在能源與環境問題日益緊迫的當下，光催化技術作為一種綠色、可持續的解決方案，備受科研人員與產業界的關注。從利用太陽能分解水制氫，到降解環境中的有機污染物，光催化展現出了巨大的潛力。而準確評估光催化劑的活性，是推動光催化技術從實驗室走向實際應用的關鍵一環，光催化活性評價系統便肩負著這一重要使命。

一、工作原理

光催化活性評價系統的工作基于光催化反應的基本原理。當光源發出的光子照射到光催化劑表面時，光子能量被催化劑吸收，激發產生電子 - 空穴對。這些光生載流子遷移到催化劑表面，與吸附在表面的反應物分子發生氧化還原反應。在光解水制氫反應中，光生空穴氧化水生成氧氣，光生電子則還原質子生成氫氣；在光催化降解有機污染物時，光生空穴具有強氧化性，能夠將有機污染物逐步氧化為二氧化碳和水等小分子無機物。光催化活性評價系統通過精確控制反應條件，如光照強度、反應溫度、反應物濃度等，并實時檢測反應產物的生成速率，以此來定量評估光催化劑的活性。

二、系統核心組件

1.光源模塊：作為光催化反應的能量輸入源，光源的選擇至關重要。常見的光源包括氙燈、LED 燈等。氙燈能夠模擬太陽光的連續光譜，覆蓋從紫外到可見甚至近紅外的波段，為研究光催化劑在全光譜下的活性提供了可能；LED 燈則具有能耗低、壽命長、波長可精確選擇的優勢，科研人員可以依據特定光催化劑的吸收特性，選用與之匹配的 LED 光源，聚焦于特定波段的光催化反應研究。例如，在研究 TiO?光催化劑時，由于其對紫外光響應較強，常搭配能發射特定紫外波長的 LED 燈，精準探究其在紫外光激發下的催化活性。

2.反應腔室：這是光催化反應實際發生的場所，對其材質和結構設計有嚴格要求。材質方面，多采用石英玻璃等透光性優良且化學性質穩定的材料，確保光線能夠高效穿透進入反應體系，同時不與反應物或催化劑發生化學反應。反應腔室的結構設計需兼顧反應類型與催化劑的形態。對于氣固相光催化反應，常采用管式反應器，催化劑填充于管內，反應氣體在管中流動并與受光激發的催化劑接觸發生反應；對于液固相光催化反應，如光催化降解有機廢水，多采用攪拌式反應釜，通過攪拌使催化劑顆粒在溶液中均勻分散，增大與光線及反應物的接觸面積。

3.催化劑固定與分散裝置：為了使催化劑在反應過程中充分發揮作用，需要合適的固定與分散方式。對于粉末狀催化劑，在液固相反應中，可通過磁力攪拌或機械攪拌實現均勻分散；在氣固相反應中，常將催化劑負載在載體上，如陶瓷、金屬網等，既能保證催化劑的活性位點充分暴露，又便于固定和回收。對于一些特殊的光催化劑，如納米線陣列、薄膜型催化劑，可直接將其制備在反應腔室的內壁或特定的基底上，實現原位光催化反應。

4.檢測與分析模塊：這是評估光催化活性的關鍵環節，用于檢測反應產物的種類與濃度。氣相色譜（GC）常用于檢測光催化反應產生的氣體產物，如在光解水制氫反應中，通過 GC 可精確測定氫氣的生成量；高效液相色譜（HPLC）則主要用于分析液相反應中的有機產物，例如在光催化降解有機污染物時，HPLC 能夠準確檢測污染物的降解程度及中間產物的生成情況。此外，質譜（MS）、核磁共振（NMR）等技術也可用于對復雜產物的結構鑒定，為深入理解光催化反應機理提供依據。

三、性能指標與關鍵技術

1.性能指標

（1）光催化活性：這是評價系統最核心的指標，通常以單位時間內單位質量（或單位面積）催化劑上目標產物的生成量來衡量。在光解水制氫反應中，光催化活性可表示為每小時每克催化劑產生氫氣的摩爾數（mol?h?1?g?1）；對于光催化降解有機污染物，常以單位時間內污染物的降解率來表征。例如，在一定條件下，某光催化劑在 1 小時內將初始濃度為 100 ppm 的有機污染物降解至 10 ppm，則其降解率為 90%。

（2）穩定性：光催化劑在長時間運行過程中保持活性的能力至關重要。評價系統需要監測催化劑在多個反應循環或長時間連續反應后的活性變化。穩定的光催化劑應在長時間反應后，其活性下降幅度在可接受范圍內。例如，經過 100 小時連續光催化反應后，某催化劑的活性仍能保持初始活性的 80% 以上，則可認為該催化劑具有較好的穩定性。

（3）選擇性：在一些復雜的光催化反應體系中，可能會產生多種產物，光催化劑對目標產物的選擇性成為重要指標。選擇性是指目標產物在所有產物中所占的比例。例如，在光催化 CO?還原反應中，可能生成 CO、CH?、CH?OH 等多種產物，若某催化劑對生成 CH?OH 的選擇性達到 80%，則表明該催化劑在將 CO?轉化為 CH?OH 方面具有較高的選擇性。

2.關鍵技術

（1）真空與氣體控制技術：在涉及氣體參與的光催化反應，如光解水制氫、光催化 CO?還原等，精確的真空與氣體控制至關重要。評價系統需要具備良好的真空密封性能，以排除外界氣體干擾，保證反應體系的純凈。同時，能夠精確控制反應氣體的流量、壓力和組成。例如，通過質量流量控制器可將反應氣體的流量精度控制在 ±1% 以內，確保實驗條件的一致性和可重復性。

