GB/T 26915-2011 太阳能光催化分解水制氢体系的能量转化效率与量子产率计算

　　ICS 19. 020 F 19

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 26915—2011

　　太阳能光催化分解水制氢体系的能量

　　转化效率与量子产率计算

　　Determination ofenergy conversion efficiency andquantum yield forhydrogen

　　production in thesolarphotocatalyticwatersplittingsystem

　　2011-09-29发布 2012-03-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 26915—2011

　　目 次

　　前言 Ⅰ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 符号 7

　　5 测试基本要求 7

　　6 测量方法及步骤 9

　　7 光-氢能量转化效率及量子产率计算 10

　　8 测试报告 12

　　附录 A (资料性附录) 推荐仪器及装置 13

　　附录 B (规范性附录) 辐照度测试 18

　　附录 C (资料性附录) 计算实例 19

　　GB/T 26915—2011

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　本标准由全国能源基础与管理标准化技术委员会(SAC/TC20)提出 。

　　本标准由全国氢能标准化技术委员会(SAC/TC309)归 口 。

　　本标准起草单位 :西安交通大学 、中国标准化研究院 、中国电子工程设计研究院 、中国科学院兰州化学物理研究所 、中国科学院大连化学物理研究所 、上海交通大学 。

　　本标准主要起草人 :郭烈 锦 、赵 亮 、王 赓 、吕 功 煊 、上 官 文 峰 、张 卫 、敬 登 伟 、李 法 兵 、李 越 湘 、刘 欢 、李明涛 、张凯 、张相辉 、陈玉彬 、刘茂昌 。

　　Ⅰ

　　GB/T 26915—2011

　　太阳能光催化分解水制氢体系的能量

　　转化效率与量子产率计算

　　1 范围

　　本标准规定了太阳能光催化分解水制氢体系的能量转化效率与量子产率测试与计算过程应遵守的方法 。

　　本标准适用于自然太阳光和模拟太阳光光催化分解水制氢反应系统 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。凡是注 日期的引用文件 ,仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 6682

　　分析实验室用水规格和试验方法

　　GB/T 8981

　　气体中微量氢的测定 气相色谱法

　　HG/T 3579

　　化工标准物质通则

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　光催化分解水制氢反应 photocatalyticwatersplitting reaction forhydrogen production

