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光化学的新能源应用
光化学的新能源应用
第二章 太阳能利用
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§
概述
光催化反应及其应用
太阳能的生物储存——光合作用
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一、概述
UV Vis IR FIR
150 400 800 /nm
紫外 可见光 红外 远红外
e =hn =hc/l
一摩尔光量子能量称为一个“Einstein”。波长越短，能量越高。紫外、可见光能引发化学反应。
由于吸收光量子而引起的化学反应称为光化学
反应。
（1）光的波长与能量
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（2）光化学基本定律

只有被分子吸收的光才能引发光化学反应。该定律在1818年由Grotthus和Draper提出，故又称为Grotthus-Draper（格络塞斯－德雷珀）定律。

在初级过程中，一个被吸收的光子只活化一个分子。该定律在1908～1912年由Einstein和Stark提出，故又称为Einstein-Stark（爱因斯坦－斯塔克）定律。
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（1）研究方向
从光催化现象发现至今，经过30多年的发展，多相光催化已逐渐形成两大主要研究方向：
太阳能光电化学催化
环境光催化
二、光催化反应及其应用
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（2）常用的光催化剂及其载体
氧化物: TiO2, ZnO, ZrO（氧化锆）, CeO2（氧化铈）
硫化物: CdS（硫化镉）, ZnS
光催化:光子活化
其它催化:热活化
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（3）光催化制氢
（a）氢能----新型能源载体
资源丰富—水就是地球上的“氢矿”。
来源多样性—化石燃料，可再生能源或二次能源。
燃烧值高—每千克氢燃烧后的热量，约为汽油的3倍，，。
氢能具有可储存性，在电力过剩的地方和时间，可以用氢的形式将电或热储存起来。
氢能是最环保的能源，燃烧的产物是水，演绎了自然物质循环利用、持续发展的经典过程，即水生氢，氢成水。
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氢能——高能量储存容量
Material
能量密度 (kWh/kg)
汽油
14
铅酸电池
0,04
水力储存
0,3/m3
调速轮
From to
压缩空气
2/m3
氢气
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（b）光催化制氢过程
光电化学分解法制氢，通过光电极受激产生电子—空穴对作为氧化还原剂，参与电化学反应。
光激发过程：
TiO2 + h  h+ + e-
光电极上氧化反应：
H2O + 2h+  ½ O2 +2H+
对电极上阴极反应：
2H+ ＋2e-  H2
总的光解水反应：
H2O + h  ½ O2 + H2
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