光催化反应光源太阳光模拟器

随着可再生能源的快速发展,太阳能光伏产业正在蓬勃成长。为了测试太阳能电池的发电效率,需要使用太阳光模拟器进行室内模拟。LED光源由于具备节能、寿命长等优点,已成为太阳光模拟器的主流灯源之一。但在应用时,LED灯源也存在一些缺点和限制。本文将讨论LED太阳光模拟器在测试钙钛矿太阳能电池时的优劣分析。什么是LED?LED (Light Emitting Diode) 是一种二极管照明装置,它能把电能转换成光能。是由一个半导体材料制成的,当电流流过时可发出光。所发之光的颜色可以是红、黄、绿、蓝或白色,是根据不同的半导体材料而定。优点包括高效率、长寿命、节能省电、可调光、快速发亮,绿色环保。因此,LED已经广泛应用于各种照明、显示器和通信系统等领域。LED (Light Emitting Diode) 光源本身拥有许多优点,其中相当著名的特点如下:高效率:转换能效高,目前研发上可以转换85% 的电能为光能。寿命长:寿命非常长,在结温保持在25度的条件下,通常可以达到10,000 小时以上。节能省电:比传统灯具更省电,能减少80% 的能源消耗。可调光:LED 光源可以调节亮度,可以根据环境需求适当调整。快速发亮:点亮速度非常快,在开关时不需要等待时间。环保:LED 产品不含有毒物质,不会对环境造成危害。将LED作为太阳光模拟器灯源又有什么优点?根据LED灯源的特性,太阳光模拟器制造商通常会强调使用LED灯作为太阳光模拟器灯源有下列7点优势:色温可调:可以根据不同的需求,调整色温,用以模拟不同的日照情况。可控性高:可以根据不同的模拟需求,进行亮度和色温的调整。省电:耗电比传统的灯具灯源更低。环保:LED灯源不含有毒物质,对环境无害。寿命较长:LED光源的宣称寿命非常长,可以标榜可达10,000 小时以上,但前提是结温(Junction Temperature)恒定在25°C的条件下应用广泛:可用于各种植物照明、人工智能研究、光学研究、生物研究、摄影棚照明等领域可以模拟多种天气状态,如晴天,阴天等。但LED灯真的这么好吗?长效寿命的定义与迷思LED寿命是指在特定温度条件与特定电流条件下,维持发光亮度至少70%时间的时间。其计算方式是以发光二极管的发光亮度衰减到剩原始亮度的70%,所需经历的时间为作为衡量标准,然而测试实验通常用多个灯泡为一组的实验中进行,当同组平均一半以上数量的LED灯光亮度衰减到70%的时候,其平均时间就是该LED灯泡群体的平均寿命,但寿命长度实验通常是在特定安排的理想使用环境条件下所量测评估的,例如必须控制温度、电流、环境等。常见的控制条件有在结温(Junction Temperature) 25°C下,2 mA特定电流条件下,进行发光强度与时间的寿命监控等等。换言之,一旦使用的环境条件不符该LED灯在实验室量测标准条件,将会大幅影响寿命。用LED作为光伏用太阳模拟器灯源不好吗?实际缺点与潜在问题理论上,更高的驱动电流会增加光输出。但伴随而来的是会增加耗损功率且在最终造成光输出和效率的损失。此外,较高的温度也会导致LED 的正向电压降低,从而使恒流源的耗损功率更高。因此同样地,LED 的主波长、光输出和正向电压相互影响,如下方所列。 (参考资料: NEWARK )光输出与电参数和热参数之间的关系电、热、光,三种要素均会影响LED 的输出特性。图2.解释了光输出与电参数和热参数之间的关联。容易热衰竭的LED灯--光输出随温度升高而降低据文献指出,AlInGaP 四元LED 对热相当敏感,我们可以从实验中了解,白光 LED 的光通量要保持80%,其结温就必须保持在 100°C 以下。而在琥珀色的LED,输出光通量也明显随着结温的升高而急剧下降。上图为结温与光通量的关系。容易随着温度变脸的LED灯----主波长(颜色变化)随温度变化TJ 增加波长或颜色会偏移,LED的主波长取决于结温,我们可以在下列附表中看到依颜色划分的1瓦高亮度的典型值,表中可很明显发现,琥珀色是相当敏感的,因为它会移动 0.09nm/°C。所以我们假设室内照明的环境情境,室温范围为10 至 40 摄氏度,那么在 30 摄氏度的温度范围内,琥珀色的主波长偏移为2.7 纳米 (40 - 10 * 0.09)。场面越热,LED越Down----正向电压随温度降低使用LED的研究人员不能不知道,当温度升高时,VF 降低 2mV/°C,虽然 LED 串联连接时,因为它驱动恒流,所以VF 变化应该不是一个严重的问题。但是如果LED是并联,VF就会随着温度升高而下降,导致电流增加。随着电流增加,TJ 就随之继续增加,导致 VF 更进一步下降,不断交互影响,直至达到平衡。反之,随着低温 VF 增加,就导致电流下降,这可能使得在恒压操作LED灯的环境下难以获得所需的固定光度。热到不想动的LED----寿命随温度降低LED 的可靠性是结温的直接函数,较高的结温往往会缩短LED 的使用寿命。而IES LM-80-08 是一项标准,规范了LED 制造商和照明制造商如何测试LED 组件,用以确定其随时间推移变化的发光性能。而LED 的 L70 寿命就是定义了LED 输出流明在25°C条件下,从100% 降低到70% 所经历的时间(如下图)。LM-80-08 报告用于预测各种温度和驱动电流操作环境下的LED 流明维持率。下图解释了L70寿命与结温之间的关系。据观察,LED 寿命随着结温的升高而降低,在85°C下,LED 寿命均小于1200小时。(参考资料: MDPI)The attained total radiant flux maintenance results of the mid-power blue LEDs, sorted by case temperature and forward current.LM-80-08 报告:中功率蓝色 LED在各外壳温度与正向电流下的LED 流明维持率。(参考资料: MDPI)

1.文章信息标题：Sunlight-drivenphotocatalyticoxidationof5-hydroxymethylfurfuraloveracuprousoxide-anataseheterostructureinaqueousphase中文标题：水相中氧化亚铜-锐钛矿异质结上太阳光驱动的5-羟甲基糠醛催化选择氧化页码：AppliedCatalysisB:Environmental320(2023)122006DOI：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.1220062.文章链接https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.1220063.期刊信息期刊名：AppliedCatalysisB:EnvironmentalISSN：0926-33732021年影响因子：24.319分区信息：中科院一区Top涉及研究方向：化学4.作者信息第一作者是：云南大学张奇钊；通讯作者：云南大学方文浩。5.光源型号：CEL-HXF300-T3文章简介将5-羟甲基糠醛（HMF）选择氧化为2,5-二甲酰基呋喃（DFF）是糠醛类生物质平台分子转化利用的重要途径之一。DFF是合成糠基生物聚合物、药物中间体、杀菌剂以及荧光剂等的重要单体。传统的热催化氧化技术通常依赖于苛刻的温度和氧压，容易诱发安全和环境隐患。因此，迫切需要开发在温和条件下高效转化HMF为DFF的环境友好型催化体系。于是，光催化氧化技术，因为具有光生空穴和氧气存在下产生的活性氧物种可以在温和条件下驱动该反应的进行而成为科学家们研究的热点。然而现有的金属氧化物光催化剂的制备大部分较为复杂或者以有机试剂（即乙腈、三氟化苯等）作为反应溶剂导致较高的制备成本和环境污染。因此，非常需要低成本、易于制备和易于调节的氧化物催化剂。此外，使用水代替有机溶剂作为反应介质更环保，但对于金属氧化物催化剂来说可能具有很大的挑战性。因为作为副产物的水往往会阻碍正向反应，并且水也可能加剧金属浸出。基于上述研究背景，云南大学化学科学与工程学院方文浩教授课题组通过化学还原沉淀法制备了具有p-n异质结的(Cu2O)x‖TiO2光催化剂，实现了以H2O为反应溶剂，O2作为氧化剂，在无任何添加剂条件下高效利用太阳光催化氧化HMF制DFF。通过调变两种金属的比例和二氧化钛的晶相，深入研究了催化剂能带结构对反应机理的影响。研究发现Cu2O的含量决定HMF的转化率，而TiO2的晶相（即锐钛矿和金红石）影响DFF的选择性。通过清除剂实验研究揭示了空穴（h+）会将HMF深度氧化为CO2，而单线态氧（1O2）能够将HMF选择氧化为DFF。结合莫特肖特基曲线和价带谱数据可以推出半导体的能带结构，由此可得Cu2O的价带位置显然比HMF氧化为DFF的氧化电位更正，但比DFF的氧化电位更负。这表明Cu2O的价带上的光生空穴可以将HMF氧化成DFF，但不能进一步氧化DFF。相反，TiO2的价带位置比DFF的氧化电位更负，因此TiO2价带上的光生空穴能够进一步氧化DFF。p-n异质结的形成不仅抑制了TiO2上羟基自由基（•OH）的产生，而且还促进了O2在Cu2O上活化产生1O2。因此p-n异质结的形成增强了Cu2O的氧化还原能力同时增强了TiO2光利用效率。此外，通过光致发光谱，光电流响应以及电化学阻抗谱表征发现(Cu2O)0.16‖TiO2(A)具有最佳的光生电子和空穴的分离效率以及最佳的电荷迁移效率。与此相对应的，(Cu2O)0.16‖TiO2(A)催化剂在水相、35℃、10mLmin-1O2和模拟太阳光下的温和条件下（如图1所示），产生64.5mggcatal.-1h-1的DFF生成速率。这是目前文献报道的以水为反应介质金属氧化物光催化剂上取得的最佳结果。此外，该催化剂可直接在太阳光和空气下工作，且多次循环使用未见失活。该工作通过一系列的光电性质与形貌表征，深入揭示了异质结催化剂中两种半导体间的强相互作用。研究了在光催化反应过程中光生空穴与各个活性氧物种的作用。并通过能带结构解释了晶相与催化活性的构效关联问题。期望本研究建立的反应选择性和能带结构之间的关系可以应用于其他异质结光催化体系。

日本SAN-EI公司推出高准直太阳光模拟器(高平行太阳光模拟器)，准直度半角小于0.3度，实现了高准直性测试的各种要求。目前已被国内权威机构采购并使用。AM1.5G /AM0 太阳光光谱；准直接半角不稳定性2% 均匀性可定制；照射距离可定制；照射角度和方向可定制；创新点：高准直稳态太阳光模拟器，准直度半角小于0.3度，实现了高准直性测试的各种要求。目前已被国内权威机构采购并使用。 高准直太阳光模拟器

美国海洋光学（www.oceanopticschina.cn）近日推出一款 RaySphere 光学测量系统，用以测量太阳光模拟器和其他辐射源的绝对辐照度。RaySphere系统可测量从紫外线到近红外光谱（380-1700nm）的不同光谱范围的绝对辐照度（mW/cm2/nm）。 下载高清晰图像:http://halmapr.com/oo/RaySphereRelease.jpg （图片说明：海洋光学 RaySphere 系统评估并判定太阳能闪光灯和太阳光模拟器的光谱分布是否合格） 作为一种用于验证已安装的太阳能闪光灯输出的工具，RaySphere 特别适用于太阳光模拟器制造商以及研发实验室。太阳光模拟器的闪光可用于目的为根据光谱反应组合细胞像素的光电制造流程、以及目的为测量最终光电效能的光电制造流程。RaySphere 的系统具有必要的精确度和分辨率，以测量和分析闪光器的性能和稳定性，并通过高级的低频抖动方式触发电子设备为闪光测量计时。RaySphere 的刻度经过公认的认证实验室的确认，以确保精确的探测，并使太阳能闪光灯和太阳光模拟器的评估和资格认证符合由 ASTM 和 IEC（IEC60904-9 2007）等标准制定机构制定的标准。 两台热电冷却探测器使太阳能闪光灯的光谱分析（380-1700nm）可复验性高且准确。第二种型号的 RayShere 含有一个冷却探测器，以测量最多 1100nm 的光谱。 该系统同时包含高级、高速的电子设备，以及直观、强大的软件界面。极少的测量次数可实现在闪光期间，甚至于闪光间隔期间的完整光谱检测。此外，测量还可以由一个快速反应的发光二极管促发。该二极管可在百万分之一秒内通过增加闪光强度而做出反应。 关于海洋光学(Ocean Optics)和豪迈(HALMA): 总部位于美国佛罗里达州达尼丁市的海洋光学(www.OceanOpticsChina.cn)是世界领先的光传感和光谱技术解决方案提供商，为您提供测量和研究光与物质相互作用的先进技术。海洋光学在亚洲与欧洲设有分部，自1992年以来，在全球范围内共售出了超过150,000套光谱仪。海洋光学拥有庞大的产品线，包括光谱仪、化学传感器、计量仪器、光纤、薄膜和光学元件等等。洋光学的产品在医学和生物研究、环境监测、科学教育、娱乐照明及显示等领域应用广泛，公司隶属英国豪迈集团。创立于1894年的豪迈(HALMA www.halma.cn)是国际安全、健康及传感器技术方面的领军企业，伦敦证券交易所的上市公司，在全球拥有3700多名员工，约40家子公司。豪迈目前在上海、北京、广州、成都和沈阳设有代表处，并且已在中国开设多个工厂和生产基地。

