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

ICS19.020

F19

中华人民共和国国家标准

/—

GBT269152011

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

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Determinationofenerconversionefficiencanduantumieldforhdroen

gyyqyyg

roductioninthesolarhotocatalticwaterslittinsstem

ppypgy

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

发布

中国国家标准化管理委员会

/—

GBT269152011

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

光氢能量转化效率及量子产率计算…………………

7-10

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

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/—

GBT269152011

前言

本标准按照/—给出的规则起草。

GBT1.12009

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Ⅰ

/—

GBT269152011

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

/分析实验室用水规格和试验方法

GBT6682

/气体中微量氢的测定气相色谱法

GBT8981

/化工标准物质通则

HGT3579

3术语和定义国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

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hotocatalticwaterslittinreactionforhdroenroduction

pypgygp

,,

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hotocatalstforhdroenroduction

pyygp

,,。

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sacrificialaentforhdroenroductionreaction

gygp

,,,

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hotocatalticreactionsolutionforhdroenroduction

pyygp

,

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inoranicsacrificialaentreactionsolutionforhdroenroduction

ggygp

,/。

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

/—

GBT269152011

3.4.2

有机牺牲剂制氢反应溶液oranicsacrificialaentreactionsolutionforhdroenroduction

ggygp

,、。

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seawaterornaturalbrinereactionsolution

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urewaterandaueousreactionsolution

pq

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-aueousreactionsolution

q

,。

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hotocatalticreactionsstemforhdroenroduction

pyyygp

、。

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heteroeneoushotocatalticreactionsstemforhdroenroduction

gpyyygp

,

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国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

susendinhotocatalticreactionsstemforhdroenroduction

pgpyyygp

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fixedhotocatalticreactionsstemforhdroenroduction

pyyygp

,。

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homoeneoushotocatalticrea

gpyctionsstemforhdroenroduction

yygp

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hotocatalticreactorforhdroenroduction

pyygp

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themaorarametersofreactor

jp

3.6.1.1

反应器受光面积()

Athehoticareaofreactor

Rp

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()

Vthevolumeofreactor

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()

Vtheeffectivevolumeofreactor

R

指有效利用于制氢反应的反应器容积。

2

/—

GBT269152011

3.6.1.4

反应器比深度thesecificdethofreactor

pp

,,

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。

/…………()

DVA1

=

RRR

3.6.2

反应器类别classificationofreactors

3.6.2.1

()

光源内置式光催化制氢反应器inner-irradiationhotocatalticreactorforhdroenroduction

pyygp

,,。

如附录图所示具有内凹空间对光源形成包围的光催化反应器

AA.1

3.6.2.2

()

光源外置式光催化制氢反应器outer-irradiationhotocatalticreactorforhdroenroduction

pyygp

,,。

如附录图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

AA.2

3.7

光催化反应光源lihtsourceforhotocatalsis

gpy

,、、

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standardsectrumoflihtsourceforhotocatalsis

pgpy

以地面处太阳光的紫外光和可见光的波长范围()为基准的光谱。

300nm~760nm

3.7.2

光催化制氢反应效率评价基准光谱国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

standardsectrumofevaluationhotocataltichdroenro-

ppyygp

ductionefficienc

y

3.7.2.1

[][]

单色入射光基准monochromaticincidentlihtbenchmark

g

,。

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ow-bandincidentbenchmarks

narr

以较窄波段(,),

λ-Δλ~λ+ΔλΔλ≤10.0nm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-bandincidentbenchmarks

(,),

以较宽波段λ~λλ-λ>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

1221

率和能量转化效率。

3.7.3

等效波长euivalentwavelenth

qg

()(),;

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

,,。

范围内光谱一定时是常量

Δλλ

λEλdλ

Nhc∫

pΔλ…………()

