关于光电催化实验中的量子产率与量子效率-凯发旗舰厅

上一期我们讲了光催化中的量子产率相关参数指标的描述，这一期我们将讲述的是光电催化研究中的光-电能量转化效率参数指标的描述。

光电催化实验中的量子效率

1.外量子效率(external quantum efficiency, eqe)亦称光电转化效率(incident photon-to-current efficiency, ipce)^[1]：特定波长入射光子产生的电子数与入射光子数的比例，本质上是光子效率。计算公式如下：

j_ph：光电流密度（ma·cm^-2），通过计时电流法（恒电位）测得； 

h：普朗克常量（6.62×10^-34 j·s）; 

c：光速（3.0×108 m·s^-1）;

e：单个电子所携带的电量（1.6×10^-19 c）; 

p_mono：单色光的光功率密度（mw·cm^-2）; 

λ：单色光波长。

需注意的是，在ipce/eqe的计算中，默认法拉第效率η为100%，即产生的所有光生电子全部用于目标产物的生成。ipce的测量过程中允许施加偏压，而光电催化测量sth时不允许施加任何偏压。 

光电催化实验中的量子效率

2.内量子效率(internal quantum efficiency, iqe)亦称吸收光电转化效率(absorbed photon-to-current efficiency, apce)^[1]：特定波长的入射光子产生的电子数与所吸收光子数的比例，本质上是量子效率。计算公式如下：

a：反应体系的吸光度。

eqe/ipce和iqe/apce主要针对于光电催化研究。与光子效率和量子效率类似，eqe/ipce强调“入射光”的概念，而iqe/apce强调“吸收光”，eqe/ipce可直接计算。 

光电催化实验中的量子效率

3.外加偏压光电流下转化效率(applied bias photon-to-current efficiency, abpe)^[1]：在一定偏压条件下，输入的太阳能转化为氢能的比例^[1]。区别于sth，abpe是扣除电能贡献的能量转化效率。

v_redox：反应的热力学电势(v)，分解水反应中，vredox=1.23 v； 

v_app：两电极体系中，相对于对电极的外加偏压(v)，应小于1.23 v； 

ηf：生成h₂的法拉第效率； 

p_light：am 1.5g标准太阳光谱的光功率密度（100 mw·cm^-2）。

以上内容就是光电催化研究中，常见的活性评价指标的量子产率定义与计算方法。 在光催化分解水研究中，我们最常用到的量子产率是aqy和sth。 在光电催化分解水研究中，最常用到的量子产率是ipce和sth或abpe。总而言之，效率强调特定波长的入射光； 产率强调单色光； eqe/ipce强调入射光； iqe/apce强调吸收光。

[1]chen zhebo, deutsch todd g., jaramillo thomas f.* et. al., accelerating materials development for photoelectrochemical hydrogen production: standards for methods, definitions, and reporting protocols[j]. journal of materials research, 2010, 25, 3.