随着新能源产业的发展，氢能作为一种清洁可再生的能源，具有重要的研究意义，光催化分解水是一种理想的产氢手段。本期岛津XPS 用户成果分享继续介绍复旦大学化学系戴维林教授研究团队近期在光催化领域研究的一些进展及XPS测试技术在其中的应用。成果简介:共价有机骨架/NaTaO3 S型异质结构的合理设计促进光催化析氢复旦大学戴维林教授课题组通过表面氨基修饰以及原位水热过程合成了一种共轭有机框架（COF）材料TpBpy/NaTaO3复合光催化剂，并利用原位光照XPS（X射线光电子能谱）以及DFT理论计算证明其属于S型光催化反应机理，为设计合成高效稳定的光催化材料提供了新思路。岛津公司参与该项研究工作，相关合作研究成果发表于胶体与界面领域国际权威SCI期刊《Journal of Colloid and Interface Science》（IF=9.9）上。图1. N-NaTaO3与NaTaO3的(a) Ta 4f、(b) O 1s高分辨率XPS谱图，(c) 原位光照前后TpBpy/NaTaO3的Ta 4f高分辨率XPS谱图，原位光照前后TpBpy以及TpBpy/NaTaO3的(d) C 1s 、(e) N 1s、(f) O 1s高分辨率XPS谱图研究工作利用3-氨丙基-三乙氧基硅烷在NaTaO3纳米立方体表面修饰氨基，并进一步通过席夫碱反应在NaTaO3纳米立方体表面生长TpBpy-COF，从而构筑了以共价键连接的TpBpy/NaTaO3复合光催化剂。光催化产氢测试结果表明，在模拟太阳光照射下，复合光催化剂的最佳产氢活性达到了17.3 mmolg-1h-1，分别是单独NaTaO3以及TpBpy的173和2.4倍。图1给出了TpBpy/NaTaO3复合材料以及各单一材料中元素的精细XPS谱图，图a，b中Ta结合能的变化以及Ti-O-Si键的出现可以证明NaTaO3表面成功修饰了氨基。图c-f表明，无光照条件下，与纯NaTaO3相比，TpBpy/NaTaO3的Ta 4f峰的结合能降低；而与纯TpBpy相比，N 1s结合能以及O 1s结合能均升高，说明在非光照条件下，复合材料中二者紧密结合，并发生了电荷转移，电子倾向于从TpBpy转移至NaTaO3。进一步通过原位光照XPS技术研究了复合材料在光反应过程中电子的转移情况。可以看出，在光照条件下，复合材料中Ta 4f轨道XPS谱峰的结合能升高，说明在该过程中，NaTaO3失去电子，结合理论计算结果，证实了该光反应过程的S型催化反应机理。仪器介绍全新一代Kratos AXIS SUPRA+ 是基于卓越的研发与制造，兼备高分辨采谱和快速平行成像功能的多技术型 X 射线光电子能谱（图2）。&bull 卓越的便捷性：集样品全自动传输、全自动分析、智能数据采集处理于一体，体现了卓越的便捷性。&bull 优异的性能：拥有多种 X 射线源、大半径双层能量分析器，杰出的荷电中和技术，使其获得了优异的性能。&bull 丰富的扩展性：高能Ag Lα单色X射线源可有效区分光电子峰和俄歇峰并增加探测深度；搭配适应1000°C高温、3 MPa高压及模拟反应气氛的准原位催化反应池；适合不同波长和功率激光及模拟太阳光实时照射样品表面，在样品分析室进行原位光催化反应的光纤系统。&bull 图2 复旦大学化学系X射线光电子能谱仪参考文献：Huihui Zhang, Huajun Gu, Yamei Huang, Xinglin Wang, Linlin Gao, Qin Li, Yu Li, Yu Zhang, Yuanyuan Cui, Ruihua Gao*, Wei-Lin Dai*. J. Colloid Interface Sci., 2024, 664, 916-927.本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

实用新型专利--气固相光催化反应器 专利号：ZL 2023 2 0652037.7 泊菲莱科技又推出一项实用新型专利——气固相光催化反应器，这一独特的创新设备，是泊菲莱科技在光催化技术领域的一大突破，旨在解决现有反应器在催化剂与反应气体接触不充分、反应效率低下的问题。近年来，光催化技术在清洁能源、空气污染物治理、CO₂ 还原等领域的应用越来越广泛。然而，现有的气固相光催化反应器常采用被动式的气体扩散，催化剂与反应气体的接触不充分，导致反应效率较低。为了解决这一问题，泊菲莱科技研发了这款新型的气固相光催化反应器。 该反应器包括反应器主体、催化剂支架、进气管路、出气管路和控制管路。 反应器主体具有反应容腔，催化剂支架设置在反应容腔内，用于盛放催化剂；控制管路与反应容腔相连，用于输送反应气体至反应容腔内；进气管路连通反应容腔的进口和流体泵的出口，出气管路连通反应容腔的出口和流体泵的进口，形成循环回路，使得反应气体能够在循环回路中循环流动，更加充分地接触催化剂，从而提高反应效率。 这种设计的优点体现在：反应气体可在循环回路中循环流动，与催化剂接触的机会大大增加。通过控制管路将反应气体精确输送至反应容腔内，确保了准确性和稳定性。 此专利应用于“PLR OTPR-I在线测温气固相光催化反应器”，该反应器是适配Labsolar-6A系统使用的光催化光热耦合的气固相反应器，其采用低散热设计，兼容粉末、多孔薄膜和薄层块状材料，由入射强光加热受热材料，可实现催化剂表面温度的实时在线检测，并对反应中的气体成分进行取样送检。 PLR OTPR-I在线测温气固相光催化反应器主要包括PLR OTPR-1型和PLR OTPR-2型两种型号：&bull PLR OTPR-1型适配于Labsolar-6A全玻璃自动在线微量气体分析系统使用； Labsolar-6A系统搭载在线气固相光催化反应器现场实物图 &bull PLR OTPR-2型适配于流动体系的光催化、光热催化气-固相实验。有别于被动式扩散形式，PLR OTPR气固相光催化反应器采用气体“穿透”形式，可有效保证反应气体与光催化剂的充分接触，提高传质效率。PLR OTPR气固相光催化反应器设有专用的原位红外测温口，非接触式实时测量光催化剂表面温度并记录，配有恒温夹套，最大程度降低热耗散。 已发表文章：反应器参数

基于太阳光开展能源转化和工业生产，是解决全球能源危机、助力我国实现“双碳”目标的重要路径之一。太阳光中蕴含着大量的红外光子，这些光子不为人眼所见，且能量较低，通常难以有效转化和利用。胶体量子点是一类溶液法生产的理想捕光材料，它们的吸光范围很容易被拓展至红外波段。同时，吸光后的激发态量子点能够参与丰富的光化学转化过程，生产太阳燃料或者精细化学品，是国际上的重要科学前沿。近日，中国科学院大连化学物理研究所（以下简称“大连化物所”）研究员吴凯丰团队在量子点光化学研究中取得重要进展。团队率先实现了低毒性量子点敏化的近红外至可见上转换，并将该体系与有机光催化融合，实现了高效快速的太阳光合成，有望对光合成技术产生深远影响。相关成果发表在《自然-光子学》上，共同第一作者是大连化物所博士梁文飞、聂成铭和副研究员杜骏。利用低毒性量子点开展近红外光子上转换和有机催化合成红外光到可见光的上转换在能源、医学、国防等诸多领域具有重要意义。比如对太阳能电池而言，上转换能使器件可以有效利用阳光中大量的低能量红外光子，颠覆性地提升太阳能转换效率。在各类上转换技术中，基于有机分子三线态湮灭的光敏化技术可对非相干、非脉冲光源实现上转换，具有较强的实用前景。然而，此前报道的近红外光敏剂普遍效率较低或含有贵金属和有毒金属，相对廉价环保的高效近红外光敏剂仍有待开发。前期工作中，团队深入系统地研究了量子点敏化有机分子三线态的动力学机制，并探索了这些新机制在光子上转换、有机光合成等领域的初步应用。此次研究中，团队聚焦于CuInSe2基近红外量子点，该类量子点相对绿色环保，可用于替代剧毒性的铅基近红外量子点。团队制备了ZnS包覆的Zn掺杂CuInSe2核壳量子点，有效解决了该类量子点缺陷多和稳定性差的难题。随后，在量子点表面修饰羧基化的并四苯分子作为三线态受体，并采用红荧烯分子作为湮灭剂，构建了溶液相上转换体系。该体系成功实现了近红外至黄光的上转换，量子效率高达16.7%。进一步地，团队将该上转换体系与有机光催化融合，将上转换产生的红荧烯单线态直接用于“原位”有机氧化、还原、光聚合等反应，巧妙避免了上转换光子传播至溶液表面所经历的量子点重吸收损失。此外，得益于近红外光子的有效利用和量子点的宽谱吸收特性，该上转换-有机催化融合体系可在太阳光下高效快速运行。在室内窗台上（光照强度约32 mW cm-2），几秒内即可实现丙烯酸酯的光诱导聚合。“一个世纪以来，在阳光下进行有机合成是许多科学家的想法，但前期的探索主要局限于利用太阳光中的可见光子。”吴凯丰说，“这项研究将太阳能合成的范围扩大到了阳光中丰富的可见光和近红外光子，将有力地推动光合成技术的发展。”该工作不仅实现了低毒性量子点敏化的近红外至可见高效上转换，还发展了一种高效快速太阳光合成的新路径。这一交叉创新型研究成果对光化学和光合成技术的发展具有重要意义。

近日，大连化物所光电材料动力学研究组(1121组)吴凯丰研究员团队在量子点光化学研究中取得新进展，实现了低毒性量子点敏化的近红外光至可见光的上转换，并将该体系与有机光催化融合，实现了高效快速的太阳光合成。红外光到可见光的上转换在能源、医学、国防等诸多领域具有重要意义。例如，对太阳能电池而言，上转换能使器件有效利用阳光中大量的低能量红外光子，颠覆性地提升太阳能转换效率。在各类上转换技术中，基于有机分子三线态湮灭的光敏化技术可对非相干、非脉冲光源实现上转换，具有较强的实用前景。然而，此前报道的近红外光敏剂普遍效率较低或含有贵金属和有毒金属，相对廉价环保的高效近红外光敏剂仍然有待开发。吴凯丰研究团队一直致力于胶体量子点的超快光物理与光化学研究。在超快光化学领域，团队深入系统研究了量子点敏化有机分子三线态的动力学机制，并探索了这些新机制在光子上转换、有机光合成等领域的初步应用。在这些前期基础之上，团队开发了CuInSe2基量子点，用于替代剧毒性的铅基近红外量子点，实现三线态敏化和近红外上转换。本工作中，团队首先制备了ZnS包覆的Zn掺杂CuInSe2核壳量子点，有效解决了该类量子点缺陷多和稳定性差的难题。团队在量子点表面修饰羧基化的并四苯分子作为三线态受体，并采用红荧烯分子作为湮灭剂，构建了溶液相上转换体系。时间分辨光谱研究表明，该类量子点的光生电子和空穴都会在皮秒尺度被局域在量子点本身的缺陷位点。该局域化电子—空穴对仍然能够在纳秒尺度传递至量子点表面的并四苯分子，高效生成自旋三线态，并进一步传递至溶液中的红荧烯分子，进行三线碰撞湮灭。该体系实现了近红外至黄光的上转换，量子效率高达16.7%。此外，团队进一步将该上转换体系与有机光催化融合，将上转换产生的红荧烯单线态直接用于“原位”有机氧化、还原、光聚合等反应。该设计巧妙避免了上转换光子传播至溶液表面所经历的量子点重吸收损失。此外，得益于近红外光子的有效利用和量子点的宽谱吸收特性，该上转换—有机催化融合体系可在太阳光下高效快速运行。在室内窗台上(光照强度约32 mW cm-2)，几秒内即可实现丙烯酸酯的光诱导聚合。该工作不仅实现了低毒性量子点敏化的近红外至可见高效上转换，还发展了一种高效快速太阳光合成的新路径。这一交叉创新型研究成果对光化学和光合成技术的发展具有重要意义。相关成果以“Near-infrared photon upconversion and solar synthesis using lead-free nanocrystals”为题，于近日发表在《自然—光子学》(Nature Photonics)上。该工作的共同第一作者是我所1121组梁文飞、聂成铭博士、杜骏副研究员。上述工作获得了中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金、我所创新基金等项目的支持。

在国家自然科学基金委的持续支持下，中国科学院化学研究所赵进才课题组在光催化降解有机污染物及其机理方面进行了十几年的系统深入研究，取得一系列重要研究进展。 　　低浓度、高毒性、难降解有机污染物是一类普遍存在、具有长期危害性的环境污染物，用传统方法很难处理。TiO2光催化可利用洁净的太阳光驱动反应，利用环境友好的分子氧为氧化剂，是消除这类污染物最有应用前景的方法之一。TiO2耐腐蚀，光、热和化学稳定性好，是目前最好的光催化体系。但TiO2只能利用紫外光(约占太阳光5%)，由于占太阳光主要部分的可见光的激发能较低，从传统半导体光催化的带-带激发原理上很难实现同时满足导带电子活化氧和价带空穴氧化水或污染物两个必需条件的可见光反应。因此，如何实现可见光反应是对TiO2光催化原理和应用提出的一个极大挑战。 　　赵进才课题组从1995年开始致力于染料污染物可见光光催化降解及其机理的研究。发现染料分子吸收可见光被激发后可以向TiO2导带注入电子实现电荷分离，通过半导体导带的媒介作用实现可见光照射下染料分子和空气中氧分子的同时活化，成功地将有机染料污染物氧化降解。揭示了一个与传统光催化有着本质区别的可见光光降解机理，该机理不涉及半导体的带-带吸收以及空穴的生成和反应，而是利用染料污染物分子吸收可见光诱发的活性自由基和分子氧的共同作用导致污染物降解。 　　通过对几十种染料污染物降解的研究，发现只要染料的电子激发态电位比TiO2导带电位更负，都能实现有效的电子注入进而降解，证明了该原理的有效性和普适性。该原理还在共存无色小分子污染物的氧化降解、卤代污染物的还原脱卤以及可见光光催化合成化学品等方面有着广泛的应用前景。相关研究成果先后在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Environ. Sci. Technol.等刊物上发表系列论文。 　　最近应英国皇家化学会综述期刊Chemical Society Reviews的邀请，撰写了题为“Semiconductor-mediated photodegradation of pollutants under visible-light irradiation”的综述论文 (Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 4206-4219)，系统地介绍了该课题组取得的相关研究成果。 　　最近，他们在光催化活化分子氧机理研究方面取得新进展。光催化反应过程中分子氧如何活化一直是该研究领域的一个关键科学问题。他们利用同位素标记等实验研究TiO2 光催化氧化醇类分子时，发现在反应过程中醇分子中的氧原子完全被氧分子中的一个氧原子所置换(置换率99%)生成相应的羰基化合物。基于顺磁共振、氧同位素标记拉曼光谱、动力学同位素效应等实验结果，揭示了与以往贵金属等催化氧化机理完全不同的TiO2光催化氧原子转移机理(Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48, 6081-6084，被选为Highly Important Paper (HIP)，并作为封面论文发表)。 　　在这一机理的指导下，他们进一步实现了通过TiO2表面吸附Bronsted酸来加速醇类分子的光催化转化，同时发现由于掺杂SiO2能增加酸的吸附位点，当用Bronsted酸对TiO2/SiO2复合光催化剂进行表面修饰后加速作用进一步加强。表面光谱滴定实验证实了质子能够有效促进TiO2表面形成的Ti-过氧化物中间物种的分解，进而使得表面光催化活性位点再生，因此加速了光催化循环和反应。该研究有助于深入理解TiO2光催化活化分子氧的微观机理，为今后制备新型光催化剂和调控光催化反应提供了重要的科学依据。相关研究成果发表在Angew. Chem. Int. Ed. (2010, 49, 7976-7979)，被选为VIP论文并作为内封面(Inside Cover)做了专门介绍，Nature China对此研究成果也做了评述 (Highlight)。