λ==2

EE

3.8

光催化分解水制氢反应装置hotocatalticwaterslittinaaratusforhdroenroduction

pypgppygp

、,

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

/—

GBT269152011

分解产生氢气的装置。

3.9

光催化分解水制氢系统hotocatalticwaterslittineuimentforhdroenroduction

pypgqpygp

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intermittenthotocatalticwaterslittineuimentforhdroen

pypgqpyg

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continuoushotocatalticwaterslittineuimentforhdroenroduction

pypgqpygp

,。

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therateofphotocataltichdroenroduction

yygp

-1

,,·。

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mols

2

3.10.1

光催化反应的时间平均产氢速率thetime-averaedrateofhotocataltichdroenroduction

gpyygp

-1

,,,·。

在指定反应时程内光催化反应的产氢速率的时间平均值用符号表示单位为

ΔtRHmols

2

d

Rt

H

∫2

Δt…………()

RH=3

2国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

Δt

3.10.2

光催化反应的最大产氢速率themaximumrateofhotocataltichdroenroduction

pyygp

max-1

反应时间,,,·。

t内光催化反应的产氢速率的最大值用符号RH表示单位为mols

2

3.10.3

[]

单波长下的时间平均产氢速度time-averaedrateofhotocataltichdroenroductionunder

gpyygp

monochromaticliht

g

,,()。

在指定反应时程内入射的单色光波长为时的时间平均量子产率用符号表示

ΔtλRλ

H

2

3.10.4

[]

窄波段下的时间平均产氢速率time-averaedrateofhotocataltichdroenroductionunder

gpyygp

narrow-bandincidentliht

g

,(),

在指定反应过程内入射光波长范围为时的时间平均量子产率用

Δtλ-Δλ~λ+ΔλΔλ≤10nm

±Δλ

()。

符号Rλ表示

H

2

3.10.5

[]

宽波段下的时间平均产氢速率time-averaedrateofhotocataltichdroenroductionunder

gpyygp

wide-bandincidentliht

g

,(),

在指定反应时程t内入射光波长范围为λλλλ时的时间平均量子产率用符号

Δ~->20nm

1221

()。

Rλ~λ表示

H12

2

3.11

光催化制氢反应的量子产率uantumieldofhotocataltichdroenroduction

qypyygp

,,

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

/—

GBT269152011

表示。

/a/a…………()

Φ2nN2RNΦ4

==

H2pH2Ap

:,

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aarentuantumieldofhotocataltichdroenroduc

ppqypyygp-

),。

用符号表示

tionΦa

/i/i…………()

ΦnN2RNΦ5

a=2H2p=H2Ap

3.11.1

单波长下的量子产率uantumieldofmonochromaticliht

qyg

波长为,()。

λ的单色入射光的量子产率用符号Φλ表示

a

3.11.2

窄波段下的量子产率uantumieldofnarrow-bandincidentliht

qyg

(),±Δλ

入射光波长范围为时的量子产率用符号()。

λ-Δλ~λ+ΔλΔλ≤10nmΦλ表示

a

λΔλ

±Δλ+éNλù

()ê()ú…………()

ΦλΦλdλ6

a

=

a∫êú

λΔλëNû

-

3.11.3

宽波段下的量子产率uantumieldunderwide-bandincidentliht

qyg

(),()。

入射光波长范围为~->20nm时的量子产率用符号~表示

λλλλΦλλ

1221a12

λ

2éNλù

()ê()ú…………()

ΦλλΦλdλ7

a

~=

a12êú

∫

λ1ëNû

3.11.4

[]

时间平均量子产率time-averaeduantumield

gqy

,,。

在指定反应时程内光催化分解水制氢反应量子产率的时间平均值用符号表示

ΔtΦa

国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

/i/…………()

Φ=2nN=ΦdtΔt8

aH2p∫a

Δt

3.11.4.1

[]

单波长下的时间平均量子产率time-averaeduantumieldundermonochromaticliht

gqyg

,,()。

在指定反应时程内入射的单色光波长为时的时间平均量子产率用符号表示

ΔtλΦλ

a

()()/…………()

Φλ=ΦλdtΔt9

a∫a

Δt

3.11.4.2

[]

窄波段下的时间平均量子产率time-averaeduantumieldundernarrow-bandincidentliht

gqyg

,(),

在指定反应时程内入射光波长范围为时的时间平均量子产率用

Δtλ-Δλ~λ+ΔλΔλ≤10nm

±Δλ

()。

符号Φλ表示

a

λΔλ

+

(±Δλ)(±Δλ)/()…()

Φλλttλλ

=ΦdΔ=Φd10

a∫a∫a