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能源的需求，并且化石燃料的使用也帶來了日益嚴重的環(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、不易收集存儲的太陽能轉(zhuǎn)化為易存儲、易運輸?shù)幕瘜W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，整個過程清潔無污染，因此受到了廣泛的關注和研究。然而，傳統(tǒng)的半導體光催化材料面臨可見光吸收少、光生電荷易復合等問題，太陽能轉(zhuǎn)化效率普遍不高。我校化學科學與工程學院徐曉翔教授課題組于可見光響應的光催化材料的研究，針對這一問題開展了系統(tǒng)的研究工作，提高了半導體材料光催化分解水的活性，對提升太陽能轉(zhuǎn)化率有重要意義。

光解水制氫技術始自1972年，由日本東京大學Fujishima A和Honda K兩位教授*次報告發(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展。

光解水的原理

光催化反應可以分為兩類“降低能壘"(down hil1)和“升高能壘"(up hil1)反應。光催化氧化降解有機物屬于降低能壘反應，此類反應的△G<0，反應過程不可逆，這類反應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。水分解生成H₂和O₂則是高能壘反應，該類反應的△G>0(△G=237 kJ/mo1)，此類反應將光能轉(zhuǎn)化為化學能。

要使水分解釋放出氫氣，熱力學要求作為光催化材料的半導體材料的導帶電位比氫電極電位EH+/H₂稍負，而價帶電位則應比氧電極電位Eo₂/H₂O稍正。光解水的原理為：光輻射在半導體上，當輻射的能量大于或相當于半導體的禁帶寬度時，半導體內(nèi)電子受激發(fā)從價帶躍遷到導帶，而空穴則留在價帶，使電子和空穴發(fā)生分離，然后分別在半導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；價格便宜；能夠滿足分解水的熱力學要求；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電源采用特殊設計可以有效延長燈泡使用壽命