太阳能以其取之不尽、用之不竭、清洁可再生等特点，有望成为化石燃料的替代能源之一，半导体光催化因其成功将太阳能转化为所需的化学能而引起了研究者极大的兴趣。光催化制氢是将太阳能转化为化学能的最重要途径之一，而其关键技术在于开发高效、高稳定性、低成本的光催化剂。本期岛津XPS 用户成果分享主要介绍复旦大学化学系戴维林教授研究团队近期在光催化领域研究的一些进展及XPS测试技术在其中的应用。团队介绍---戴维林教授团队复旦大学化学系教授，博士生导师。主要研究领域为新型催化材料的构筑及其在能源、环境、精细化学品合成及太阳能光催化等领域的应用。曾获上海市曙光学者称号。以第一或通讯作者在化学及材料领域著名期刊ACS Catal., Chem. Eng. J., J. Mater. Chem. A., Appl. Catal. B: Environ., Green. Chem., J. Catal., ACS Sustain. Chem. Eng., Chem. Commun., J. Hazard. Mater.等发表SCI论文170余篇，多篇论文入选全球1% ESI 高被引用论文，总引用次数10890余次，H-index 56，获中国发明专利33项。2014-2023连续入选Elsevier公布的化学领域中国大陆高被引学者榜单，2023 年度入选斯坦福大学及 Elsevier 发布全球化学学科 2%顶尖科学家榜单，在国际上产生了一定的影响。目前担任多个学术刊物的编委。课题组网站：https://Daigroup.fudan.edu.cn 成果简介: CdSe@Ti3C2 MXene复合材料实现高效光解水产氢复旦大学戴维林教授课题组设计了一种CdSe纳米棒@Ti3C2 MXene纳米片复合光催化剂，并结合SPM（扫描探针显微镜）及原位光照XPS（X射线光电子能谱）结果进行相关机理探讨，为进一步开发高效稳定的光催化体系提供了研究思路。岛津公司参与该项研究工作，相关合作成果发表于光催化领域国际知名SCI期刊《Applied Catalysis B: Environmental》（IF=22.1）上。 研究工作利用原位水热技术构建了由Ti3C2 MXene纳米片和CdSe纳米棒组成的二元异质结，通过光催化产氢活性测试发现，在可见光下，CdSe-Ti3C2 MXene（以下简称CdSe-MX）的最佳氢生成活性比原始CdSe高近6倍。图1给出了CdSe-MX复合材料与纯CdSe的各元素高分辨XPS谱图，相较于纯物质，复合后各组分结合能的移动可反映出复合材料之间存在电子转移作用，一般失去电子的一方结合能升高，反之则降低。图1（a、d）中，与纯MXene相比，CdSe-MX的C 1s中归属于C-Ti峰的结合能以及Ti 2p中Ti-C 2p3/2的结合能位置均降低；相应地，与纯CdSe相比，CdSe-MX的Se 3d5/2结合能以及Cd 3d5/2结合能位置均升高。以上结果表明CdSe-MX复合材料中电子由CdSe转移至Ti3C2 MXene表面。图1.CdSe-MX复合材料与纯CdSe的(a) C 1s、(b) Cd 3d、(c) Se 3d、(d) Ti 2p高分辨率XPS谱图由于真实反应体系在光照下进行，故进一步采用原位光照XPS用于探索CdSe和Ti3C2 MXene之间的电荷转移，结果见图2。与黑暗条件相比，Cd 3d5/2的结合能在光照条件下正向移动0.4 eV，Se 3d 峰的结合能在光照条件下也正向移动0.3 eV。同时，Ti 2p3/2峰的结合能在可见光照射下负向移动0.2 eV。这一发现证明了在原位光照条件下，电子进一步从CdSe转移到MXene。这些XPS结果有力的证明了反应条件下的电子转移方向，验证了催化反应机理。图2. 原位光照前后CdSe-MX的Cd 3d (a)、Se 3d (b) 和Ti 2p (c)的高分辨率XPS谱图仪器介绍全新一代Kratos AXIS SUPRA+ 是基于卓越的研发与制造，兼备高分辨采谱和快速平行成像功能的多技术型 X 射线光电子能谱（图3）。&bull 卓越的便捷性：集样品全自动传输、全自动分析、智能数据采集处理于一体，体现了卓越的便捷性。&bull 优异的性能：拥有多种 X 射线源、大半径双层能量分析器，杰出的荷电中和技术，使其获得了优异的性能。&bull 丰富的扩展性：高能Ag Lα单色X射线源可有效区分光电子峰和俄歇峰并增加探测深度；搭配适应1000°C高温、3 MPa高压及模拟反应气氛的准原位催化反应池；适合不同波长和功率激光及模拟太阳光实时照射样品表面，在样品分析室进行原位光催化反应的光纤系统。&bull 图3 复旦大学化学系X射线光电子能谱仪参考文献：Huajun Gu, Huihui Zhang, Xinglin Wang, Qin Li, Shengyuan Chang, Yamei Huang, Linlin Gao, Yuanyuan Cui, Renwei Liu, Wei-Lin Dai*. Appl. Catal. B: Environ., 2023, 328, 122537.本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

在太阳光或一缕LED紫外光照拂下，玻璃烧杯中加入一点点白色粉末，无须加热也无须其他能源，烧杯里的水便可源源不绝产生氢气，且经过数百小时的实验，这种白色粉末的量并未衰减。在云南大学材料与能源学院实验室，你能见到这样的“奇观”。　　在碳达峰、碳中和背景下，洁净的氢成为未来的重要能源，高效、低成本制氢，特别是光解水制氢是科学家研究的方向。1月10日，国际著名期刊《自然通讯》发表了云南大学柳清菊教授团队与英国伦敦大学学院唐军旺教授团队、华东师范大学黄荣教授团队合作的一项重要研究成果——以单原子铜锚定二氧化钛，成功制备新型光催化剂，其分解水制氢量子效率高达56%，被审稿人称为“世界纪录”。这意味着“水变氢”有了一条可实用化的新路径。　　提高催化效率 才能助推光解水制氢走向实用化　　氢能是一种清洁无污染的可再生能源，燃烧值很高，可达每千克140兆焦耳，其具有来源丰富、燃烧产物无二次污染等优点，有望代替石油和天然气，因而受到世界范围的广泛关注。若能得以大规模实际应用，将为“双碳”目标的顺利实现作出贡献。　　“目前，制备氢的主要方法有化石燃料制氢和电解水制氢，但两种方法都需消耗传统能源。”柳清菊向科技日报记者介绍，化石燃料制氢，二氧化碳排放量大，每生产1千克氢气，将产生10千克左右的二氧化碳；而电解水制氢也存在能耗和成本问题。“在环境和能源问题日益严重的今天，开发清洁、可持续、低成本的制氢技术，推进氢能的发展显得尤为迫切和重要。”柳清菊说，采用光催化技术，利用太阳能驱动水分解制氢是一种极具发展前途的新方法。　　自1972年科学家发现二氧化钛半导体具有光催化性能以来，光解水制氢一直受到学术界及产业界的关注与重视。在能量大于或等于半导体禁带宽度的光照射下，光催化材料价带中的电子吸收入射光子的能量跃迁到导带，形成“电子—空穴”对，空穴和电子迁移到材料表面，与表面吸附的水分子发生氧化还原反应，也就是电子与水发生还原反应产生氢气，空穴氧化水产生氧气。　　然而，由于电子带负电，空穴带正电，使得光催化材料中光照所产生的“电子—空穴”很容易复合，导致产氢量子效率低下，严重阻碍了光解水制氢的发展。因此，如何阻止“电子—空穴”的复合，提高光催化制氢效率，成为目前国际上光催化研究领域的重大挑战之一，也是制约光催化制氢技术实用化的瓶颈难题。　　这其中，光催化材料是核心。而光催化材料的活性、稳定性和成本是决定光催化技术能否实际应用的关键。　　铜离子“补位” 新型光催化材料设计制备突破瓶颈　　金属单原子催化剂是近年来迅速发展起来的新型催化剂。相比传统金属催化剂，金属单原子催化剂中的原子以单个的形式负载在载体上，在催化反应中可充分参与反应，实现反应活性中心的最大化，利用效率可接近100%，在理论上可以同时提高催化活性并降低成本。然而由于单原子具有极高的表面能，在合成和催化反应过程中容易团聚、稳定性差、寿命短且制备成本高，阻碍了其实际应用。　　“这次起光催化作用的二氧化钛，是一种钛和氧规则排列的晶体，我们通过独特的合成工艺，在其中生成大量的钛空位。”柳清菊向记者解释，有了这些钛空位，就可以请铜离子来帮忙“补位”。　　“通过对钛基有机框架材料MIL-125中钛空位的设计和可控合成，我们研制出具有大比表面积和丰富钛空位的二氧化钛纳米材料，以此为载体锚定过渡金属铜单原子，使铜与二氧化钛形成了牢固的‘铜—氧—钛’键。”柳清菊介绍，在光催化制氢反应过程中，一价阳离子铜和二价阳离子铜的可逆变化，大大促进了光生“电子—空穴”的分离和传输，大幅提高了光生电子的利用率，使产氢量子效率获得突破，达到56%。这项突破获得了欧洲科学院院士、伦敦大学学院光催化和材料化学终身教授唐军旺团队的验证。　　成本、工艺更“亲民” 光解水制氢产业已初露曙光　　新研制的二氧化钛基光催化材料，具有性能稳定、无毒、无二次污染等优点，且生物相容性好、制备方法简单、成本低，与传统方法相比优势明显。通常含贵金属的催化剂，催化活性高，但相应的成本也极高。“新材料中，我们用的是‘贱金属’铜，它储量大、价格低、易获得，这是成本降低的第一个方面。” 柳清菊介绍，此外，原有的催化材料中单个金属原子活性很大，很容易形成团簇，使得催化活性降低。研发团队将铜原子牢固地锚定在钛空位上，不容易团聚，创新性地解决了这个问题，稳定时间很长，在常温常湿条件下，样品放置380天之久，仍然具有与新制备样品相当的产氢性能，进一步降低了产氢成本；另外，新型光催化材料制备工艺简单，无需昂贵的设备，使光催化制氢更加“亲民”。　　近年来，柳清菊团队在实验室进行了大量的基础研究，包括材料设计、合成工艺、机理研究、性能优化等，已获得稳定的高性能光解水制氢光催化材料的实验室制备工艺，正准备开展放大工艺研发，为后续产业化奠定基础。虽然传统的光催化材料成本高、量子效率低，国内光催化产氢市场尚未成熟，但随着产业链衔接及相关政策的完善，光催化制氢产业化已是曙光初露。　　对柳清菊团队而言，56%的产氢量子效率也不是终点。“我们还在继续努力，使效率进一步提高，如果能够提高到70%以上，对生产应用的意义将是不言而喻的。”柳清菊说，找准了方向，效率再提升将不是梦。随着光解水效率进一步提高和成本进一步降低，氢能时代将加速到来，人类也将还地球以绿水青山。

1. 文章信息标题：Selective photocatalytic aerobic oxidation of methane into carbon monoxide over Ag/ AgCl@SiO2DOI: 10.1039/d2sc01140a2. 文章链接https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/SC/D2SC01140A3. 期刊信息期刊名：Chemical ScienceISSN：2041-65202020年影响因子：9.825分区信息：中科院1区Top；JCR分区（Q1）涉及研究方向：化学4. 作者信息：翟建新（首要作者），周宝文（首要通讯作者）；吴海虹（第二通讯）；何鸣元（第三通讯作者）韩布兴（第四通讯作者）5. 光源型号：北京中教金源CEL HXF300（300 W氙灯，300-800范围）、NP2000、CEL-SPS1000、CEL-TPV2000文章简介：设计一种能够在温和条件下利用甲烷的光催化剂具有重要意义，我们制备了一种Ag/AgCl@SiO2 光催化剂，其可以高选择性将甲烷光氧化为一氧化碳，一氧化碳产量为2.3 为μmol/h，选择性为73%。基于半原位红外光谱学、电子顺磁共振等一系列表征研究，二氧化硅的引入可以增加光生载流子的寿命，并且揭示了甲烷通过原位形成的单线态氧转化为COOH*中间体从而氧化为CO的中间过程。同时Ag/AgCl@SiO2催化剂也能在环境条件下使用真实的阳光进行甲烷的转化。 我们一致认为本文的创新之处有以下几点：1. 首次将Ag/AgCl@SiO2 光催化剂用于光催化甲烷转化2. 通过一系列表征表明二氧化硅的引入可以增加载流子的寿命3. 在真实太阳光下也能发生图1 催化机理图

2016年8月21-24日由中国可再生能源学会光化学专业委员会和中国化学会催化专业委员会主办，由山东大学、中科院兰州化物所、青岛大学、石油大学联合承办的第十五届全国太阳能光化学和光催化会议在山东大学召开。此次会议主要在光催化反应及其在环境保护中的应用、光电化学及清洁能源的开发利用、光化学与光催化新材料研究等领域展开交流，其中包括太阳能电池的开发和利用、光解水制氢系统、可见光催化降解有毒难降解有机物等热点议题，来自全国各大高校、研究院所及海内外机构的1300余人参加了会议。　　北京泊菲莱科技有限公司作为会议的主赞助方全程参与了此次会议。天美（中国）科学仪器有限公司作为泊菲莱公司在光催化行业的唯一合作方受邀参加了此次盛会，并展出了在光催化及相关领域的检测仪器：赛里安气质联用仪——Scion 456-SQ、上海天美气相色谱仪——GC7980。　　天美（中国）总部分析及色谱仪器市场部和济南分公司人员参加了会议，并在展会期间向广大参会者介绍了以上两款仪器的优势特点及光催化行业检测应用。 　　第十五届全国太阳能光化学和光催化会议在精彩的学术交流与展会活动中圆满落幕，天美公司将一如既往的致力于分析仪器在环保及新生能源的检测应用。关于天美：　　天美(控股)有限公司(“天美(控股)”)从事表面科学、分析仪器、生命科学 设备及实验室仪器的设计、开发和制造及分销 为科研、教育、检测及生产提供完整可靠的解决方案。继2004年於新加坡SGX主板上市后，2011年12月 21日天美(控股)又在香港联交所主板上市(香港股票代码1298)，成为中国分析仪器行业第一家在国际主要市场主板上市的公司。近年来天美(控股)积极 拓展国际市场，先后在新加坡、印度、澳门、印尼、泰国、越南、美国、英国、法国、德国、瑞士等多个国家设立分支机构。公司亦先后收购了法国 Froilabo公司、瑞士Precisa公司、美国IXRF公司、英国 Edinburgh Instruments公司等多家海外知名生产企业和布鲁克公司Scion气相和气质产品生产线，加强了公司产品的多样化。　　更多详情欢迎访问天美(中国)官方网站：http://www.techcomp.cn

