大面積光解水太陽模擬器

光解水一般指光解水制氫

隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，地球上有限的化石燃料已經(jīng)越來越難以滿足人類對(duì)能源的需求，并且化石燃料的使用也帶來了日益嚴(yán)重的環(huán)境問題。因此，尋找清潔、可再生的新能源已經(jīng)迫在眉睫。太陽能是一種取之不盡、用之不竭的清潔能源，將間歇性的、不易收集存儲(chǔ)的太陽能轉(zhuǎn)化為易存儲(chǔ)、易運(yùn)輸?shù)幕瘜W(xué)能是一種理想的能源開發(fā)途徑——太陽能光催化分解水制氫正是這樣一種將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的良好方式。

太陽能光催化分解水制氫利用光催化材料（一般為半導(dǎo)體材料）在太陽光光子的激發(fā)下將水分解為氫氣和氧氣，整個(gè)過程清潔無污染，因此受到了廣泛的關(guān)注和研究。然而，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體光催化材料面臨可見光吸收少、光生電荷易復(fù)合等問題，太陽能轉(zhuǎn)化效率普遍不高。我校化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院徐曉翔教授課題組于可見光響應(yīng)的光催化材料的研究，針對(duì)這一問題開展了系統(tǒng)的研究工作，提高了半導(dǎo)體材料光催化分解水的活性，對(duì)提升太陽能轉(zhuǎn)化率有重要意義。

光解水制氫技術(shù)始自1972年，由日本東京大學(xué)Fujishima A和Honda K兩位教授*次報(bào)告發(fā)現(xiàn)TiO₂單晶電極光催化分解水從而產(chǎn)生氫氣這一現(xiàn)象，從而揭示了利用太陽能直接分解水制氫的可能性，開辟了利用太陽能光解水制氫的研究道路。隨著電極電解水向半導(dǎo)體光催化分解水制氫的多相光催化(heterogeneous photocatalysis)的演變和TiO₂以外的光催化劑的相繼發(fā)現(xiàn)，興起了以光催化方法分解水制氫（簡稱光解水）的研究，并在光催化劑的合成、改性等方面取得較大進(jìn)展。

光解水的原理

光催化反應(yīng)可以分為兩類“降低能壘"(down hil1)和“升高能壘"(up hil1)反應(yīng)。光催化氧化降解有機(jī)物屬于降低能壘反應(yīng)，此類反應(yīng)的△G<0，反應(yīng)過程不可逆，這類反應(yīng)中在光催化劑的作用下引發(fā)生成O_2-、HO₂ 、OH·、和H+ 等活性基團(tuán)。水分解生成H₂和O₂則是高能壘反應(yīng)，該類反應(yīng)的△G>0(△G=237 kJ/mo1)，此類反應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。

要使水分解釋放出氫氣，熱力學(xué)要求作為光催化材料的半導(dǎo)體材料的導(dǎo)帶電位比氫電極電位EH+/H₂稍負(fù)，而價(jià)帶電位則應(yīng)比氧電極電位Eo₂/H₂O稍正。光解水的原理為：光輻射在半導(dǎo)體上，當(dāng)輻射的能量大于或相當(dāng)于半導(dǎo)體的禁帶寬度時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)電子受激發(fā)從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，而空穴則留在價(jià)帶，使電子和空穴發(fā)生分離，然后分別在半導(dǎo)體的不同位置將水還原成氫氣或者將水氧化成氧氣。Khan等提出了作為光催化分解水制氫材料需要滿足：高穩(wěn)定性，不產(chǎn)生光腐蝕；價(jià)格便宜；能夠滿足分解水的熱力學(xué)要求；能夠吸收太陽光。

大面積光解水太陽模擬器參數(shù)

1光譜范圍 350nm-2500nm，可選配延長至14μm

2光斑面積30cm-10米（可定制）

3空間不均勻度為+/- 5％（ASTM E927）

4照度6萬lux-10萬lux可調(diào)（可以做道20萬lux）

5光功率：1000w/m2-2000 w/m2

6光譜匹配度：除700-800nm以外在400-1100nm范圍內(nèi)均為A即

7增大光照強(qiáng)度可以直接更換大功率燈泡無需更換電源

8電源采用特殊設(shè)計(jì)可以有效延長燈泡使用壽命