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產(chǎn)氫速率的正確計(jì)算方法：內(nèi)含詳細(xì)步驟！

閱讀：8810        發(fā)布時(shí)間：2022-5-18

在光催化分解水反應(yīng)的活性評(píng)價(jià)體系中，除了表觀量子產(chǎn)率和STH能量轉(zhuǎn)化效率之外，還有一個(gè)簡(jiǎn)便的參數(shù)用于評(píng)價(jià)催化劑的活性——產(chǎn)氫速率(v，μmol·h-1或mmol·h-1)。


01

計(jì)算公式

產(chǎn)氫速率即單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)氫量，計(jì)算公式如下：

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02

詳細(xì)計(jì)算方法

H?物質(zhì)的量一般需要通過(guò)氣相色譜測(cè)定，而我們從氣相色譜獲得的數(shù)據(jù)是色譜峰面積（μV·s），單純的峰面積對(duì)于定量沒(méi)有實(shí)際意義。
此時(shí)，我們需要借助于標(biāo)準(zhǔn)曲線來(lái)通過(guò)“外標(biāo)法"對(duì)H?進(jìn)行定量。標(biāo)準(zhǔn)曲線是色譜峰面積隨待測(cè)物質(zhì)體積/物質(zhì)的量變化的趨勢(shì)線。因此，在對(duì)H?進(jìn)行定量前，我們首先要繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。
向反應(yīng)系統(tǒng)中注入已知體積V1的高純H?，循環(huán)均勻后進(jìn)樣檢測(cè)，在氣相色譜上可得峰面積S1。之后依次向反應(yīng)系統(tǒng)中注入已知體積(V?-V1)、(V?-V?)、(V?-V?)、(V?-V?) mL高純H?（累加進(jìn)樣），可分別獲得峰面積S?、S?、S?、S?。
以H?體積V為橫坐標(biāo)，色譜峰面積S為縱坐標(biāo)，即可得到標(biāo)準(zhǔn)曲線的原始數(shù)據(jù)點(diǎn)，經(jīng)線性擬合后，可得標(biāo)準(zhǔn)曲線。標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合度R2應(yīng)≥0.999，如圖1所示。此外，標(biāo)準(zhǔn)曲線H?體積的取點(diǎn)范圍應(yīng)包含實(shí)際反應(yīng)的產(chǎn)氫量，但范圍不宜過(guò)寬，否則色譜峰面積與H?體積不成線性。
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圖1. 標(biāo)準(zhǔn)曲線示例圖
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，將實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的峰面積代入，即可計(jì)算出反應(yīng)產(chǎn)生H?的體積，H?體積除22.4 L·mol-1，即可得到H?物質(zhì)的量。H?物質(zhì)的量除反應(yīng)時(shí)間即可得到產(chǎn)氫速率。你學(xué)會(huì)了嗎？

03

注意事項(xiàng)

一般情況下，大家習(xí)慣于將所得產(chǎn)氫速率進(jìn)行質(zhì)量歸一化(μmol·h-1·g-1或mmol·h-1·g-1)。然而，在非均相催化反應(yīng)系統(tǒng)中，隨著催化劑濃度的增加，由于光穿透深度的降低和入射光束的散射增加，反應(yīng)速率會(huì)達(dá)到最大值而保持不變，甚至可能降低，如圖2 B-C段和B-D段[1]。因此，對(duì)于非均相光催化分解水反應(yīng)而言，產(chǎn)氫速率單位使用μmol·h-1·g-1或mmol·h-1·g-1并不能夠真實(shí)反映催化劑的活性，而應(yīng)使用μmol·h-1或mmol·h-1 [2,3]。
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圖2. 光催化劑濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響[1]


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