会议介绍：本次会议于2023年2月17-20日在武汉晴川假日酒店举行。由中国地质大学（武汉）、淮北师范大学、长沙学院、吉林化工学院联合主办。会议名誉主席为吴骊珠院士，孙立成院士，唐军旺院士，张金龙院士。会议主席为余家国院士。会议旨在为光催化领域的海外华人和国内外专家提供一个高 水平的成果交流和展示平台。北京中教金源科技有限公司作为赞助单位参加此次会议，欢迎各位老师莅临指导。会议议题：光催化材料的基础研究；S型异质结光催化材料；光催化材料的掺杂和能带调控；光催化材料的形貌和晶面控制；光催化材料的制备策略；光催化材料的第一性原理研究；光催化材料的环境应用；光催化分解水产氢；光催化产过氧化氢；光催化二氧化碳还原制备碳氢燃料。会议目的及意义：大气变暖、能源短缺和环境污染已经成为制约人类社会可持续发展的重大科技和社会问题。当前，中国已进入能源高速消耗阶段并排放大量CO2，其CO2排放量约占全球排放量的27%。习近平总书记在第75届联合国大会上讲话指出，中国力争于2030年前实现碳达峰，努力争取2060年前实现碳中和。中国正积极采取各种措施应对气候变化，同时探寻气候变化带来的新机遇。太阳能是最重要的清洁和可再生能源，然而其不可预测性、季节昼夜时变性、分布不均和能量密度低等难题限制了它的实际应用。传统的太阳能电池和风力发电受时间和地理位置的影响，电能的产生和利用不能同步，因此必须解决电能储存的问题。光催化技术在解决能源和环境问题方面有着非常广阔的应用前景。光催化可以利用太阳光将水分解产生氢气，从而将光能转化为可储存的化学能—氢能，氢能能量密度高，使用方便，零碳排放，被认为是一种理想的能源载体。光催化材料和技术还可以利用太阳光将二氧化碳转化为甲烷和甲醇燃料，从而达到节能减排的目的。光催化也可以通过空气中的氧气和水反应合成过氧化氢，过氧化氢是一种绿色化工产品，广泛应用于杀菌、消毒、漂白，燃料电池等领域。通过太阳能光催化技术制备的氢气、碳氢燃料、过氧化氢等燃料统称为太阳燃料。

1. 文章信息标题：stable ti3+ sites derived from the tixoy-pz layer boost cubic fe2o3 for enhanced photocatalytic n2 reductiondoi：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c058902. 文章链接https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.1c058903. 期刊信息期刊名：acs sustainable chemistry & engineeringissn：2168-04852021年影响因子：8.198分区信息：中科院1区top；jcr分区（q1）涉及研究方向：光催化4. 作者信息：第一作者是广州大学博士张文生。通讯作者为广州大学韩冬雪教授、广州大学何颖实验员。5. 正文中标记了“the photochemical reactor was installed on the cel-gppcl system (beijing china education au-light company) with a 300 w xe lamp.”.文中所述设备由北京中教金源科技有限公司提供，设备型号:cel-gppcl the photochemical reactor was installed on the cel-gppcl system (beijing china education au-light company) with a 300 w xe lamp. 利用水作为还原剂将氮气（n2）进行光催化固定是一种令人鼓舞的未来氨合成策略，这有助于人们开发高效的光催化剂，以提高太阳光利用率，并提高固定n2的催化效率。赤铁矿(α-fe2o3)是一种稳定性高、成本低廉、天然丰度高的半导体光催化剂，从经济效益上讲是可见光驱动n2-nh3转化的理想催化剂，但相关研究报道较少。这是因为单一组分fe2o3光催化剂的光生电子还原能力普遍较低、具有严重的电子空穴重组现象和有限的表面活性位点，限制了其在光催化固氮领域的发展。为克服这一问题，本文构建了表面磷掺杂含稳定ti3+位点的锐钛矿tio2（tixoy-pz）层，来增强α-fe2o3立方体的光催化n2还原反应（pnrr）性能。通过ph3处理，在tixoy-pz层上诱导不饱和ti3+物种来作为活性位点，实现对n2分子的高吸附和活化。同时，磷掺杂形成的部分金属钛缺陷使催化剂的结构更加稳定。此外，通过程序升温氮气吸脱附（tpd）和瞬态荧光衰变曲线证明了fe2o3@tixoy-pz的ti3+物种是n2化学吸附和活化的活性位点。fe2o3@tixoy-pz纳米杂化催化剂利用tixoy-pz层表面的ti3+位点和界面耦合的优势，实现了在环境条件下有效地将n2光还原为nh3；这为设计和开发具有优异光催化固氮性能的纳米催化剂提供了一种新的视角。文章doi : https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c05890，原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.1c05890原文下载：online acssuschemeng.1c05890.pdf：，。视频小程序赞，轻点两下取消赞在看，轻点两下取消在看

中国科学院大连化学物理研究所发布消息称，该所吴凯丰研究员团队近日在量子点光化学研究中取得重要进展。团队率先实现了低毒性量子点敏化的近红外至可见上转换，并将该体系与有机光催化融合，实现了高效快速的太阳光合成。相关成果发表在《自然-光子学》上。基于太阳光开展能源转化和工业生产，是解决全球能源危机的重要路径之一。太阳光中蕴含着大量的红外光子，红外光到可见光的上转换在能源、医学、国防等诸多领域具有重要意义。比如对太阳能电池而言，上转换能使器件可以有效利用阳光中大量的低能量红外光子，颠覆性地提升太阳能转换效率。然而，近红外光敏剂普遍效率较低或含有贵金属和有毒金属，相对廉价环保的高效近红外光敏剂仍有待开发。据介绍，前期工作中，团队深入系统地研究了量子点敏化有机分子三线态的动力学机制，并探索了这些新机制在光子上转换、有机光合成等领域的初步应用。此次研究中，团队聚焦于铜铟硒(CuInSe2)基近红外量子点，该类量子点相对绿色环保，可用于替代剧毒性的铅基近红外量子点。此外，得益于近红外光子的有效利用和量子点的宽谱吸收特性，该上转换有机催化融合体系可在太阳光下高效快速运行。在室内窗台上几秒内即可实现丙烯酸酯的光诱导聚合。“一个世纪以来，在阳光下进行有机合成是许多科学家的想法，但前期的探索主要局限于利用太阳光中的可见光子。”吴凯丰说，这项研究将太阳能合成的范围扩大到了阳光中丰富的可见光和近红外光子，将有力地推动光合成技术的发展。吴凯丰表示，该工作不仅实现了低毒性量子点敏化的近红外至可见高效上转换，还发展了一种高效快速太阳光合成的新路径。这一交叉创新型研究成果对光化学和光合成技术的发展具有重要意义。

近日，中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室及洁净能源国家实验室中科院院士李灿和&ldquo 百人计划&rdquo 学者章福祥研究员负责的宽光谱响应半导体光催化分解水研究取得新进展：通过对宽光谱捕光材料Ta3N5 (Eg: 2.1 eV，吸收带边可至600 nm)与高效氧化助催化剂CoOx之间的界面进行MgO纳米层修饰，不仅改善了CoOx与其界面接触和分散状态，而且还对半导体Ta3N5表面起到钝化保护作用，使光催化体系在可见光长波段500&minus 600 nm激发条件下的分解水放氧量子效率(AQE)，由文献最高值5.2%提升至目前的11.3%。相关研究结果在线发表在《德国应用化学》期刊上。 　　太阳能光催化分解水制氢是实现太阳能光-化学转化的重要反应，被认为是化学领域的一个&ldquo 圣杯&rdquo 式的反应。光催化水分解反应主要涉及质子还原和水氧化两个半反应，其中水氧化是涉及多电子转移、热力学爬坡的反应，被认为是实现上述太阳能光化学转化的速控步。太阳能光催化转化涉及如何实现太阳能宽光谱利用、如何实现高效的光生电荷分离以及表面的催化转化等关键科学问题，然而随着半导体催化剂吸收带边的红移，其驱动光生电荷分离以及水分解(还原、氧化)的能力就随之变弱。因此，太阳光的充分利用与光生电荷的高效分离常常不易兼得，要实现宽光谱响应的光催化剂高效水氧化过程是一个非常具有挑战性的难题。 　　助催化剂可有效促进光生电荷分离和催化转化，李灿研究团队在国际上明确提出了双助催化剂策略(Acc. Chem. Res. 2013, 46, 2355)。最近几年，为了攻克宽光谱响应光催化剂上水氧化这一科学难题，他们发展了高温负载廉价助催化剂CoOx的策略，在LaTiO2N (Eg: 2.1 eV)上取得了比传统贵金属IrO2和RuO2助催化剂更高的放氧性能(J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 8348-8351.)，随后又成功地将这种CoOx负载策略拓展到了新开发的宽光谱响应的氮掺杂氧化物Sr5Ta4O15-xNx 和MgTa2O6&minus xNx材料体系上(J. Mater. Chem. 2013, 12, 5651 Chem. Commun. 2014, 50, 14415)。 　　该研究进一步利用MgO纳米层调变宽光谱响应半导体Ta3N5与助催化剂CoOx之间的界面性质，通过改变半导体材料表面的亲疏水性，改善了助催化剂的纳米分散以及界面间电荷的转移，取得了目前宽光谱响应光催化剂上分解水放氧反应的最高量子效率，为发展高效的光催化体系提供了新策略。 　　该研究工作获得基金委重大基金、科技部&ldquo 973&rdquo 项目以及中科院&ldquo 百人计划&rdquo 人才项目资助。 宽光谱响应光催化剂分解水研究取得新进展

太阳能光催化反应可以实现分解水产生氢气、还原二氧化碳产生太阳燃料，是科学领域“圣杯”式的课题，并受到全世界关注。在过去半个世纪的光催化研究中，科学家在光催化剂制备和光催化反应研究方面做出了努力，但光催化反应中光生电荷的分离、转移和参与化学反应的时空复杂性，因而关于该过程的基本机制一直不清楚。　　日前，中国科学院院士、中科院大连化学物理研究所研究员李灿，研究员范峰滔等揭开了这一谜团。研究人员综合集成多种可在时空尺度衔接的技术，对光催化剂纳米颗粒的光生电荷转移进行全时空探测，揭示了复杂的多重电荷转移机制，“拍摄”到光生电荷转移演化全时空影像。该研究明确了电荷分离机制与光催化分解水效率之间的本质关联，为突破太阳能光催化反应的“瓶颈”提供了新的认识和研究策略。10月12日，相关研究成果发表在国际学术期刊《自然》（Nature）上。　　光催化分解水的核心科学挑战在于如何实现高效的光生电荷的分离和传输。由于这一过程跨越从飞秒到秒、从原子到微米的巨大时空尺度，揭开这一全过程的微观机制颇具挑战性。“长期以来，我们的团队前赴后继致力于解决这一问题，在这个工作中，集成多种先进技术和理论，在时空全域追踪了光生电荷在纳米颗粒中分离和转移演化的全过程。”李灿说。　　光催化过程中，光生电子和空穴需要从微纳米颗粒内部分离，并转移到催化剂的表面，从而启动化学反应。范峰滔介绍，在如此微小的物理尺度上，光催化剂往往缺乏分离电荷所需的驱动力，因此，实现高效的电荷分离需要一个有效的电场。为了在光催化剂颗粒中形成一个定向重排的电场，科研人员将一种特定的缺陷选择性地合成到颗粒的特定晶面，有效促进了电荷的分离。为了更好地剖析纳秒范围内高效电荷分离机制，科研人员使用了时间分辨光发射电子显微镜，发现了光生电子在亚皮秒时间尺度就可以选择性的转移到特定晶面区域，且电子在超快的时间尺度上可以从一个表面移动到另一个表面。　　“长期以来光催化中的主导电荷分离机制很难解释跨越如此大空间尺度超快电荷转移。”范峰滔说，“我们将超快的电荷转移归因于新的弹道传输机制，其中载流子以极高的速度传播，在与晶格发生作用之前就已经跨越了整个粒子。”　　进一步，为了直接观察电荷转移过程，研究人员进行了瞬时光电压分析，发现随着时间尺度从纳秒到微秒的发展，空穴逐渐出现在含有缺陷的晶面。研究表明，晶面上光生电子和空穴的有效空间分离是由于时空各向异性的电荷转移机制共同决定的，这一复杂机制可以通过各向异性晶面和缺陷结构来可控的调整。　　“通过集成结合多种先进的表征技术和理论模拟，包括时间分辨光发射显微镜（飞秒到纳秒）、瞬态表面光电压光谱（纳秒到微秒）和表面光电压显微镜（微秒到秒）等，像接力赛一样，第一次在一个光催化剂颗粒中跟踪电子和空穴到表面反应中心的整个机制。”李灿说，“时空追踪电荷转移的能力将促进对能源转换过程中复杂机制的认识，为理性设计性能更优的光催化剂提供了新的思路和研究方法。”　　“未来，这一成果有望促进太阳能光催化分解水制取太阳燃料在实际生活中的应用，让梦想逐渐变为现实，为我们的生产和生活提供清洁、绿色的能源。”李灿说。　　该项工作得到国家自然科学基金委“人工光合成”基础科学中心项目、中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划、国家重点研发计划及大连化学物理研究所创新基金等的支持。

北京中教金源科技有限公司是以实验仪器研发和生产的国家ji高新技术企业、中关村高新技术企业，与全国各高校研究所建立了长久紧密的合作关系。公司自成立以来，研究人员采用中教金源的仪器设备，在科研上取得了很大的进展！近期中国科学院工程热物理研究所应用中教金源的光催化系统在全光谱太阳能光热化学利用研究取得新进展，中教金源在此表示最热烈的祝贺！ 以下内容摘自中国科学院工程热物理研究所科研进展版块 利用太阳能制取氢气、醇类、氨、烃类等燃料是可再生能源领域的重要研究方向，也是中科院“液态阳光”倡议的主要内容。光热复合催化是近年来新兴的太阳能-燃料转化方式，指热能、光能协同作用下的催化反应，其相对于热化学反应具有温度低的优势，相对于光化学反应具有速率加快的优点，近年来逐渐成为美国、日本、欧盟等国的研究热点。在当前的光热复合催化研究中，主要通过在非聚光的半导体光催化反应中引入电加热，观察反应路径、选择性和产率的变化规律。在分解CO2和水制碳氢燃料方面，相比于室温下的光催化反应，光热复合催化可提高20-40倍反应速率；相比于单纯太阳能热化学，可将反应温度从高于1200℃降低到200-400℃。然而，电加热的光催化反应仍存在以下问题：（1）非聚光太阳能反应器面积较大，电加热温度场与光场难以协同；（2）在太阳能聚光反应器上，输入的光能和热能均具有较高能流密度，常规光催化剂不能对其进行有效利用。　　针对上述问题，工程热物理研究所分布式供能与可再生能源实验室设计提出了全光谱太阳能聚光光热复合催化反应器，如图1所示。与以往电加热光催化反应不同，该反应器直接通过氙灯模拟5-30倍聚焦太阳光，照射进反应器内的液固或气固反应床上。反应床内的纳米光热催化剂可将聚光太阳能同时、同地转化为光生载流子和热声子，促进了温度场和光场的协同，不需电加热维持反应温度。该反应器具有提升光热复合反应速率和太阳能-燃料效率的潜力。　　在上述研究基础上，进一步合成了具有光热复合作用的等离激元金属负载TiO2纳米催化剂，并在15倍聚光比下开展了甲醇水重整制氢实验研究。负载等离激元金属的TiO2可利用280-780nm紫外-可见太阳光产生光生载流子。同时，红外波段太阳光可在TiO2中激发热声子，在催化剂表面产生80-100℃局域热能，活化反应物分子。实验结果显示，光热复合产氢速率1120mL gcat-1 h-1，相比于只利用紫外光的半导体光催化体系提高了50倍；同等催化剂用量下，与太阳能热化学体系的分解水产氢速率相近，而太阳聚光比有望降低20-30。经过50h重复实验，光热复合催化剂的微观形貌和催化活性保持稳定。　　上述工作得到了国家自然科学基金和中国科学院前沿科学重点研究项目的支持，相关研究成果为基于太阳能燃料的可再生能源系统研发提供了一条新的途径。

