王连洲教授/李灿院士/Kazunari Domen教授/刘岗教授， Joule观点：粉末光催化过程中的效率认证和测试规范的倡议- 大数跨境

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王连洲教授/李灿院士/Kazunari Domen教授/刘岗教授， Joule观点：粉末光催化过程中的效率认证和测试规范的倡议

科学材料站

2021-02-16

导读：本文首先讨论了当前光催化测量中存在的各种误差来源，其次就规范的测试方法进行讨论，在此基础上，提出了关于设立光催化STH效率认证中心以及发布“Best Research Photocatalyst Ef

文章信息

粉末光催化过程中的效率认证和测试规范的倡议

第一作者：王志亮，Takashi Hisatomi, 李仁贵

通讯作者：王连洲*，李灿*，Kazunari Domen*，刘岗*

单位：昆士兰大学，大连化学物理研究所，东京大学，沈阳金属所

研究背景

基于颗粒光催化剂的分解水制氢一直被认为是一种获得廉价、可持续氢能的理想途径。它对于未来社会的清洁能源供给、发展低碳经济等方面具有重要意义。

然而颗粒光催化剂的太阳能到氢能的转化效率（STH）在经过了约四十年的研究，仍然处于较低的水平、且发表文章的数据出现许多混乱的结果，尤其一些关键的效率指标，如量子效率和STH效率，缺乏统一的测试标准，报道的效率之间无法相互比较，造成了大量科研财力、物力和人力的浪费，也不利于本领域的发展。

从太阳能电池的发展历程，可以看出统一的测试规范和世界公认的效率认证对整个光伏领域的健康发展是起到重要的作用的。

鉴于此，昆士兰大学、中国科学院大连学物理研究所、东京大学和中国科学院沈阳金属研究所等国际知名的光催化研究机构的学者联合，就设立统一的光催化效率测试和认证中心发出倡议，以期促进光催化分解水制氢研究的健康发展。

该倡议中，首先讨论了当前光催化测量中存在的各种误差来源，其次就规范的测试方法进行讨论，在此基础上，提出了关于设立光催化STH效率认证中心以及发布“Best Research Photocatalyst Efficiencies”认证效率的建议。

图1. 拟提出的光催化效率测试及认证。

本文要点

要点一：光催化活性报道常见误区

光催化产氢效率测定的最关键核心在于测试标准光强下的氢气析出速率（即，活性）。大量文献中，活性均采用了质量比活性，然而这个概念既没有科学性，还具有很大的误导性。

图2生动的阐述了光催化剂中的活性随投入催化剂质量的变化关系。该曲线可以充分展示催化剂的多种性质，如最大放氢能力、光吸收能力等，因此推荐研究者应以此曲线代替传统的单点活性测试。

图2. 气体析出速率（即，活性）与光催化剂质量的变化关系。

要点二：光谱特性对于STH以及表观光量子效率测试的至关重要的作用

作为效率测量的两个重要参数之一，光谱的准确度直接决定了光催化测试结果的准确性。对于光谱而言，可以通过光强度和光谱功率曲线来区分不同光源。研究中，模拟AM 1.5 G光谱特征的太阳能模拟器被推荐用做光催化研究的光源。其入射的总光子的功率可以通过正确的数值积分实现相对准确的测量。

然而太阳能模拟器的光谱与实际的AM1.5 G光谱仍然存在可观的出入，尤其在短波长部分，这种差异在研究宽禁带半导体光催化的效率时应该被考虑进来。

要点三：成立光催化分解水的效率认证中心并发布认证效率

大连化学物理研究所李灿团队和东京大学Kazunari Domen团队在光催化分解水制氢的研究积累了大量经验，也取得了众多的研究成果。

出于对领域发展的责任感和紧迫感，两个研究团队同意分别筹建国际性的光催化效率认证中心，通过统一的测试平台、标准的测试光谱、规范测试操作条件，实现对量子效率和STH统一、精确地测量，为国际重要刊物提供权威认证报告，并拟发布年度“Best Research Photocatalyst Efficiencies”以供领域内研究人员参考。

本文后记

当前各个期刊发表的文章中常有一些“虚高”的光催化效率数据，包括一些高影响因子刊物上发表的文章，这样的结果不仅严重破坏了该研究领域的健康发展，而且对于相关科研人员的科研信用（目前有超过一半的光催化研究论文来自中国）造成极大伤害。

为推动本研究领域的良性发展，李灿院士联合Kuzunari Domen教授、王连洲教授、刘岗教授等国际知名光催化研究专家，经过大约两年的酝酿和修改而定稿，期望能够为光催化研究领域提供一个规范测试和健康发展的环境。

科学材料站评论

科学材料站积极响应该观点文章中的倡导，并同时致力于在学术和产业界为电池/催化等能源储存和转换领域的良性发展做出自己的贡献。

文章链接

Efficiency Accreditation and Testing Protocols for Particulate Photocatalysts toward Solar Fuel Production

https://www.cell.com/joule/pdf/S2542-4351(21)00001-5.pdf