石英光纤芯径(D)(mm)0..60.8芯径皮层外径比1:1.05,1:1.1,1:1.2,1:1.4小弯曲半径(mm)100D(短时间),300D(长时间)保护涂层外径 (mm)1.2-2.0数值孔径(NA)0.21-0.24每米透过率%紫外光(0.25μm-0.4μm)85-98可见光(0.4μm-0.7μm)97-99近红外(0.76μm-1.6μm)90-99传输功率(W/cm2)≤800(D=0.5mm)(连续Nd:YAG激光)特点优异的光学性能,宽广的传光波段,优越的机械性能和挠曲性,是氦氖激光、YAG激光等大功率激光传输的理想材料应用大功率激光传输、激光医疗、光谱测量、激光焊接、照明、传感、能量传输等
主要应用 此系列氙灯光源广泛应用于光解水产氢、光化学催化降解、二氧化碳制甲醇、光化学合成、光降解污染物、水污染处理、生物光照,光学检测、太阳能电池研究、荧光材料测试(透射、反射、吸收)、材料形变、各类模拟日光可见光加速实验和紫外波段加速实验等研究领域。 1、光致变色 光致变色现象是指一个化合物(A),在收到一定波长的光照射时,可进行特定的化学反应或物理效应,获得产物(B),由于结构的改变导致其(可见部分的)吸收光谱发生明显的变化,。而在另一波长的光照射或热的作用下,产物(B)又能恢复到原来的形式。如下式所示: 2、光催化 光催化的原理是利用光来激发二氧化钛等化合物半导体,利用它们产生的电子和空穴来参加氧化—还原反应。当能量大于或等于能隙的光照射到半导体纳米粒子上时,其价带中的电子将被激发跃迁到导带,在价带上留下相对稳定的空穴,从而形成电子—空穴对。由于纳米材料中存在大量的缺陷和悬键,这些缺陷和悬键能俘获电子或空穴并阻止电子和空穴的重新复合。这些被俘获的电子和空穴分别扩散到微粒的表面,从而产生了强烈的氧化还原势。 3、光催化分解水(photocatalyticwater splitting) 光解水,可见光催化裂解水制氢:纳米催化结构及反应机制的研究进展 利用TiO2吸收太阳能把水分解为氢气和氧气,光分解水制氢。 图1.Fujishima-Honda效应 光分解水制氢的原理 光分解水制氢在热力学上是Gibbs自由能增大的过程: 因此又被称为人工光合作用。 光分解水制氢的本质是半导体材料的光电效应。当入射光的能量大于等于半导体的能带时,光能被吸收,价带电子跃迁到导带,产生光生电子和空穴。电子和空穴迁移到材料表面,与水发生氧化还原反应,产生氧气和氢气(图2)。 | | 图2.光分解水制氢原理示意图[1] | 图3.光分解水制氢的主要过程示意图[2] |
光分解水制氢主要包括3个过程(图3),即光吸收、光生电荷迁移和表面氧化还原反应。 (i)光吸收。对太阳光谱的吸收范围取决于半导体材料的能带大小:Bandgap(eV)=1240/λ(nm),即带隙越小吸收范围越宽。对于光催化制氢催化材料来说,还要求导带的位置高于H+/H2(0Vvs.NHE),价带位置低于O2/H2O(1.23Vvs.NHE),因此理论上要求能带大小不小于1.23 eV。 (ii)光生电荷迁移。材料的晶体结构、结晶度、颗粒大小等因素对光生电荷的分离和迁移有重要影响。缺陷会成为光生电荷的捕获和复合中心,因此结晶度越好,缺陷越少,催化活性越高。颗粒越小,光生电荷的迁移路径越短,复合几率越小。 (iii)表面氧化还原反应。表面反应活性位点和比表面积的大小对这一过程有重要影响。通常会选用Pt、Au等贵金属纳米粒子或NiO和RuO2等氧化物纳米粒子负载在催化剂表面作为表面反应活性位点,只要负载少量此类助催化材料就能大大提高催化剂的制氢效率。 光催化制氢效率表征的两种方式 目前研究光催化剂的制氢效率主要通过两种方式表征,及光催化分解水(photocatalyticwater splitting) 和光电化学分解水(photoelectrochemical watersplitting)。 光催化分解水是将粉体催化剂分散在水中(图4)。这种方法的优点是可以大规模应用,但是有氢气和氧气难以分离的问题。为此又发明了两步法(图5),即采用两种催化剂,分别产生氢气和氧气,并通过一种氧化还原电对将这两种催化剂联系起来。这种方法不仅避免了氢气和氧气的分离问题,而且降低了催化剂能带位置的要求,催化剂的选择面更宽,但是也带来了与氧化还原电对的逆反应问题。一步法将水直接分解为氢气和氧气对催化剂的要求较高,因此往往加入牺牲剂来获得氢气或氧气。牺牲剂的作用是消耗光生空穴或电子,比如甲醇、乙醇、乙二醇、乳酸等是常用的制氢牺牲剂,而AgNO3是常用的制氧牺牲剂。 | | 图4.粉体催化剂光分解水制氢示意图[1] | 图5.两步法分解水示意图[2] |
光催化分解水装置 粉体催化剂分散在水溶液中制氢,需通过收集反应产生的气体量来评价催化剂的催化性能。目前常用的装置如图6所示,包括反应器、气体取样部、气密循环系统以及抽真空装置,气体取样部与气象色谱相连,可以实时在线检测气体的产生量。光源为高压汞灯(紫外光为主)或氙灯(可见光为主),通过附加滤光片或滤光溶液得到所需波段的光源。由于气体的特殊性,因此对装置的气密性要求较高,操作过程中通过转动特殊设计的阀门来控制。 图6.光催化分解水实验装置示意图[1] 4、光电化学分解水(photoelectrochemicalwater splitting) 光电催化太阳能分解水、光电化学(PEC)裂解水制氢系统 光电化学水分解电池,是通过半导体电极吸收太阳光产生光生载流子,而后通过载流子在体相或外电路的迁移,从而与水发生氧化或者还原反应。光电化学水分解电池能够将太阳能转化氢能进行存储,不受太阳光时间、空间分布不均的影响。 光电化学水分解电池的器件结构有多种组成方式,例如通过光伏电池与光电极串联,可以获得较高的太阳能转化效率,但结构成本也相对较高;而通过p型光阴极和n型光阳极组成的叠层结构,不仅拥有较高的理论转化效率(约28%) ,同时成本相对较低,是理想的器件结构。 光电化学分解水是将催化剂制成电极,与对电极通过导线相连,通常还会加一个偏压(图6)。若半导体材料为n型,则在催化剂电极处产生氧气,对电极处产生氢气;若半导体材料为p型,则相反。 图6.光电化学分解水系统示意图 其他应用 ▪ 光催化(Photocatalyst) ▪ 化学分析(Chemical analysis) ▪ 检查照明(Inspection lighting) ▪ 对光反应变色(Photochromism) ▪ 光谱学(Spectroscopy) ▪ 紫外线消毒(UV light disinfection) ▪ 人工光合作用(Artificial photosynthesis) ▪ 荧光显微测定(Fluorescent observation) ▪ 光能疗法(Photodynamic therapy) 相关产品:Mexe-500汞氙灯光源 , Mercury-Xenon , Light , Source
|