第十七届太阳能光化学与光催化学术会议助力科研杜克泰克2023年7月28日至31日，第十七届太阳能光化学与光催化学术会议在内蒙古呼和浩特圆满落下帷幕。本届大会10个分会场共进行了39场主题报告、165场邀请报告、36场口头报告和110个墙报展交流，参会人数达1500人以上，是我国太阳能光化学与光催化科研工作者的一次盛会。作为两年一届的学术盛会，本次会议特别邀请到中科院大连化物所李灿院士、西湖大学孙立成院士、中国科学技术大学杨金龙院士、黑龙江大学付宏刚教授、中科院物理研究所孟庆波研究员、中国地质大学（武汉）余家国教授、中国科学技术大学熊宇杰教授、河北大学/NIMS叶金花教授、清华大学朱永法教授、中科院理化技术研究所张铁锐研究员作大会报告。杜克泰克作为国内光声光谱技术领导者，在本次大会中展示了光声光谱技术及自研催化反应装置在催化行业的应用。 杜克泰克催化过程气体分析监测系统，基于光声光谱痕量级多气体分析仪和光热催化反应箱，可用于为ppm、sub-ppm级微量浓度气体分析与监测。光声光谱气体分析仪 DUKE 光声检测器 DUKE催化反应箱 DUKE

近日，大连化物所催化基础国家重点实验室、太阳能研究部(DNL16)李灿院士、博士后李政和李仁贵研究员等在纳米颗粒光催化完全分解水制氢的逆反应(氢气和氧气复合生成水的反应)研究方面取得新进展，确认光催化完全分解水逆反应发生于低配位活性位点，并利用原子层沉积技术精准定点修饰抑制逆反应，从而显著提升了光催化完全分解水的性能。 　　太阳能光催化完全分解水制氢不仅具有重要的应用背景，更是基础科学领域的前沿课题。其中，光催化完全分解水体系中助催化剂表面的氢氧逆反应是该领域长期未解决的重要问题。逆反应的存在使得完全分解水光催化体系的效率很低，甚至无法实现分解水反应，是光催化完全分解水的“最后一公里”。李灿团队长期致力于光催化分解水中助催化剂及其表面的催化作用研究，取得了系列重要进展：在国际上较早提出并发展了双助催化剂概念(J. Catal.，2009；Catal. Lett.，2010；Acc. Chem. Res.，2013；Energy Environ. Sci.，2016)，并开发出单核锰水氧化催化剂，活性可媲美自然界水氧化催化剂的产氧活性(Nat. Catal.，2018)，受到学术界的广泛关注。本工作聚焦光催化完全分解水体系中助催化剂表面的氢氧逆反应问题，以典型的可见光催化完全分解水的催化剂Rh/GaN-ZnO作为研究对象，通过原子层沉积(ALD)的方式将氧化铝(Al2O3)沉积到光催化剂反应中心，可显著提升光催化全分解水的活性。研究发现，ALD沉积Al2O3可以使Rh/GaN-ZnO上的逆反应降低90%，进一步通过光谱表征结合理论模拟证明，Al2O3主要沉积在Rh纳米颗粒表面的低配位点上，揭示出Rh表面的低配位点是氢氧逆反应的主要反应位点。团队通过ALD选择性地将Al2O3沉积到Rh表面低配位点上，有效阻断了氢氧逆反应的发生，从而将Rh/GaN-ZnO上可见光催化完全分解水的量子效率从0.3%提升至7.1%。此外，本工作还发现ALD选择性沉积氧化物的策略还适用于其他贵金属助催化剂，证明了这一策略的普适性。该工作明确了光催化完全分解水中氢氧逆反应的活性位点和机制，为解决这一挑战性问题提供了一条新的普适性策略。 　　相关研究成果以“Blocking the reverse reactions of overall water splitting on a Rh/GaN–ZnO photocatalyst modified with Al2O3”为题，于近日发表在《自然—催化》(Nature Catalysis)上。该工作的共同第一作者是李政和李仁贵。该工作的理论模拟部分主要与催化基础国家重点实验室理论催化创新特区研究组(05T8组)肖建平研究员团队合作完成。上述工作得到了国家自然科学基金委人工光合成中心、国家重点研发计划等项目的支持。

7月20日，仪器信息网(instrument.com.cn)与日本分析仪器工业会(JAIMA) 首次共同主办“中日科学家论坛之材料科学”线上科技论坛，以期为中日科学家们提供交流平台，促进两国科学技术的发展。此次在线科技论坛有幸邀请到国际著名光化学家、光催化研究的开创者、中国工程院外籍院士、诺奖热门人选、荣膺2019年度中国政府友谊奖的日本藤岛昭教授，中国科学院院士、北京大学博雅讲席教授、北京石墨烯研究院院长刘忠范教授，中国科学院大学教授，中国科学院物理研究所孟庆波研究员，北京工业大学闫鹏飞教授，国家纳米科学中心孟幻研究员，将分别围绕光催化材料、新能源、纳米材料等前瞻领域进行探讨。同时也邀请到日本电子株式会社（JEOL Ltd. ）TEM应用部总经理助理大西市朗、岛津企业管理（中国）有限公司SPM产品担当陈强将分别为大家分享科学研究离不开的利器技术：最前沿的球差校正透射电镜技术、原子力显微镜技术。以下为藤岛昭教授报告预告，以飨读者：藤岛昭（Akira Fujishima）教授，东京大学特别荣誉教授、东京理科大学荣誉教授、中国工程院外籍院士。他于1972 年在Nature 上发表了二氧化钛单晶表面在紫外光照射下水的光分解现象，这一被称为“本多-藤岛效应”（Honda-Fujishima Effect）的开创性科研成果及其随后的一系列重要成果，使得藤岛昭教授 被公认为“ 光催化之父” 。报告形式：线上直播，30分钟报告+10分钟在线答疑报告时间：2021年7月20日9:40-10:20（北京时间）报告语言：英文PPT，英文报告，中文字幕报告题目：How to Get Clean Energy: Photocatalysis and Carbon Recycling如何获得清洁能源：光催化与碳循环报告摘要：Photocatalysis has been widely developed and put into practical use in the areas of antifouling and antifogging，research on artificial photosynthesis—the process of extracting hydrogen through photocatalysis—has also been garnering significant attention in recent years as a technology with the potential to contribute to a decarbonized society. Along with the shift to replace fossil fuels with renewable energies such as hydrogen ,another important measure to achieving a decarbonized society is carbon recycling, effectively using CO2 as a resource. In consideration of that viewpoint, I has proposed the following method: first, extract hydrogen through water electrolysis using the electricity produced from highly efficient solarcells. Next, combine the extracted hydrogen with the CO2 emitted from power plants and factories to produce methanol, which can be used as an energy source.报名参加：免费，点击报名扫码报名藤岛昭教授在央视《开讲啦》栏目演讲视频回顾：央视网：《开讲啦》 20191019 中国工程院外籍院士，日本著名光化学家藤岛昭教授：知之不如好之，好之不如乐之藤岛昭简介（主要摘自中国工程院）藤岛昭教授藤岛昭教授，1942年生于日本东京，致力于研究半导体电化学。2009年，藤岛昭教授当选欧洲科学院院士。不久前，他接受一项新的职位，担任东京理科大学校长。1971年获得日本东京大学应用化学专业博士学位。在东京大学，他发现水可以通过光电化学方式，经TiO2电极照射分解为氢气和氧气。他在神奈川大学任教四年，后到东京大学任教，并于1986年取得教授职称；其研究领域也扩展到更大的范围，包括光与无机材料及有机材料的相互关系。他于1990年开始研究基于二氧化钛的光催化自洁涂料。他认识到太阳光中少量的紫外线辐射可以被有效利用，通过充分氧化的以氧为基础的自由基作用，用于自洁与自消毒。藤岛昭教授对光诱导的亲水性的相关现象进行研究，在此种现象中，紫外光会导致TiO2表面具有超亲水性。藤岛昭教授依然对光催化基础研究和应用，以及光诱导亲水性保持浓厚兴趣，同时也热衷于开发新材料，包括带有光功能性质的纳米结构材料。藤岛昭教授已经发表了750多篇原始论文，440篇综述文章，拥有280项专利。主要奖项：朝日新闻朝日奖（1983）、井上春成奖（技术创新）（1998）、日本化学会奖（2000）、Heinz Gerischer奖（电化学学会欧洲分会，2003）、紫绶带勋章（2003）、日本奖（2004）、日本学院奖（2004） ）、国家发明嘉奖（2006年）、神奈川文化奖（2006）、文化功勋人物（2010年）、路易吉伽伐尼奖章（2011年）、汤森路透引文奖（2012年）、文化勋章（2017年）。2003年，藤岛昭教授成为中国工程院外籍院士。2003年，藤岛昭教授从东京大学退休，担任神奈川科学与技术研究院主席一职。2005年，成为东京大学特别大学荣誉教授。2006年至2008年期间，担任日本化学会会长。高被引代表作Surface Science Reports:TiO2 光催化作用及相关的表面现象（TiO2 photocatalysis and related surfacephenomena. Surface Science Reports, 2008, 63, 515-582）光催化领域的历史可以追溯到80多年以前，主要是对二氧化钛基涂料的粉化现象的早期观察以及对与有机化合物在阳光下接触的金属氧化物变黑的研究。在过去的20 年中，由于对空气和水的修复，自清洁表面和自灭菌表面的影响，它已成为一个研究非常深入的领域。在同一时期，研究人员也一直在努力地将光催化用于光辅助生产氢气。在研究最多的光催化剂二氧化钛上光催化的基本方面仍在积极研究中，并且最近已得到相当广泛的了解。但是，某些方面（例如光致润湿现象）仍存在争议，其中一些人认为该效应是一种简单的分解有机污染物的效应，而另一些人则认为存在其他效应，其中固有的表面性质被光修饰。在过去的几年中，一些有效的工具，例如在超高真空下对单晶执行的表面光谱技术和扫描探针技术，以及超快脉冲激光光谱技术都可以解决这些问题，并且新的见解也变得可能。除此之外，量子化学计算也提供了新的见解。最近已经基于二氧化钛开发了新材料，并且对可见光的敏感度得到了提高。作者在这篇综述中提供了一些亮点的概述，在回顾一些起源的同时，并指出一些可能的新方向。

2016年第十五届全国太阳能光化学和光催化会议于2016年8月21-24日在山东大学召开。会议邀请到了世界光催化、光化学及太阳能电池领域的著名专家东京大学Kazunari Domen教授等为本次大会作大会报告，全面展示了中国太阳能光化学、光催化及太阳能电池领域所取得的最新进展及成果，深入探讨太阳能光化学、光催化及太阳能电池领域所面临的机遇与挑战，并致力于促进学术界和产业界的沟通与联系，促进我国太阳能光化学、光催化及太阳能电池领域科学和技术的发展。本次会议是我国太阳能光化学、光催化及太阳能电池科研工作者的一次盛会。作为本次太阳能和光催化大会的赞助方，美国Gamry电化学仪器公司向各位太阳能以及光催化领域的研究工作者展示了我们最新研发的强度调制光电流/电压测试系统（imps/imvs），该系统由三部分组成：LED光源以及光学支架，两台电化学工作站还有实验暗箱。两台电化学工作站一台用于调节光源强度，另一台用于检测光电流或电压信号。该测试系统是研究者探究光电反应界面动力学以及反应机理等方面的强大工具。 此外，Gamry电化学仪器公司还给大家展示了最新研发的interface5000型号电化学工作站。这款电化学工作站是专门为能源领域客户设计，最大测试电流可达到5A，适合于功率略大的测试体系。 刚瑞（上海）商务信息咨询有限公司上海市杨浦区逸仙路25号同济晶度310室 200437电话： 021-65686006 传真：021-65688389微信公众号：Gamry电化学

某研究所需要一套能在高色温下输出高亮度的均匀光源。输出将通过准直器发送，以模拟太阳光进行某些测试程序。该系统将与其他单元一起在光学平台上使用，从而要求设备紧凑。蓝菲光学的标准HELIOS系统可满足客户对光谱输出和均匀性的要求。为了使系统能够与光学平台匹配紧凑，需要对产品进行设计更新，产品特点：大功率氙灯光源，在6,000K时亮度输出在100,000 lux以上具有可在3,000K下输出50,000 lux的QTH光源每个灯都装有可变衰减器，可连续调节带有自动快门的光谱仪带有快门和滤光片轮的硅探测器，包括光度学和900 nm带通滤光片定制的泡沫开口端盖可连接到其他光学元件，而不会损失光或污损设备标准的HELIOS（蓝菲光学）尺寸为14 x 28 x 23英寸，但是客户需要更紧凑的配置。 Labsphere（蓝菲光学）能够重新排列组件，使所有组件都能放在17 x 18 x 28英寸的框架中。尽管比标准的HELIOS系统小很多，该系统仍能满足亮度和极高的均匀性要求，从而保证测量的准确性和可靠性。特点结构紧凑，客户能够将Labsphere（蓝菲光学）的系统集成到他们的测试配置中；后半球没有开口孔，在积分球的背面创建了一个宽阔的无缝区域，以实现完美的均匀性；泡沫开口端盖使客户可以轻松地将准直仪连接到积分球上，而不会影响其数据的准确性；宽光谱控制和可用性，可通过Labsphere（蓝菲光学）的HELIOSense软件轻松调整光谱辐射度，色温和波长分布；精确可调的光源使用户可以在任何光照水平下（高达太阳光直射水平）进行测试。同时使用卤钨灯和氙灯时的光源均匀性光谱均匀性均匀性99.07%非均匀性偏差0.25%角度均匀性y均匀性97.93%非均匀性偏差0.44%灯信息安装灯泡色温(K) 照度(lux) 只有卤钨灯305041,790只有氙灯6372160,000同时安装两个灯5335205,000