　　光催化剂受光激发产生电子空穴对 ,光生电子与水或水溶液中氢离子发生还原反应产生氢气 , 同时光生空穴氧化水或牺牲剂而被消耗的过程 。

　　3. 2

　　制氢光催化剂 photocatalystforhydrogen production

　　一种在光的照射下 , 自身不起变化 ,却可以促进光催化分解水制氢化学反应的物质 。 3. 3

　　制氢反应牺牲剂 sacrificialagentforhydrogen production reaction

　　光催化分解水制氢反应过程中 ,作为电子给体还原光生空穴 ,促进制氢反应进行 , 同时自身发生不可逆化学转化而被消耗的物质 。

　　3. 4

　　光催化制氢反应溶液 photocatalyticreaction solution forhydrogen production

　　作为原料或反应物参加光催化制氢反应并被分解而产生氢气的溶液 ,通常为水或含牺牲剂的水溶液 ,也可是非水溶液如乙醇胺等 。

　　3. 4. 1

　　无机牺牲剂制氢反应溶液 inorganicsacrificialagentreaction solution forhydrogen production

　　以无机物作为牺牲剂的光催化制氢反应溶液 ,如硫化钠/亚硫酸钠牺牲剂 。

　　1

　　GB/T 26915—2011

　　3. 4. 2

　　有机牺牲剂制氢反应溶液 organicsacrificialagentreaction solution forhydrogen production

　　以有机物作为牺牲剂的光催化制氢反应溶液 ,如醇类 、酸类牺牲剂 。

　　3. 4. 3

　　海水或天然卤水反应溶液 seawaterornaturalbrinereaction solution

　　以海水或天然卤水作为反应液的光催化制氢反应溶液 。

　　3. 4. 4

　　纯水反应溶液 purewaterand aqueousreaction solution

　　以不含有牺牲剂的纯水或水溶液作为光催化反应溶液 。

　　3. 4. 5

　　非水反应溶液 non-aqueousreaction solution

　　以其他非水介质作为反应液的光催化制氢反应溶液 ,如三乙醇胺等 。

　　3. 5

　　光催化制氢反应体系 photocatalyticreaction system forhydrogen production

　　包含有制氢光催化剂 、反应溶液及反应气氛的反应体系 。

　　3. 5. 1

　　非均相光催化制氢反应体系 heterogeneousphotocatalyticreaction system forhydrogen production

　　又称多相光催化制氢反应体系 ,指由气态或液态反应物与固态制氢光催化剂在两相界面上发生光催化制氢反应的体系 。

　　3. 5. 2

　　悬浮光催化制氢反应体系 suspendingphotocatalyticreaction system forhydrogen production

　　制氢光催化剂以离散悬浮颗粒形式随反应液悬浮运动的制氢反应体系 。

　　3. 5. 3

　　固定光催化制氢反应体系 fixed photocatalyticreaction system forhydrogen production

　　制氢光催化剂附着在一定的基质上 ,不随反应溶液运动的制氢反应体系 。

　　3. 5. 4

　　均相光催化制氢反应体系 homogeneousphotocatalyticreaction system forhydrogen production

　　制氢光催化剂与反应物处于同一物相的光催化制氢反应体系 。

　　3. 6

　　光催化制氢反应器 photocatalyticreactor forhydrogen production

　　具有一定受光面积和有效容积的用于光催化制氢的反应容器或装置 。

　　3. 6. 1

　　反应器主要特性参数 themajorparametersofreactor 3. 6. 1. 1

　　反应器受光面积(AR ) thephoticarea ofreactor

　　光催化制氢反应器接收入射光源的有效面积 。

　　3. 6. 1. 2

　　反应器容积(V) thevolumeofreactor

　　反应器的几何物理空间所具有的体积 。

　　3. 6. 1. 3

　　有效反应器容积(VR ) theeffectivevolumeofreactor

　　指有效利用于制氢反应的反应器容积 。

　　2

　　GB/T 26915—2011

　　3. 6. 1. 4

　　反应器比深度 thespecificdepth ofreactor

　　光催化有效反应器容积 VR 与受光面积 AR 的比值 ,用符号 DR 表示 ,反映入射光穿过反应容器的平均深度 。

　　DR =VR /AR …………………………( 1 )

