光催化、電催化以及光電催化，剛開始做科研的人，總是習慣問他們有什么區別，哪個方向更好做，更好出文章？做過一段時間的人或許會問他們之間有什么關聯，是否可以跨方向或者幾個方向一起做？下面文章就光電催化做一個詳細講解，至于光催化和光電催化如果有疑問可留言，也可期待后續文章。

光電催化是光催化與電催化的結合，可將兩種技術的優點體現。

與光催化相比，光電催化反應中，光電極可利用太陽光照射產生光生電子，提高反應活性和催化效率。

與電催化相比，光電催化反應大大降低了外部能量的注入，可有效減少能源消耗和環境污染。

光電催化還可以將因能帶結構的失配而不適用于光催化的催化劑，在適當的外加電壓條件下適用于光電催化。

光電催化反應可根據反應物質和反應類型的不同，分為光電催化分解水制氫、光電催化降解、光電催化二氧化碳還原、光電催化氮還原合成氨等等。

光電催化反應過程是在有光照射作用下的電化學過程，是因吸收光使電子處于激發狀態，產生電荷傳遞的過程。由于半導體材料存在禁帶，價帶電子與導帶電子之間的相互作用很弱，受到光的激發以后，半導體的價帶電子進入導帶，并在價帶留下空穴，引發光電化學反應。

圖1. 三種常見的光電催化反應池 (a)光陽極光電催化反應池；(b)光陰極光電催化反應池；(c)串聯光電催化反應池

光電催化是光催化與電催化的結合，可將兩種技術的優點體現。

基于半導體材料的光電催化反應池主要包含四個部分：

1. 光電極：也稱工作電極，是光電催化反應池中的核心部件，由用于捕獲光能量的半導體材料構成。

一般情況下，將n型半導體薄膜/導電基底稱為光陽極，p型半導體薄膜/導電基底稱為光陰極。

常見的光電極制備方式是將光電極半導體材料附著于氧化銦錫（ITO）或摻氟氧化錫（FTO）等有著較低功函數的透明導電氧化物鍍膜玻璃上，將光電極夾持在如圖2（a）所示的電極夾具上使用。

2. 對電極：若只研究單一光陽極或光陰極時，需要引入對電極來充當另一半的半反應場所。對電極通常選用具有良好電荷傳輸性能和較低反 應過電勢的材料，一般為Pt電極，如圖2（b）所示。

3. 參比電極：為確保施加在光電極上的電位準確穩定，通常會加裝參比電極，將整個光電催化反應池構建成三電極體系。參比電極可選擇Ag/AgCl電極、Hg/Hg2Cl2電極或Hg/HgO電極，如圖2（c）所示。

4. 適當的電解質溶液：電解質溶液在光電催化反應 反應池中起聯通電路的作用，需要具有良好的離子電導率。

根據光電催化反應中光電極材料性質的不同，電解質溶液的pH值和構成電解質溶液的離子類型也不盡相同。

在選擇電解質溶液時需要注意的是，要確保所選的電解質溶液不與所選用的參比電極發生反應。

電解質溶液可分為三種：

1）酸性電解質溶液：H2SO4溶液等；

2）中性電解質溶液：Na2SO4溶液、K2SO4溶液等；

3）堿性電解質溶液：NaOH溶液、KOH溶液等。

圖2. (a)電極夾具；(b)Pt電極；(c)Hg/Hg2Cl2電極；(d)Ag/AgCl電極

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