美国麻省理工学院研究人员通过模拟光合作用，即植物用来生产糖分的光驱动过程，设计了一种可以吸收光并用光来驱动各种化学反应的新型光催化剂。该研究成果15日发表在《化学》杂志上。　　这种新型催化剂被称为生物混合光催化剂，其含有一种采光蛋白，可吸收光并将能量转移到含金属的催化剂上。然后，这种催化剂利用能量进行反应，这些反应可用于合成药物或将废物转化为生物燃料及其他有用的化合物。　　研究资深作者、麻省理工学院化学副教授加布里埃拉施劳-科恩表示，光催化可使药物、农用化学品和燃料合成更加高效和环保。研究表明，新型光催化剂可显著提高他们尝试的化学反应的产量，且与现有的光催化剂不同，新催化剂可吸收所有波长的光。　　在之前进行的关于光催化剂的工作中，研究人员使用一种分子来进行光吸收和催化。该方法有局限性，因为大多数使用的催化剂只能吸收某些波长的光。为了创建新催化剂，研究人员模拟光合作用并将两种不同的元素结合起来：一种用于采集光，另一种用于催化化学反应。对于光采集部分，他们使用了一种在红藻中发现的被称为R-植物红素的蛋白质。他们将这种蛋白质连接到含钌催化剂上，该催化剂以前曾被单独用于光催化。　　联合展开研究的普林斯顿大学团队测试了催化剂在两种不同类型的化学反应中的性能。一种是硫醇—烯偶联，将硫醇和烯烃连接起来形成硫醚，另一种是肽偶联后用甲基取代剩余的硫醇基团。　　普林斯顿团队的研究表明，与单独的钌光催化剂相比，新的生物混合催化剂可将这些反应产量提高十倍。他们还发现，这些反应可在红光照射下发生，这是现有光催化剂难以实现的，其对组织的破坏更小，因此有可能用于生物系统。　　研究人员说，这种改进的光催化剂可被纳入上述两种反应的化学过程中。硫醇—烯偶联可用于创建蛋白质成像、传感、药物输送和生物分子稳定性所需的化合物。例如，它可用于合成脂肽，使新设计的抗原疫苗更容易被吸收。研究人员测试的另一种反应是西苯脱硫，它在肽合成中有许多应用，包括可用于生产艾滋病治疗药物恩夫韦地。　　这种类型的光催化剂还可用于驱动一种被称为木质素解聚的反应，有助于从木材或其他难以分解的植物材料中产生生物燃料。

近日，中科院大连化学物理研究所微纳米反应器与反应工程学创新特区研究组(05T7组)刘健研究员团队在利用聚合物光催化剂生产H2O2研究方面取得新进展，基于对间苯二酚—甲醛(RF)树脂的电荷分离能力的提升，以及光催化反应路径的调控，提升了RF树脂的光催化产H2O2性能，使其太阳能到化学能(SCC)的转化率达到1.2%。利用聚合物光催化剂将氧气和水转化为H2O2的方法具有低能耗、环境友好等特点，是非常有潜力的生产H2O2的方法。然而，在分子水平上设计光催化剂，调节光生载流子行为仍具有挑战。本工作中，该团队提出从分子尺度设计调控RF树脂中电子供体(D)与电子受体(A)比例的策略，将缺电子的1,4-二羟基蒽醌(DHAQ)分子引入到RF的骨架中。研究发现，DHAQ作为电子受体可以有效调节RF中的D/A比例，增强其电荷分离能力，同时调整了反应路径，通过水氧化和氧还原的双路径共同生产H2O2，使得该材料展现优异的光催化生产H2O2的催化活性，SCC效率达到1.2%，是目前文献报道最高的SCC效率。此外，团队与中科院大连化学物理研究所超快时间分辨光谱与动力学研究组(1110组)合作，结合飞秒瞬态吸收光谱等技术、原位表征实验以及理论计算模拟，阐析了DHAQ掺杂的RF树脂的微观结构以及促进电荷分离和双路径生产H2O2的机制。上述研究成果为在分子水平上设计高效人工光合作用的聚合物光催化剂提供了新思路。RF树脂作为一种窄带隙半导体聚合物，近年来在光催化生产H2O2方面展现出潜力。刘健团队长期致力于酚醛树脂纳米材料的合成策略创新及功能化研究，取得了系列代表性成果：发展了扩展St？ber法合成单分散的酚醛树脂微球(Angew. Chem. Int. Ed.，2011)，制备了一系列孔径及粒度可控的多孔微球，以及中空结构、蛋黄—蛋壳结构、碗形酚醛树脂聚合物微纳材料(Nat. Commun.，2013；Adv. Mater.，2019；no.1c09864"ACS Nano，2022)，发展了化学剪裁策略有效调控酚醛树脂微球的内部结构及功能基团分布(Adv. Mater.，2022)等。相关研究以“Molecular Level Modulation of Anthraquinone-containing Resorcinol-formaldehyde Resin Photocatalysts for H2O2 Production with Exceeding 1.2% Efficiency”为题，发表在《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)上。该工作的第一作者是中科院大连化学物理研究所05T7组博士研究生赵陈。以上工作得到了国家自然科学基金等项目的支持。