　　3. 6. 2

　　反应器类别 classification ofreactors 3. 6. 2. 1

　　(光源)内置式光催化制氢反应器 inner-irradiation photocatalyticreactor forhydrogen production

　　如附录 A 图 A. 1所示 ,具有内凹空间 ,对光源形成包围的光催化反应器 。

　　3. 6. 2. 2

　　(光源)外置式光催化制氢反应器 outer-irradiation photocatalyticreactor forhydrogen production

　　如附录 A 图 A. 2所示 ,在位置上和光源独立 ,可用一平面将其与光源隔离的光催化反应器 。 3. 7

　　光催化反应光源 lightsource forphotocatalysis

　　以辐射形式为光催化分解水制氢反应提供光能的物体 ,如 自然太阳光 、自然汇聚光源 、人工模拟光源(如高压汞灯 、短弧氙灯 、二极管阵列光源等) 。

　　3. 7. 1

　　光催化反应光源的标准光谱 standard spectrum oflightsource forphotocatalysis

　　以地面处太阳光的紫外光和可见光的波长范围(300nm~ 760nm)为基准的光谱 。

　　3. 7. 2

　　光催化制氢反应效率评价基准光谱 standard spectrum ofevaluation photocatalytic hydrogen pro-

　　duction efficiency 3. 7. 2. 1

　　单色[入射]光基准 monochromatic[incident]lightbenchmark

　　选取特定波长单色入射光为基准 ,用以评价光催化分解水制氢体系的量子产率和能量转化效率 。 3. 7. 2. 2

　　窄波段[入射]光基准 narrow-band incidentbenchmarks

　　以较窄波段(λ-Δλ~λ+Δλ,Δλ≤10. 0 nm)的入射光为基准 ,用以评价光催化分解水制氢体系的量子产率和能量转化效率 。

　　3. 7. 2. 3

　　宽波段[入射]光基准 wide-band incidentbenchmarks

　　以较宽波段(λ1 ~λ2 ,λ2 -λ1 >20nm) 的入射光为基准 , 用以评价光催化分解水制氢体系的量子产率和能量转化效率 。

　　3. 7. 3

　　等效波长 equivalentwavelength

　　用辐通量(或辐照度) 计算光子通量(或光子辐照度)时所用的波长 ,用符号λ表示 ; 当在指定的波长范围 Δλ内 ,光谱一定时 ,λ是常量 。

　　( 2 )

　　3. 8

　　光催化分解水制氢反应装置 photocatalyticwatersplitting apparatusforhydrogen production

　　由光源 、光催化反应器以及驱动和测控等辅助设备组成 ,能够利用光催化剂在光照射下将反应溶液

　　3

　　GB/T 26915—2011

　　分解产生氢气的装置 。

　　3. 9

　　光催化分解水制氢系统 photocatalyticwatersplitting equipmentforhydrogen production

　　由光催化分解水制氢反应体系和反应装置共同组成的制氢系统 。

　　3. 9. 1

　　间歇式光催化分解水制氢系统 intermittentphotocatalytic watersplitting equipmentfor hydrogen production

　　制氢系统内反应物和光催化剂一次性地加入 ,并且反应体系与外界没有质量交换 ,反应进行一段时间后需补充反应物方可继续进行 。

　　3. 9. 2

　　连续式光催化分解水制氢系统 continuousphotocatalyticwatersplittingequipmentforhydrogenproduction

　　反应物可以连续输送 ,反应产物连续排出的光催化分解水制氢系统 。

　　3. 10

　　光催化反应的产氢速率 therateofphotocatalytichydrogen production

　　单位时间内光催化分解水制氢反应中生成的氢气的物质的量 ,用符号 RH 表示 ,单位为 mol· s- 1 。

　　2

　　3. 10. 1

　　光催化反应的时间平均产氢速率 the time-averaged rateofphotocatalytic hydrogen production 在指定反应时程 Δt内 ,光催化反应的产氢速率的时间平均值 ,用符号RH 表示 ,单位为 mol· s- 1 。

　　2

　　( 3 )

　　3. 10. 2

　　光催化反应的最大产氢速率 themaximum rateofphotocatalytichydrogen production

　　反应时间 t内 ,光催化反应的产氢速率的最大值 ,用符号 RH(m)ax表示 ,单位为 mol· s- 1 。

　　2

　　3. 10. 3

　　单波长下的[时间]平均产氢速度 time-averaged rate ofphotocatalytic hydrogen production under monochromatic light

　　在指定反应时程 Δt内 ,入射的单色光波长为λ时的时间平均量子产率 ,用符号RH (λ)表示 。

　　2

　　3. 10. 4

　　窄波段下的[时间]平均产氢速率 time-averaged rate ofphotocatalytic hydrogen production under narrow-band incidentlight

　　在指定反应过程 Δt内 ,入射光波长范围为 λ-Δλ~λ+Δλ(Δλ≤10 nm) 时的时间平均量子产率 ,用符号表示 。

　　3. 10. 5

　　宽波段下的[时间]平均产氢速率 time-averaged rate ofphotocatalytic hydrogen production under wide-band incidentlight

　　在指定反应时程 Δt内 ,入射光波长范围为 λ1 ~λ2 (λ2 -λ1 >20nm)时的时间平均量子产率 ,用符号

　　RH (λ1 ~λ2 )表示 。

　　2

　　3. 11

　　光催化制氢反应的量子产率 quantum yield ofphotocatalytichydrogen production

　　光催化分解水制氢反应过程中 ,反应产生的氢的原子数与催化剂吸收的光子数的比值 ,用符号 Φ

　　4

　　GB/T 26915—2011

　　表示 。

　　Φ= 2nH2 /Np(a)= 2RH2 NA /Φp(a) …………………………( 4 )

