocatalysis[J].Angewandte.Chemie. International.Edition. 2010, 49, 9588.

[2] Chen Shanshan, VequizoJunie Jhon M., Domen Kazunari* et. al., Surface modifications of (ZnSe)0.5(CuGa2.5Se4.25)0.5 to promote photocatalytic Z-Scheme overall water splitting[J].Journalof the American Chemical Society, 2021, 143, 10633.

[3] Ren Xiaohui,Weisongrui, Ye Jinhua* et. al., Rational construction of dual cobaltactive species encapsulated by ultrathin carbon matrix from MOF for boostingphotocatalytic H₂ generation, Applied Catalysis B:Environmental, 2021, 286, 119924.