（2）溫度控制技術：反應溫度對光催化反應速率和產物選擇性有顯著影響。光催化活性評價系統通常配備高精度的溫度控制系統，可實現對反應腔室溫度的精確調控。常見的控溫方式包括電加熱、水冷等，能夠將溫度控制在設定值的 ±1℃范圍內，滿足不同光催化反應對溫度的嚴格要求。

（3）在線檢測與分析技術：實時、準確地檢測反應產物是評價光催化活性的基礎。現代光催化活性評價系統多采用在線檢測技術，將反應產物直接引入檢測儀器，避免了離線檢測過程中可能出現的產物損失和污染。例如，通過與氣相色譜聯用的在線采樣系統，可實現對光催化反應產生的氣體產物的實時分析，及時獲取產物濃度隨時間的變化曲線，為快速評估光催化劑性能提供數據支持。

四、應用領域與案例分析

1.光解水制氫：光催化活性評價系統在光解水制氫研究中發揮著關鍵作用。科研人員利用該系統篩選和優化高效的光催化劑，以提高太陽能到氫能的轉化效率。例如，通過對一系列基于 TiO?的復合光催化劑進行活性評價，發現摻雜一定量的過渡金屬（如 Fe、Co 等）能夠顯著提高 TiO?的光催化產氫活性。在某光催化活性評價系統中，優化后的 TiO? - Fe 復合催化劑在模擬太陽光照射下，產氫速率達到了 5 mmol?h?1?g?1，相比純 TiO?催化劑提高了近 3 倍。

2.太陽能燃料合成：除了光解水制氫，光催化活性評價系統還用于太陽能驅動的 CO?還原合成燃料的研究。通過評價不同催化劑對 CO?還原產物的選擇性和活性，探索將 CO?轉化為有價值燃料（如 CH?、CH?OH 等）的有效途徑。例如，某研究團隊利用光催化活性評價系統篩選出一種基于 Cu?O 的催化劑，在特定反應條件下，對 CO?還原生成 CH?的選擇性高達 60%，為緩解溫室效應和實現碳循環利用提供了新的可能。

3.有機污染物降解：光催化活性評價系統廣泛應用于光催化降解水中和空氣中有機污染物的研究。在水污染治理方面，可用于評估不同光催化劑對各種有機污染物（如染料、農藥、抗生素等）的降解性能。例如，在對某新型光催化劑降解羅丹明 B 染料廢水的研究中，利用光催化活性評價系統監測發現，在可見光照射下，該催化劑在 2 小時內可將羅丹明 B 的降解率提高至 95% 以上，展現出良好的光催化降解性能。在大氣污染治理中，該系統可用于評價光催化劑對揮發性有機化合物（VOCs）、氮氧化物（NOx）等污染物的去除效果。例如，某負載型 TiO?光催化劑在光催化活性評價系統中對甲苯的降解實驗表明，在模擬太陽光照射下，該催化劑能夠有效將甲苯降解為 CO?和 H?O，降低空氣中甲苯的濃度。

4.殺菌消毒：光催化技術在殺菌消毒領域也具有潛在應用價值。光催化活性評價系統可用于評估光催化劑對細菌、病毒等微生物的滅活效果。例如，通過實驗發現，某些具有特定結構的光催化劑在光照條件下能夠產生具有強氧化性的活性氧物種，破壞細菌的細胞壁和細胞膜，實現對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等常見細菌的高效滅活。在光催化活性評價系統中，經過一定時間的光照處理后，細菌的存活率可降低至 1% 以下。

四、總結

      光催化活性評價系統作為光催化技術研究與發展的關鍵支撐，在推動光催化技術從基礎研究走向實際應用的進程中發揮著不可替代的作用。隨著技術的不斷創新與完善，相信在未來，光催化活性評價系統將助力光催化技術在能源、環境等領域取得更多突破性進展，為解決全球性問題提供有力的技術支持。

產品展示

      SSC-PCAE光催化活性評價系統(Photocatalytic activity evaluation system)沿用半導體行業的真空技術，將玻璃管路和閥門替換為EP管和EP自動閥，實現了整個系統的全自動控制實驗過程，全自動在線采樣分析，實現了實驗中真正的全自動運行。SSC-PCAE光催化活性評價系統主要應用于光解水、全解水、電催化、光催化CO2還原、光催化固氮、光電催化氣體產物分析、耐壓釜式反應、催化反應的微量氣體收集等。

產品優勢：

1)封閉反應的產物氣體收集、采樣、在線分析的一體化系統；

2)內置氣體磁力增壓泵，形成高強壓差，實現氣體快速混勻；

3)全系統耐壓-14.6psi ~150psi，實現了從真空到10atm的壓力覆蓋；

4)應用半導體材料（TiO2、InO、C3N4、CdS等）催化劑的活性評價；

5)催化劑產氫、產氧、光解水的性能分析；

6)催化劑二氧化碳還原的性能分析；

7)系統可配和玻璃、石英、不銹鋼、PEEK、PTFE等材料制備的反應器使用

8)可滿足光電反應、氣固反應、膜催化、多相反應等特殊實驗要求；

9)系統管閥件全部采用EP（316L，VIM+VAR）管和EP閥，對氣體無吸附；

10)系統即裝即用，可兼容任意廠家氣相色譜儀，無需額外增加進樣閥門；

11)GC測試范圍廣，氫、氧、CO2、甲烷、CO、甲醛、C1-C5等微量氣體；