　　注 : 由于实际反应过程中催化剂吸收的光子数以现有手段难以测定 ,本标准以入射到系统的光子数代替催化剂吸收的光子数进行量子产率计算 ,称为表观量子产率(apparentquantum yield of photocatalytic hydrogen produc- tion) ,用符号 Φa表示 。

　　Φa = 2nH2 /Np(i)= 2RH2 NA /Φp(i) …………………………( 5 )

　　3. 11. 1

　　单波长下的量子产率 quantum yield ofmonochromatic light

　　波长为λ的单色入射光的量子产率 ,用符号 Φa (λ)表示 。

　　3. 11. 2

　　窄波段下的量子产率 quantum yield ofnarrow-band incidentlight

　　入射光波长范围为 λ-Δλ~λ+Δλ(Δλ≤10nm)时的量子产率 ,用符号 Φa (λ±Δλ)表示 。

　　dλ … … … … … … … … … …

　　3. 11. 3

　　宽波段下的量子产率 quantum yield underwide-band incidentlight

　　入射光波长范围为 λ1 ~λ2 (λ2 -λ1 >20nm)时的量子产率 ,用符号 Φa (λ1 ~λ2 )表示 。

　　dλ … … … … … … … … … …

　　3. 11. 4

　　[时间]平均量子产率 time-averaged quantum yield

　　在指定反应时程 Δt内 ,光催化分解水制氢反应量子产率的时间平均值 ,用符号Φa表示 。

　　dt/Δt …………………………( 8 )

　　3. 11. 4. 1

　　单波长下的[时间]平均量子产率 time-averaged quantum yield undermonochromatic light在指定反应时程 Δt内 ,入射的单色光波长为λ时的时间平均量子产率 ,用符号Φa (λ)表示 。

　　dt/Δt …………………………( 9 )

　　3. 11. 4. 2

　　窄波段下的[时间]平均量子产率 time-averaged quantum yield undernarrow-band incidentlight

　　在指定反应时程 Δt内 ,入射光波长范围为 λ-Δλ~λ+Δλ(Δλ≤10nm)时的时间平均量子产率 ,用

　　符号Φa (λ±Δλ)表示 。

　　dt/Δtdλ … … … … … … …

　　3. 11. 4. 3

　　宽波段下的[时间]平均量子产率 time-averaged quantum yield underwide-band incidentlight

　　在指定反应时程 Δt内 ,入射光波长范围为 λ1 ~λ2 (λ2 -λ1 >20nm)时的时间平均量子产率 ,用符号

　　Φa (λ1 ~λ2 )表示 。

　　1

　　dt/Δtdλ … … … … … … …

　　3. 12

　　光催化制氢的光-氢能量转化效率 photon-hydrogen energy conversion efficiency for photocatalytic hydrogen production

　　光催化分解水制氢反应过程中 ,生成氢气所储存的化学能与入射到反应器受光面的光辐射能的比

　　5

　　GB/T 26915—2011

　　值 ,也可称为光-氢能量转化效率 ,用符号 η表示 。

　　η= ΔGH2 RH2 /(E ·AR ) …………………………( 12 )

　　3. 12. 1

　　单 色 光 下 的 光-氢 能 量 转 化 效 率 photon-hydrogen energy conversion efficiency under

　　monochromatic light

　　入射光为波长λ的单色光时的能量转化效率 ,用符号 η(λ)表示 。

　　3. 12. 2

　　窄波段下的光-氢能量转化效率 photon-hydrogen energy conversion efficiency under narrow-band incidentlight

　　入射光波长范围为λ-Δλ~λ+Δλ(Δλ≤10nm)时的能量转化效率 ,用符号 η(λ±Δλ)表示 。

　　dλ … … … … … … … … … … … …

　　3. 12. 3

　　宽波段下的光-氢能量转化效率 photon-hydrogen energy conversion efficiency underwide-band in- cidentlight