p 　　 strong 仪器信息网讯 /strong 仪器信息网近期开通了 a href=" https://www.instrument.com.cn/zt/thermalanalysiskinetics" target=" _self" 热分析动力学专题 /a ，邀请到了耐驰公司技术总监徐梁。 span 徐梁 /span 在热分析领域积累了十余年丰富的理论与实践经验，是行业内资深的热分析应用专家。谈及热分析动力学，徐梁重点介绍了热分析动力学中的级数反应与自催化反应，并以环氧树脂的热固化为例，讲解了如何进行机理函数的判断与选择。 /p p strong span 　　 /span 一、热分析动力学概述 /strong /p p 　　化学动力学是近代物理化学的一门重要分支，它对实践中千变万化的各类化学反应，从反应速率和反应机理角度进行抽象研究，涉及的重要变量有时间、温度、浓度、压强、催化剂、溶剂等。 /p p 　　热分析动力学是对化学动力学的一种简化，它与DSC、TGA为代表的热分析技术结合紧密，将热分析测试手段中不常涉及、或很难研究的一些因子作了简化或合并，从而将反应速率仅仅表示为时间、温度与转化率三个变量的函数。其基本方程的微分形式为： /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/dd7f9617-c2d7-47ae-9376-949a1b125dda.jpg" title=" 001.png" alt=" 001.png" / /p p 　　这一方程用来唯象地描述如下表观反应： /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/eba5cdc2-8760-4634-8422-c89a42750712.jpg" title=" 002.png" alt=" 002.png" / /p p 　　在这里，t为时间，T为温度，α为归一化转化率。dα/dt(后文有时简写成 img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/ede44961-202a-424f-9b38-08d5aea09178.jpg" title=" 003.png" alt=" 003.png" / span style=" font-size:14px font-family:& #39 Times New Roman& #39 ,& #39 serif& #39 " & nbsp /span )则为转化率随时间的变化率，在经典热分析动力学的范畴内，它仅取决于以下两项： /p p span 　　 strong k(T) /strong /span ：速率常数项，表征反应速率与温度的相关性。一般使用阿伦尼乌斯方程的形式： /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/73089899-f1c3-4dd4-a393-c110ee6b5e1d.jpg" title=" 78-3.png" alt=" 78-3.png" / /p p 　　其中Ea是表观活化能，常用单位kJ/mol。从物理化学角度这一项与反应的激活能位垒有关，在现象层面则与反应速率随温度而变的特性直接相关。活化能越高，改变反应温度对速率的影响越大。A则为指前因子，又称频率因子，是一个直接的正比系数。R为气体常数，R=8.314 J/(mol*K)。 /p p 　　 strong f( span α) /span /strong ：机理函数项。表征反应速率与转化率的相关性，可视为对反应机理的数学描述。这一项最为灵活多变，有形形色色的机理函数用来描述不同的反应机理，常见的有级数反应、自催化反应、相边界反应、成核生长反应、扩散障碍反应等大的类别，每一类别包含多个不同的机理函数，用于细化对不同反应的描述。 /p p 　　至于化学动力学中的其他变量，或被略去(如绝大多数热分析测试在常压下进行，因此压强因子被略去)，或被归一化处理(如浓度的相对变化被归一化处理为转化率，见后文)，或被简并到正比项A(例如分子摩尔浓度、体系粘度、分子截面积等其它影响分子碰撞几率的因素)、指数项Ea(由此Ea被称为“表观活化能”而与真正物化意义上的激活能有一定差异)、甚至机理函数(例如反应界面的几何特性)之中。 /p p 　　由上分析可见，热分析动力学本质上是一种唯象科学，它仅用于对千变万化的热分析数据进行数学层面的抽象与处理，例如对于常见的TGA测试数据，由于失重比例(100%→x%)可归一化为转化率α（0-1），因此一条TGA曲线本质上就是（ span α,t,T /span ）三者的函数关系，在转化率-时间曲线上取斜率则为转化速率 img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/a6b72a14-38db-4325-9bb2-c79e8a50caad.jpg" title=" 003.png" alt=" 003.png" / (类似于DTG)。DSC曲线与此相似，经一定的修正预处理后，峰面积比例可处理成转化率，对其求导可得到转化速率(形状上类似于DSC热流信号)： /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 377px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/10b4065d-eb9f-4ef0-a19f-8d295064b81b.jpg" title=" 78-4.png" alt=" 78-4.png" width=" 600" height=" 377" border=" 0" vspace=" 0" / /p p 　　由此，不管是TGA还是DSC，在数学上均可被抽象为( img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/874668a0-685d-49b1-81be-6b68bcd2042f.jpg" title=" 003.png" alt=" 003.png" / , span α,t,T /span )关系曲线，然后被套入基本方程中进行求解。在求解方式上有无模型动力学与模型动力学两大体系，不管使用哪一种方法，最终都是要求得方程中的Ea、A、以及f(α)相关参数等项，即获取完整的、仅包含（ span α,t,T /span ）三变量的动力学方程，此时反应(转化率 span α /span 、转化速率 img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/d4f24016-3891-46c2-bad1-f6a68f5d6a26.jpg" title=" 003.png" alt=" 003.png" / )随时间(t)、温度(T)、以及温度微商(升降温速率dT/dt，一般写成β)的演变规律可视为已知。因此从方程出发，可对实际不同控温程序下的反应进程进行预测，或按照速率控制要求对控温程序进行模拟优化，用以指导实际控温工艺，获取期望的反应进程。 /p p 　　以上是对热分析动力学作一全景式的概略介绍。热分析动力学作为物理化学与实验技术相结合的一门分支学科，所涉甚广。篇幅所限，下文仅对均相反应体系中常用的两大类机理函数：级数反应与自催化反应作进一步的讨论。 /p p 　　 strong 二、均相反应体系 /strong /p p 　　所谓均相反应体系，指的是反应物分子均匀地分布在反应体系中，宏观上各区域之间没有明显的浓度差，在任一时刻体系各处的反应速率相同的一种理想状态。在这种反应体系中，除温度之外，分子浓度及其变化是决定反应速率的主导因素。 /p p 　　与之形成对比的是，异相(也称为非均相)反应体系有着明显的反应界面的概念，分子的化学反应仅发生在一定的反应界面上。在这种体系中，浓度的变化不再是速率的主导因素，事实上，在界面之外，分子始终保持原始浓度，而反应速率为零。除温度之外，决定界面上的反应速率的，仅仅只是反应界面的几何特性，及其随时间的演变方式(扩展，收缩，增厚)、演变维度(一维、二维、三维)。 /p p 　　不管是均相还是异相体系，都只是一种理想化的数学模型。实际的化学反应体系往往更为复杂，但在小尺度反应(例如热分析的小量样品测试)、传质传热理想化的情况下，大体可归为这两类体系之一。在热分析领域，均一的纯液相反应(例如溶液中的反应)一般可归为均相反应，涉及多相的反应(气固、液固、气液、固固多相、液液多相)一般为异相反应，个别反应界面概念模糊的纯固相反应有时也可简化处理为均相反应。在获取了小尺度反应模型之后，对于实际工业应用的尺度放大，应附加传质传热的相关修正。 /p p 　　需要注意的是，这里的均相、异相涉及的是反应物与产物的相态，而与材料本身是否成分均匀、单一无关。例如固体的结晶反应，虽然材料的化学成分很纯，但由于晶区与非晶区相态不同，反应为异相反应。而纤维增强预浸布中的液态树脂的固化反应，尽管宏观材料为复合材料，包含多种成分(树脂，纤维等等)，甚至在小尺度上纤维增强体的分布都不一定均匀，但假如不考虑树脂与纤维之间的相互作用，把固化反应简化为主要在液态树脂内部进行，仍然可视为均相反应。 /p p 　　 strong 三、级数反应 /strong /p p 　　级数反应是最简单、也是最常用的一种均相反应模型。这里考虑的是反应过程中，反应物的浓度下降对反应速率的影响。其通式为： /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/e20b9426-ee5c-4548-814b-e9587b553554.jpg" title=" 004.png" alt=" 004.png" / /p p 　　在这里，相对的浓度变化，被归一化处理为转化率： /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/b8206b8f-a3d3-4015-bfe4-41d8cb6aab49.jpg" title=" 005.png" alt=" 005.png" / /p p 　　例如体系中反应物的初始浓度为0.7mol/L，反应结束时反应物浓度下降为0.2mol/L(实际反应中反应物不一定消耗完全)。则该浓度的相对变化被归一化处理为0-1的转化率。即： /p table border=" 1" cellspacing=" 0" cellpadding=" 0" style=" border-collapse:collapse border:none" align=" center" tbody tr class=" firstRow" td width=" 202" valign=" top" style=" background: rgb(191, 191, 191) border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:宋体" 摩尔浓度 /span span mol/L /span /p /td td width=" 202" valign=" top" style=" background: rgb(191, 191, 191) border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:宋体" 转化率α（无因次量） /span /p /td td width=" 202" valign=" top" style=" background: rgb(191, 191, 191) border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span 1 - /span span style=" font-family:宋体" α /span /p /td /tr tr td width=" 202" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span 0.7 /span /p /td td width=" 202" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span 0 /span /p /td td width=" 202" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span 1 /span /p /td /tr tr td width=" 202" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span 0.6 /span /p /td td width=" 202" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span 0.2 /span /p /td td width=" 202" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span 0.8 /span /p /td /tr tr td width=" 202" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span 0.5 /span /p /td td width=" 202" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span 0.4 /span /p /td td width=" 202" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span 0.6 /span /p /td /tr tr td width=" 202" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span 0.4 /span /p /td td width=" 202" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span 0.6 /span /p /td td width=" 202" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span 0.4 /span /p /td /tr tr td width=" 202" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span 0.3 /span /p /td td width=" 202" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span 0.8 /span /p /td td width=" 202" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span 0.2 /span /p /td /tr tr td width=" 202" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span 0.2 /span /p /td td width=" 202" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span 1.0 /span /p /td td width=" 202" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span 0 /span /p /td /tr /tbody /table p 　　这里1-α与反应物在反应过程中的相对剩余量相对应，而我们似乎丢失了绝对摩尔浓度的相关信息。事实上，反应物浓度为0.7mol/L、还是7mol/L，对反应速率当然有影响，但该影响已被抽离、并归到正比因子A之中。摩尔浓度高的体系，分子碰撞几率大、或者说碰撞频率较高，反应速率通常较快，因此频率因子A会较大。由此使用经典的热分析动力学方法，对同一反应、不同摩尔浓度下的测试结果进行建模，指前因子很可能不同。这是需要注意的一点。 /p p 　　在均相体系中，级数为整数、具有明确物理化学意义的级数反应，常见的有如下两种： /p p 　　 strong 一级反应(F1) /strong ：n=1， strong style=" white-space: normal " f(α)=1- /strong strong style=" white-space: normal " α /strong 。即在温度不变的情况下，反应速率与反应物的相对剩余量成正比，或者说在反应过程中，随着反应物的消耗与转化，反应速率同比下降。这种情况常见于均相体系中的单分子反应 A à B，例如分子内结构重排、自发衰变、部分液相分解反应等。 /p p 　　 strong 二级反应(F2) /strong ：n=2， strong style=" white-space: normal " f(α)=(1- /strong span & nbsp /span strong style=" white-space: normal " α) sup 2 /sup /strong & nbsp 。在温度不变的情况下，反应速率与表观反应物相对剩余量的平方成正比，常见于液相中的双分子反应，例如 2A→B。 /p p 　　我们再从数学上观察一下，对于 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/eecab12f-4820-4035-b6bb-97c15fb82280.jpg" title=" 004.png" alt=" 004.png" / /p p 　　这个方程，当n取不同值时，f(α)随α的变化关系。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 490px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/4426359a-09c9-4068-860b-0856206ea040.jpg" title=" 78-7.png" alt=" 78-7.png" width=" 600" height=" 490" border=" 0" vspace=" 0" / /p p 　　上图可见： /p p 　　1. 所有曲线的最大值均出现在起点处。这意味着在温度不变的情况下，级数反应以开始发生时速率最大，随后速率单调下降。 /p p 　　2. 以n=1为对角线，n越大，f(α)随α衰减越快，表明反应级数越高，随着反应物的转化，反应速率下降趋势越明显。 /p p 　　从物理化学角度，反应级数应为正整数，且很少超过3(多于三分子共同参与的合成反应很少见)。但从表观动力学的数学拟合意义上，反应级数可以是非整数，取值范围可以超过3，也可以小于1，但这种情况往往是内在非均相反应机理的表现。例如用级数函数拟合，级数超过3或更高，表明反应速率随着反应物的转化而快速下降，有可能涉及到产物堆积于界面的界面扩散障碍反应 若级数小于1，有可能牵涉到界面收缩的相边界反应，例如n=2/3对应界面球状收缩的三维相边界反应，n=1/2对应界面柱状收缩的二维相边界反应，n=0(零级反应)对应界面面积不变的一维相边界反应。 /p p 　　 strong 四、自催化反应 /strong /p p 　　自催化反应，有时也称为自加速反应，是指随着反应的进行，产物的生成会对反应起到促进作用。这类反应的机理函数通式为扩展的Prout-Tompkins方程(Bna)： /p p 　　这里1-α对应于反应物的相对剩余量，α对应于产物的相对生成量，而反应速率同时是这两者的函数，随反应物的消耗而速率下降，随产物的生成而速率上升。从物理化学角度，这类反应常见于发酵反应、聚合反应、链式反应等。 /p p 　　最简单的自催化反应是Prout-Tompkins方程(B1)，即上式中的n、m两个级数均为1： /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/b05adcea-dcb1-4812-bee9-6ae7cacd54fb.jpg" title=" 006.png" alt=" 006.png" / /p p 　　用以描述类似如下的反应过程： /p p style=" text-align: center " span style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/e4cbeff3-d9c6-4b76-9fd1-9185c4fc2139.jpg" title=" 008.png" alt=" 008.png" / 　　 /span /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 353px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/8a3c8f6e-3f53-4469-b33d-430da6f2c90a.jpg" title=" 78-8.png" alt=" 78-8.png" width=" 600" height=" 353" border=" 0" vspace=" 0" / /p p 　　在这里，反应速率本应随着A的消耗而下降，但产物B一旦生成，即作为反应物之一，参与并促进了反应的进行。因此在反应的起始阶段，当B的量甚小时，反应速率不高 在反应的终止阶段，A的剩余量已降至甚低，反应速率也不高。反应最大速率点将出现在A与B的量均较充分的阶段，即反应的中期阶段。这一点可通过对B1方程的作图得到验证： /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 463px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/186c0a07-4589-4535-a641-283327e56493.jpg" title=" 78-9.png" alt=" 78-9.png" width=" 600" height=" 463" border=" 0" vspace=" 0" / /p p 　 strong 　五、热分析曲线 - 级数反应与自催化反应的表现差异 /strong /p p 　　级数反应与自催化反应的差异，在等温实验下表现最为明显。在理想的等温条件下，温度因子k(T)项为常数，动力学方程可简化为： /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/9dee8d07-b05a-487d-b356-56848f5ca670.jpg" title=" 007.png" alt=" 007.png" / /p p 　　即反应速率 img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/75e4c46d-031e-4a70-8621-81ae0087dfd2.jpg" title=" 003.png" alt=" 003.png" / 与 span f(α) /span 直接成正比。而从之前的讨论可知，对于级数反应，f(α)随转化率α单调下降 对于自催化反应，f(α)的极值约出现在反应的中期阶段。实际的等温测试得到的是 (DSC、DTG)随时间t的演变关系，涉及到对上式进行积分，得到α(t)函数后再对t求导，稍微复杂一些，这里不作具体的数学推导。但不管怎样，由于α与t是同向变化关系，因此以上的规律依然存在。 /p p 　　结合物化意义来讲，等温条件下，对于级数反应，反应速率与反应物的量相关，在起始反应时反应物浓度最高，此时反应速率最大，随后随着时间的演变、反应物的消耗而逐渐减速 而对于自催化反应，在反应早期，由于产物B的量很少，对反应的催化作用很不明显，因而此时反应速率甚低，而由于反应速率低，B的量积累很慢，体现在反应初期阶段漫长的低速“诱导期”。当B的量积累到一定程度时，对反应的催化加速效应逐渐明显，随着反应速率的加快又促成了B的大量生成，进一步加速反应，因此在反应中期，反应会有一个快速的提速期。到反应后期，随着反应物A的严重消耗，反应速率再度下降，直至反应完成。 /p p 　　这两类反应的典型等温DSC结果对比如下： /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 300px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/d546d884-cd4a-4b89-8c1d-c0a2e13b14d6.jpg" title=" 78-10.png" alt=" 78-10.png" width=" 600" height=" 300" border=" 0" vspace=" 0" / /p p 　　以上对比结果可通过对两类机理函数的 img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/fb3bd5bc-d072-4434-ac01-96c48e0f4fa7.jpg" title=" 007.png" alt=" 007.png" / 函数推导并作图得到验证。此处略过。 /p p 　　对于动态升温测试，完整的动力学方程为： /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/e58ea0fc-084c-4e8c-bd3c-f16861ec3774.jpg" title=" 78-11.png" alt=" 78-11.png" / /p p 　　这里除了f(α)变化对速率的影响外，还混入了温度的连续上升对反应的加速作用。因此即使是级数反应，最大速率点也不再出现在反应起始处。事实上，以一级反应为例： /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/f1c44c22-a8a2-4048-8eb0-bc188d2eb0b1.jpg" title=" 78-12.png" alt=" 78-12.png" / /p p 　　在反应的前半程( span α& lt 0.5 /span & nbsp )，f(α)项的下降倍率不超过50%，而由温度T上升导致的指数式增速效应要显著得多。因此反应前期速率将逐渐增大。到反应后半程，f(α)将以越来越小的数字乘入到整个速率方程中，即f(α)倍率式减速效应占据主导，因此反应后期速率将逐渐减小。 /p p 　　对于自催化反应，反应初期f(α)甚小，同时温度也较低，因此反应早期阶段整个反应速率都很低，呈现漫长的诱导期，直至随着产物的积累、f(α)的变大，加上温度上升的增速效应，反应可能出现较突然的加速。随后随着反应的快速转化、f(α)的快速减小而减速。 /p p 　　因此在动态升温图谱上，这两种类型反应均体现为“峰”，而自催化反应往往“基线”更平、峰形更尖窄。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 300px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/dbdd1ee0-7a38-4cea-b733-36a4a53741f7.jpg" title=" 78-13.png" alt=" 78-13.png" width=" 600" height=" 300" border=" 0" vspace=" 0" / /p p 　　 strong 六、复合式自催化反应 /strong /p p 　　单纯的自催化函数，在实际应用中用得较少。道理很简单，若将Prout-Tompkins方程代入动力学方程： /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/c65e211b-6ab2-4ced-a3cb-93d84bb7d18e.jpg" title=" 78-14.png" alt=" 78-14.png" / /p p 　　在反应起始点，转化率α=0，此时反应速率 。而反应速率为零，意味着反应不会发生，α将始终为0! /p p 　　或者更具象地，结合Prout-Tompkins方程的化学模型： /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/013de288-464b-49f5-be84-36b926d30a9c.jpg" title=" 008.png" alt=" 008.png" / /p p 　　反应的进行必须有B的参与。除非在反应体系的初始状态下直接混入一定量的B，否则若以纯A作为起点，在没有B的参与下永远不会有第一个产物B生成，也就意味着反应永远不会发生。 /p p 　　事实上，对于一个实际的反应体系，往往是两种转化路径并行存在： /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/77082be0-a07d-4573-b41d-94e6a17904e5.jpg" title=" 78-16.png" alt=" 78-16.png" / /p p 　　即A本身可以独立转化为B(或许速率较慢，但有一定的转化几率)，而A也可在B的“催化”下生成B(通常更为有效)。 /p p 　　这类反应可称之为复合式自催化反应，在假设两个路径活化能相同的情况下，机理函数通式为Cnm： /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/7fa51b57-b7f6-401e-aa5f-50442e66789a.jpg" title=" 78-17.png" alt=" 78-17.png" / /p p 　　仔细观察上式可知，这一方程是Fn与Bna两项的加和，在Bna项前加了权重因子(自催化系数)Kcat。 /p p 　　该方程的简化函数有C1(级数项n、m均等于1，即F1与B1的组合)、Cn(m=0，反应物以级数n、而产物以一级形式参与自催化)。其中Cn较为常用。 /p p 　　另如果考虑两个路径活化能不同，有Kamal-Sourour型动力学方程： /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/07acd7bb-1aa4-4cd1-b1ef-932a7daca698.jpg" title=" 78-18.png" alt=" 78-18.png" / /p p 　　这一方程是活化能不同的Fn与Bna按一定权重加和。 /p p 　　作为级数反应与自催化反应的混合，复合式自催化反应在加速特性方面将介于纯级数反应与纯自催化反应之间，即存在一定的诱导期，在诱导期之后，其反应加速相比级数反应显得较为明显，但又不如纯自催化反应那么突然。当然具体加速表现还取决于两个路径之间的组合权重。 /p p 　　 strong 七、实例：环氧树脂的热固化 - 机理函数的判断与选择 /strong /p p 　　前文已详细讨论了对于均相反应体系，不同的反应类型(级数反应、自催化反应、复合式自催化反应)，其反应进程的特性表现。这里我们将通过对某一环氧树脂固化反应的DSC曲线的动力学拟合，来帮助大家更直观地理解三者的差异。 /p p 　　下图在三个不同的升温速率(5、10、20K/min)下进行了DSC测试，得到了环氧树脂的固化放热峰。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 370px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/5509108f-1f88-4390-bf53-05d1cd8bbe6a.jpg" title=" 78-19.png" alt=" 78-19.png" width=" 600" height=" 370" border=" 0" vspace=" 0" / /p p 　　有相关论文表明环氧树脂的固化为自催化反应。但这里我们先将该论断放在一边，假设我们完全不了解该反应的内在化学机制，因此尝试用不同的机理函数进行拟合，通过拟合匹配的优劣来判断可能的反应类型。 /p p 　　下图彩点为实测曲线，实线为使用级数反应Fn对实测曲线的拟合。我们先前已知DSC信号直接对应于反应速率。 /p p 　　将拟合线与实测线相对比，重点关注反应前期阶段，可见级数反应没有明显的诱导期，加速较为温和，而实测信号左侧水平区较为明显，随后的加速也较为明显(实测线的峰左侧较拟合线更为陡峭)，表明反应可能牵涉到自催化机制。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 367px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/20be0d43-239e-474c-bb48-17b5b7e282a2.jpg" title=" 78-20.png" alt=" 78-20.png" width=" 600" height=" 367" border=" 0" vspace=" 0" / /p p 　　下图尝试用纯自催化函数Bna进行拟合。总体拟合质量得到了很大改善，但反应早期阶段仍拟合不佳。从拟合实线可见，纯自催化反应的诱导阶段更长、更接近水平，而随后的加速阶段上升更快。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 368px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/472faf29-bb1d-4f72-a380-1572d96362b9.jpg" title=" 78-21.png" alt=" 78-21.png" width=" 600" height=" 368" border=" 0" vspace=" 0" / /p p 　　下图是用复合式自催化函数Cn得到的拟合结果。此处实测线与拟合线几乎完美吻合，表明反应机理可能为级数路径与自催化路径的组合： /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/30deda48-aa86-4a2e-baa1-4d5faef7f4a7.jpg" title=" 009.png" alt=" 009.png" / /p p 　　组合权重因子Kcat=1.34。 /p p 　　其它动力学参数如下： /p p 　　Ea = 46.2 kJ/mol /p p 　　lgA = 2.5 1/s /p p 　　n = 1.7 /p p 　　这些数值均在合理的取值范围内。表明该机理函数比较可信。 /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 367px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/7b27af1c-6991-4d5c-ab6a-8c94ce73c55a.jpg" title=" 78-22.png" alt=" 78-22.png" width=" 600" height=" 367" border=" 0" vspace=" 0" / /p p 　　 strong 八、总结 /strong /p p 　　热分析动力学是化学动力学与热分析实验手段相结合的一门分支学科，它将影响反应速率的各类因素进行筛选、提炼与抽象，简化为温度与转化率的函数，应用于实验数据的归纳，与不同控温程序下实验结果的预测，或按照速率控制要求对控温程序进行优化。 /p p 　　反应体系可以分为均相体系与异相体系。均相体系中较为常见的反应机理有级数反应与自催化反应。除温度影响之外，级数反应的速率变化仅与反应物的消耗相关，自催化反应则额外引入了产物生成对反应的加速效应。 /p p 　　不同的反应类型，在动力学上使用不同的机理函数进行表征，在热分析曲线上则有着不同的规律性表现(诱导期-加速-减速特性)。在对反应本身的化学机制缺乏了解的情况下，我们可以通过对实测热分析曲线选择不同的机理函数进行拟合对比，根据拟合效果、与动力学参数结果的合理性，来猜测可能的反应机理。 /p p 　　 strong 参考文献 /strong /p p 　　 i 1. M.E.Brown：Handbook of Thermal Analysis and Calorimetry, Vol 1, Chapter 3. (c) 1998 Elsevier Science B.V. /i /p p i 　　2. 《化工工艺的热安全 -- 风险评估与工艺设计》 (瑞士)弗朗西斯.施特塞尔 著，陈网桦、彭金华、陈利平 译，刘荣海 审校，科学出版社，2009.8. /i /p p style=" text-align: right " 　　耐驰科学仪器商贸(上海)有限公司 应用实验室 /p p style=" text-align: right " 　　徐梁 /p p style=" text-align: right " 　　2019. 7. /p p style=" text-align: right " 　　 /p p br/ /p