　　入射光波长范围为λ1 ~λ2 (λ2 -λ1 >20nm)时的能量转化效率 ,用符号 η(λ1 ~λ2 )表示 。

　　dλ … … … … … … … … … … … …

　　3. 12. 4

　　[时间]平均光-氢能量转化效率 time-averaged photon-hydrogen energy conversion efficiency在指定反应时程 Δt内 ,光催化分解水制氢反应过程能量转化效率的平均值 ,用符号η表示 。

　　tηdt/Δt …………………………( 15 )

　　3. 12. 4. 1

　　单色光下的[时间]平均光-氢能量转化效率 time-averagedphoton-hydrogen energyconversion effi- ciency undermonochromatic light

　　在指定反应时程 Δt内 ,入射光为波长λ的单色光时的时间平均能量转化效率 ,用符号η(λ)表示 。

　　dt/Δt …………………………( 16 )

　　3. 12. 4. 2

　　窄波段下的[时间]平均光-氢能量转化效率 time-averagedphoton-hydrogen energyconversion effi- ciency undernarrow-band incidentlight

　　在指定反应时程 Δt内 ,入射光波长范围为 λ-Δλ~λ+Δλ(Δλ≤10 nm) 时的时间平均能量转化效

　　率 ,用符号η(λ±Δλ)表示 。

　　dt/Δtdλ … … … … … … … …

　　3. 12. 4. 3

　　宽波段下的[时间]平均光-氢能量转化效率 time-averagedphoton-hydrogen energyconversion effi- ciency underwide-band incidentlight

　　在指定反应时程 Δt内 ,入射光波长范围为 λ1 ~λ2 (λ2 -λ1 >20nm)时的时间平均能量转化效率 ,用符号

　　dt/Δtdλ … … … … … … … …

　　6

　　GB/T 26915—2011

　　4 符号

　　下列符号适用于本文件 。

　　AR:反应器受光面积 。

　　c:真空中的光速 。

　　DR:反应器比深度 。

　　E:光辐射照度 。

　　E:平均光辐射照度 。

　　Eλ:光谱辐射照度 。

　　h:普朗克常数 。

　　NA : 阿伏伽德罗常数 。

　　Np(a) : 吸收光子数 。

　　Np(i) :入射光子数 。

　　nH :反应生成的氢分子数 。

　　2

　　nH :指定反应时程 Δt内 ,生成的氢分子数 。

　　2

　　P:辐射通量 。

　　RH :产氢速率 。

　　2

　　:平均产氢速率 。

　　RH(m)ax :最大产氢速率 。

　　2

　　t:反应进行的时间 。

　　V:反应器容积 。

　　VR:反应器有效容积 。

　　ΔGH :反应储存的能量 。

　　2

　　Φ:光辐射通量 。

　　Φa :表观量子产率 。

　　Φa : [时间]平均表观量子产率 。

　　Φp(a) :光子通量 。

　　Φp(i) : 吸收光子通量 。

　　η:能量转化效率 。

　　η:[时间]平均能量转化效率 。

　　5 测试基本要求

　　5. 1 测试环境要求

　　5. 1. 1 环境温度 、环境压力以及环境湿度应符合仪器 、设备工作要求 。

　　5. 1. 2 环境背景光辐照度 ,不得超过入射光辐照度的 1% 。

　　5. 2 光源

　　5. 2. 1 自然太阳光

　　用于光催化分解水制氢反应的自然太阳光应在一次测量期间总辐照度(直接辐射 +天空散射)的不

　　7

　　GB/T 26915—2011

　　稳定度应不大于 25% 。

　　5. 2. 2 室内测试光源

　　5. 2. 2. 1 用于光催化分解水制氢反应的测试光源室内光源 ,有太阳光模拟器 、氙灯 、汞灯等 。

　　5. 2. 2. 2 光源的输出光功率波动不超过 3% 。

　　5. 2. 2. 3 光接受面处入射光斑辐照度最小值与最大值之比不小于 75% 。

　　5. 2. 2. 4 入射光散射部分不超过 25% 。

　　5. 2. 3 滤光装置

　　5. 2. 3. 1 对于复色光光源 ,测试需要选取特定波长范围的光谱时 ,应使用滤光装置 。

　　5. 2. 3. 2 滤光装置应适用于所用光源 。

　　5. 2. 3. 3 波长范围大于 10nm 时 ,应使用截止滤光片获取所需光谱范围 。

　　5. 2. 3. 4 波长范围不大于 10nm 时 ,应使用带通滤光片或单色仪 。

　　5. 2. 3. 5 带通滤光片半高宽小于 10nm ,单色仪分辨率小于 1 nm。

　　5. 2. 3. 6 背景截止深度优于 1× 10-4 。

　　5.3 光催化反应器

　　5. 3. 1 不与反应溶液 、产物及光催化剂发生化学反应 。

　　5. 3. 2 应具备控温能力 ,测试期间 ,温度波动不大于 1 ℃ 。

　　5. 3. 3 受光面平均透过率(300nm~ 760nm)不低于 90% ,应使用派热克斯(Pyrex)玻璃或石英玻璃 。

　　5. 3. 4 受光面玻璃厚度不超过 2 mm。

　　5. 3. 5 光催化反应器比深度为 2 cm~ 15cm。

　　5. 3. 6 宜可方便测量透过反应器的辐照度 。

　　5. 4 测量仪器

　　5. 4. 1 辐照计

　　5. 4. 1. 1 是用于测试入射光辐照度的仪器 。

　　5. 4. 1. 2 应适用于所测试的光源 。

　　5. 4. 1. 3 测量范围 300nm~ 760nm ,量程范围 50.0 μW · cm- 2 ~ 5.00W · cm- 2 ,测量精度 3. 0。

　　5. 4. 1. 4 自然太阳光测量仪器 ,应具备自动测量记录的功能 。

　　5. 4. 2 气相色谱仪

　　5. 4. 2. 1 用于测量气体样品中氢气含量 。

　　5. 4. 2. 2 测量范围 100μL样品气体中(5. 0×10-4 ~ 5. 0) μmol氢气 ,测量精度 3. 0。

　　5. 4. 2. 3 应用氮气或氩气为载气 。

　　5. 4. 2. 4 应用 100μL注射进样器为手动微型进样器 ,0. 50mL~ 1. 0 mL 的定量管为自动采样器 。

　　5. 5 测试要求

　　5. 5. 1 反应器透过的辐射通量与入射通量的比值小于 15% 。

　　5. 5. 2 反应器受光面辐照度介于 50. 0 μW · cm- 2 ~ 5. 00W · cm- 2 。

　　5. 5. 3 反应液体积宜不超过反应器容积的 2/3。

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　　GB/T 26915—2011