1. 文章信息标题：Efficient benzaldehyde photosynthesis coupling photocatalytic hydrogen evolution 中文标题： 有效光合成苯甲醛耦合光催化析氢页码：52-60 DOI：10.1016/j.jechem.2021.07.0172. 期刊信息期刊名：Journal of Energy Chemistry ISSN：2095-4956 2021年影响因子9.676 （2022年影响因子：13.599） 分区信息：中科院一区TOP 涉及研究方向：综合性期刊 3. 作者信息：第一作者是 华东师范大学罗娟娟 。通讯作者为 中国科学院上海硅酸盐研究所施剑林院士、华东师范大学陈立松副教授。4. 光源型号：CEL-HXF300E7光功率计型号：CEL-NP2000文章简介：为应对严峻的能源和环境危机，各国不断加大开发清洁和可再生能源的力度。氢气(H2)作为一种能量密度高、最有发展前景的可再生绿色能源引起了广泛关注。然而，迄今为止，传统的蒸汽甲烷重整制氢仍是制氢的主要方式，这导致了巨大的能源消耗和严重的温室气体排放。自1972年Fujishima和Honda首次报道在TiO2电极上光电化学分解水以来，光催化水裂解制氢一直被认为是将太阳能转化为化学能的潜在方法之一。然而，析氧反应(OER)动力学迟缓是水裂解的另一种半反应，已成为光催化水裂解商业化应用的最大障碍之一。同时，O2价值较低，在光催化水裂解过程中不可避免地会混入H2，存在潜在的爆炸风险和分离困难问题。为了克服这些，牺牲试剂如乳酸、抗坏血酸、三乙醇胺、甲醇、甘油、乙醇和Na2SO3/Na2S被用来抑制OER，通过消耗光产生的空穴并加速H2的产生，在此过程中这些牺牲剂被氧化。遗憾的是，这样的策略会大大增加制氢的总成本，并不能充分利用光生空穴的氧化能力。综上所述，寻找促进析氢反应(HER)的新策略具有重要意义。光合成是一种传统的利用可再生太阳能作为能源的方法，具有光能直接转化为化学能、反应路径短、不受苛刻的反应条件和有机试剂的影响等优点。为在温和的反应条件下合成药物、精细化学品和高附加值产品提供了一条绿色、清洁的途径。选择性氧化是继聚合反应后的第二大工业工艺，占化学工业总产量的30%，近年来在光合成领域引起了广泛关注。在众多的选择性氧化反应中，芳香醇转化为相应的醛被认为是最重要的官能团转化过程之一。此外，醛是一种高价值的中间体，用于有机合成广泛的化学物质，如糖果香精、染料、香水和药物。传统的醛类合成需要化学计量氧化剂，如铬酸盐、高锰酸盐等，具有剧毒、强腐蚀性，造成严重的环境问题。并极大地阻止了它们的大规模应用。然而，大多数基于光催化材料的醛的光催化合成，尽管比传统的合成方法更加环保，但都是在有机溶剂中操作或在以氧气作为一种温和氧化剂存在的情况下进行的，因此仍然存在光生电子还原能力浪费，环境不友好和效率低下的问题。因此，采用无氧化剂(或无O2)光合成的方法在水介质中氧化芳香醇选择性合成芳香醛将是最理想的环保工艺，具有重要意义。在该策略中，芳香醇氧化制取有价值化学品的过程不是简单的牺牲剂消耗，而是以高效氧化制取有价值化学品为主，并与制氢结合，尽管有众多优点但这仍然是一个巨大的挑战一种高性能的光催化氧化芳香醇并促进产氢的光催化剂是上述策略的前提。本文采用两步水热法合成了一种高效的非贵金属双功能光催化剂，NiS纳米颗粒修饰CdS纳米棒复合材料(NiS/CdS)。该催化剂对在水溶液和无氧气氛围下光合成苯甲醛同时促进产氢具有高效的活性，这归因于NiS和CdS间的协同作用。最优的光催化30% NiS/CdS在可见光照射下有显著的光催化产氢速率和苯甲醛合成速率分别为207.8μmol h-1, 163.8μmol h-1，比单独硫化镉性能高139和950倍。该研究极大地利用光产生的空穴和电子用于生产高附加值精细化学物质和氢气，因此在绿色可再生能源技术的发展及光催化合成领域中具有重要的意义。

近日，中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所设施植物环境工程创新团队在植物工厂太阳能多光谱高效转换研究方面取得新进展。该研究提出了太阳能分频导光-光热协同转换的植物光谱互补方法，建立了多波长尺度下光与物质相互作用的理论模型，对进一步降低植物工厂能耗具有重要的意义。相关研究成果发表在《能源转换与管理（Energy Conversion and Management）》上。将太阳光传导照明技术应用于植物工厂，可大大降低植物工厂的光源能耗。然而太阳光中只有部分可见光能直接参与作物光合反应过程，剩余光谱则会引起植物工厂内环境温度的升高，增加空调的制冷能耗。该研究团队提出了一种应用于植物工厂的光谱、光强协同优化系统。该系统在为植物传导光合光谱的同时，也可将非光合有效辐射光谱转换为热能进行储存，系统导光与转能的总效率超五成。同时，为了更好的匹配植物工厂光电需求，该研究将进一步与光伏、温差发电等技术相结合，为实现低能耗和可持续的植物工厂发展开辟新路。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市科技计划等项目资助。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115788

1. 文章信息标题：Onion-ring-like g-C3N4 modified with Bi3TaO7 quantum dots: A novel 0D/3D S-scheme heterojunction for enhanced photocatalytic hydrogen production under visible light irradiation中文标题： 钽酸铋量子点修饰洋葱圈结构的石墨相氮化碳的S型异质结构的光催化析氢性能 页码：958-968 DOI： 10.1016/j.renene.2021.11.030 2. 期刊信息期刊名：Renewable EnergyISSN： 0960-1481 2022年影响因子： 8.634 分区信息： 中科院一区；JCR分区（Q1） 涉及研究方向： 工程技术，能源与燃料，绿色可持续发展技术 3. 作者信息：第一作者是 施伟龙（江苏科技大学）、孙苇（北华大学）（共同一作）。通讯作者为 林雪（北华大学），郭峰（江苏科技大学），洪远志（北华大学）。4. 光催化活性评价系统型号：北京中教金源（CEL-PAEM-D8，Beijing ChinaEducation Au-Light Co., Ltd.）；气相色谱型号：北京中教金源（GC7920，Beijing China Education Au-Light Co., Ltd.）。本工作利用SiO2微米球为硬模板和三聚氰胺为前驱体，通过空气化学气相沉积 （CVD）方法合成洋葱圈状结构的g-C3N4（OR-CN），且基于溶剂热法与0D Bi3TaO7量子点（BTO QDs）复合，形成0D BTO QDs/3D OR-CN S型异质结复合物光催化剂，在λ 420 nm的可见光驱动下，讨论了不同质量比的BTO/OR-CN化合物催化剂在2小时内的析氢性能。其中，0.3wt% BTO/OR-CN样品赋予了最佳的光催化析氢速率为4891 μmol g-1，且在420 nm处的表观量子产率（AQY）为4.1%，约是相同条件下的OR-CN的3倍。其增强的光催化活性归因于0D BTO量子点与OR-CN之间形成了S型异质结，有助于促进光生电荷载流子的分散，且增强了可见光吸收强度，此外，通过4次循环实验，发现0D BTO QDs/3D OR-CN S型异质结复合物光催化剂具有优异的稳定性，有应用前景。图1. 制备BTO/OR-CN化合物的实验过程如图1所示，BTO/OR-CN的制备是通过加入0.2 g的OR-CN在BTO的合成过程中，合成的样品命名为xBTO/OR-CN，其中x代表BTO在化合物中的质量比，分别为0.1%，0.3%，0.5%，1.0%。此外，为了比较，合成了块体g-C3N4（B-CN）和0.3%BTO/B-CN复合物，B-CN的合成是通过一步煅烧3 g三聚氰胺，550 °C加热4小时，升温速率为2.3 °C/min，从而得到黄色的产物。0.3% BTO/B-CN复合物的合成类似于0.3% BTO/OR-CN复合物的合成过程，仅仅用B-CN代替OR-CN。图2. BTO、OR-CN和不同复合物的XRD图如图2示，OR-CN、BTO以及不同质量比的BTO/OR-CN化合物（0.1%、0.3%、0.5%和1.0%）的XRD图表征晶体结构和结晶度。对于BTO样品，2θ在28.2°、32.7°、46.9°和58.4°属于Bi3TaO7的（111）、（200）、（220）和（222）面（JCPDS:44-0202）。OR-CN拥有两个衍射峰在13.1°（100）和27.4°（002），分别归因于芳香单元的层内结构堆积基序和层间堆积基序。至于BTO/OR-CN化合物，引入BTO没有影响OR-CN的相结构，当负载0.1%、0.3%、0.5%和1.0%的BTO在OR-CN上，很难发现额外的BTO特征峰，这很可能是因为少量的BTO QDs。图3. OR-CN的SEM图（a）0.3% BTO/OR-CN复合材料的SEM图（b）TEM图（c）HRTEM图（d）和EDX图（e）如图3所示，通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）分析制备的样品的结构和形貌。OR-CN样品呈现了洋葱圈形状，尺寸大约在150-200 nm。负载BTO QDs在OR-CN的表面上形成BTO/OR-CN复合物之后，OR-CN的洋葱圈结构没有改变，但表面变得更粗糙。为了进一步清晰地观察BTO/OR-CN化合物，0.3%BTO/OR-CN的TEM图展现了BTO QDs均匀地分布在OR-CN表面上且与OR-CN底物亲密的接触，这有助于电荷的分散和转移。同时，化合物的高分辨透射图（HRTEM）反映了BTO和OR-CN之间有好的界面接触，其中，晶格间距为0.27 nm与Bi3TaO7晶格面（200）相匹配。展现了成功地构造了0D/3D BTO/OR-CN异质结催化剂。0.3%BTO/OR-CN的EDX图揭示了C，N，Bi，Ta，O元素的存在，进一步证实BTO QDs锚定在OR-CN的表面上。图4. 光催化产氢（a）析氢速率（b）B-CN、OR-CN、及其0.3%化合物光催化产氢（c）析氢速率（d）循环实验（e）循环实验前后的XRD图（f）如图4所示，以300 W的氙灯作为光源（λ 420 nm），研究了制备的样品的光催化析氢活性。结果表明制备的BTO样品几乎不产氢，而OR-CN在2小时辐照过程中产生了相对较低的氢气，约为1736 μmol g-1，这是由于BTO对可见光的吸收较低和电子-空穴的快速重组所致。当耦合OR-CN和BTO之后，光催化析氢活性显著的增强，其中，最佳的0.3% BTO/OR-CN复合材料展现了析氢量大约是4891 μmol g-1，是单组分OR-CN样品的3倍左右。同时，0.3% BTO/OR-CN异质结光催化剂在420 nm波长表现出较高的表观量子产率（AQY）为4.11%。当BTO QDs的加入量从0.1%增加到1.0%时，光催化析氢性能呈现出先增后减的趋势，其中，最优的0.3% BTO/OR-CN样品的光催化性能优于其他复合样品，这是因为构建了S型异质结，加速了光生电荷的传输和分布。此外，在OR-CN上引入BTO QDs可以增加比表面积、提供更多的活性位点、增强光响应强度和延长光诱导电荷寿命。随着进一步增加BTO QDs的量，光催化产氢速率减小，这是因为过量的BTO QDs负载在OR-CN表面可能会影响BTO QDs的分散，且由于屏蔽效应阻碍OR-CN的光吸收效率。因此，负载合适量的BTO QDs有利于光催化产氢。此外，最优样0.3% BTO/OR-CN的产氢速率为2445.5 μmol g-1。为了比较，还合成了0.3%BTO/OR-CN复合物，制备的样品的析氢量和析氢速率的排序：0.3%BTO/OR-CNOR-CN0.3%BTO/B-CNB-CN，这表明CN的洋葱圈结构和化合物的异质结界面有利于提高光催化活性。经过四次循环实验，可以清晰地发现光催化析氢有轻微的降低。同时，XRD图也用于评价样品的稳定性，循环前后的XRD图没有发生改变。这些结果展现了制备的 BTO/OR-CN样品拥有优异的稳定性和光催化析氢活性。图5. MS图（a和b）S型异质结机理（c）BTO/OR-CN复合物光催化析氢中光生电荷分离转移机理（d）利用Mott-Schottky（MS）图确定OR-CN和BTO的能带结构。OR-CN和BTO样品的质谱图在1000、2000和3000 Hz处呈现正斜率，说明OR-CN和BTO具有典型的n型半导体特征。OR-CN和BTO在接触前的带位置存在偏差，OR-CN是一种费米能级较高的还原型光催化剂，而BTO是一种费米能级较低的氧化型光催化剂。此外，通过紫外光电子能谱（UPS）计算了OR-CN 和BTO的功函数，分析了界面电荷转移过程。确定OR-CN和BTO样品的二次电子截止边的结合能（Ecut-off）分别为16.921 eV和16.054 eV。然后，BTO和OR-CN在黑暗中密切接触后，OR-CN的CB上的电子自发地流向BTO，直到二者的费米能级达到相同水平。因此，OR-CN组分失去电子并携带正电荷，导致OR-CN的CB边缘向上弯曲，同时，BTO组分得到电子，电子在其CB上积聚，BTO带负电荷，导致CB边缘向下弯曲，从而，OR-CN和BTO界面形成内部电场。在可见光的照射下，电子在内部电场和库伦相互作用的驱动下由BTO的CB转移到OR-CN的VB上与空穴复合，此外，保留在OR-CN的CB上的电子和BTO的VB上的空穴将分别参与光催化氧化还原反应。基于以上的分析，提出了BTO/OR-CN光催化反应的可能的S型机理，在可见光的照射下，BTO和OR-CN中价带（VB）上的电子跃迁到导带（CB）上，价带上形成空穴，BTO导带上的电子可以转移到OR-CN的价带上并与空穴结合。由于OR-CN导带的电势比H+/H2（0 eV vs. NHE）更负，所以，H2O分子可以与电子反应生成H2。用三乙醇胺（TEOA）猝灭BTO价带上积累的空穴。