　　5. 6 光催化剂

　　5. 6. 1 对于多相光催化 ,应对催化剂进行充分研磨 ,二次聚集态颗粒粒度不大于 15μm。

　　5. 6. 2 对于均相光催化 ,催化剂应完全溶于水 ,并形成均相的溶液 。

　　5. 6. 3 无非光催化分解水产氢的能力 。

　　5. 6. 4 推荐用量 1. 0 g/L。

　　5. 7 牺牲剂

　　5. 7. 1 应适于所用的光催化剂 。

　　5. 7. 2 无光照射时 ,不与水及光催化剂发生化学反应 。

　　5. 7. 3 推荐浓度(适用于多相光催化) 。

　　5. 7. 3. 1 硫化钠/亚硫酸钠水溶液体系 : (0. 35±0. 2) mol·L-1/(0. 25±0. 2) mol·L- 1 。

　　5. 7. 3. 2 醇类水溶液体系 :体积分数(25±15) % 。

　　5. 7. 3. 3 酸类水溶液体系 :体积分数(25±15) % 。

　　5. 8 试剂

　　5. 8. 1 去离子水

　　用于配制溶液 ,应符合 GB/T 6682实验室用水二级标准以上 。

　　5. 8. 2 标准气体

　　用于气相色谱仪的标定 ,应符合 GB/T 8981中对标准气体的规定 。

　　5. 8. 3 其他试剂

　　其他配制反应溶液的试剂采用分析纯试剂 ,应符合 HG/T 3579中的相关要求 。

　　6 测量方法及步骤

　　6. 1 气相色谱仪标准工作曲线标定

　　6. 1. 1 在 5. 1规定的测试环境下运行稳定后进行工作曲线标定 。

　　6. 1. 2 依据 GB/T 8981中标定方法对色谱进行标定 。

　　6. 1. 3 建立样品气中氢气体积含量与气相色谱仪氢组分所对应的峰面积之间的关系 。

　　6. 1. 4 建立样品气中氢气物质的量与其体积含量的关系 。

　　6.2 反应器受光面辐照度测试

　　6. 2. 1 以光催化反应器的受光面为准 。

　　6. 2. 2 室内光源运行稳定后进行测试 。

　　6. 2. 3 依室内光源入射光分布特性选择测量点 ,且每点至少测量 3 次 ,见附录 B。

　　6. 2. 4 自然太阳光 ,宜用自动记录仪进行全程测试 。

　　6. 3 测量反应器受光面积

　　6. 4 光催化分解水制氢反应测试

　　6. 4. 1 检查光催化反应测试系统 、光源 、气相色谱仪 。

　　6. 4. 2 开启光源 、气相色谱仪 、预热 。

　　9

　　GB/T 26915—2011

　　6. 4. 3 在光催化反应器中加入适量催化剂及反应溶液 。

　　6. 4. 4 连接反应测试装置 ,开启磁力搅拌器及控温设备 ,检查并确认其可正常运行 。

　　6. 4. 5 对系统进行抽真空或以气体吹扫的方式置换其中的氧气 。

　　6. 4. 6 待系统稳定后 ,加载入射光 ,开始计时 ,进行测试 。

　　6. 4. 6. 1 手动取样 :每隔 1 h,从反应器中取 100μL气体样 ,注射到气相色谱仪中进行气体分析 。

　　6. 4. 6. 2 自动取样 :调节相应的控制器 ,每隔 1 h 自动采样进行测试分析 ,采样量为定量管体积 。

　　6. 4. 7 得到样品氢气色谱峰面积-时间关系 。

　　6. 4. 8 结束实验 ,整理实验台 。

　　7 光-氢能量转化效率及量子产率计算

　　注 : 计算实例见附录 C。

　　7. 1 基本数据

　　7. 1. 1 平均辐照度

　　见附录 B。

　　7. 1. 2 入射光平均辐射能通量

　　P AR …………………………( 19 )

　　7. 1. 3 入射光子数

　　N …………………………( 20 )

　　7. 2 反应器有效受光照射面积

　　测量并计算反应器发生光催化制氢反应的有效受光照射面积 A(m2 ) 。

　　7. 3 平均光催化反应产氢速率

　　…………………………( 21 )

　　式中 :

　　t — 反应进行的时间 ,单位为秒(s) ;

　　VG — 反应器的空余体积 , 即反应系统中气体体积 ,单位为升(L) ;

　　nV0 —t时刻 ,V0 体 积 内 样 品 中 含 有 的 氢 气 物 质 的 量 , 按 GB/T 8981 中 方 法 计 算 , 单 位 为 摩尔(mol) 。

　　7. 4 最大光催化反应产氢速率

　　产氢量与反应时间 t的关系曲线上斜率最大点 , 即为最大光催化反应产氢速率 RH(m)ax。

　　2

　　7. 5 平均光-氢能量转化效率

　　7. 5. 1 单色光下的平均光-氢能量转化效率

　　10

　　GB/T 26915—2011

　　7. 5. 2 窄波段下的平均光-氢能量转化效率

　　7. 5. 3 宽波段下的光-氢能量转化效率

　　7. 6 平均产氢量子产率

　　7. 6. 1 单色光下的平均产氢量子产率

　　………………( 25 )

　　式中 :