光催化CO₂還原過程是通過模拟光合作用，利用太陽能将CO₂和H₂O轉化成燃料和高價值化學品的反應過程，光催化方法以其綠色、條件溫和等特點被認為是解決全球能源和環境問題最有前途的方案之一[1, 2]。

01

由于光催化CO₂還原反應涉及的産物種類較多，反應産生不同的産物是因反應過程中所需電子數不同引起的，因此光催化CO₂還原反應中不同産率的計算方法與反應過程中轉移的電子數息息相關。現整理出光催化CO₂還原反應中明确不同具體産物及其對應轉移電子數表格，見下表：

表1. CO₂還原為各種産物及相應電極反應式[3].

02

光催化CO₂還原反應涉及的活性評級指标主要包括以下6種：

▶1.目标産物反應速率（R産物）[4]：單位時間内，單位質量催化劑産生的目标産物的物質的量，計算公式如下：

n産物：産物的物質的量（μmol）；

R産物：目标産物的反應速率（μmol·h⁻¹·g⁻¹）；

m：催化劑的質量（g）；

t：反應時間（h）。

▶2.電子消耗速率（R電子）[5]：參與反應的有效光生電子速率，計算公式如下：

R電子：電子消耗速率（μmol·h⁻¹·g⁻¹）；

R産物：目标産物的反應速率（μmol·h⁻¹·g⁻¹）；

K1、K2、K3：不同産物對應轉移的電子數，參見表1。

▶3.理論産氧量[6]：根據參與反應的有效光生電子數（空穴數）推導出反應所能生成的O₂含量。

理論産氧量單位：μmol；

n産物：目标産物的物質的量（μmol）；

K1、K2、K3：不同産物對應轉移的電子數，參見表1。

▶4.選擇性（S産物）[7]：目标産物的量占産物總量的百分比。

R産物：目标産物的反應速率（μmol·h⁻¹·g⁻¹）；

R電子：電子消耗速率（μmol·h⁻¹·g⁻¹）；

K1、K2、K3：不同産物對應轉移的電子數，參見表1。

▶5.表觀量子産率（Apparent Quantum Yield，AQY）[4]：反應體系在特定單色波長下，反應轉移的電子數與入射光子數之比。

Ne：反應轉移電子總數；

n産物：目标産物的物質的量（μmol）；

K1、K2、K3：不同産物對應轉移的電子數，參見表1；

Np：入射光子數。

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▶6.太陽能-化學能轉化效率（Solar to Chemical Energy Conversion Efficiency，STC）[8]：輸入太陽能轉化為化學能的效率，計算公式如下：

R産物：目标産物的反應速率（mol·s⁻¹）；

∆Gr：目标反應的摩爾吉布斯自由能（J·mol⁻¹）；

Psun：AM 1.5G标準太陽光譜的光功率密度（1000 W·m⁻²）；

S：光照面積（m²）。

以上内容信息均來自于文獻，編者僅作整理，如有錯誤，還望及時指出！

參考文獻

[1] Shen Huidong, Peppel Tim*, Sun Zhenyu*, et. al., Photocatalytic reduction of CO₂ by metal-free-Based materials: recent advances and future perspective[J]. Solar RRL 2020, 4, 1900546.

[2] Li Xin, Yu Jiaguo*, Jaroniec Mietek* et. al., Cocatalysts for selective photoreduction of CO₂ into solar fuels[J]. Chemical Reviews, 2019, 119, 3962-4179.

[3] Liu Lizhen, Huang Hongwei*, Ma Tianyi*, et. al., Surface sites engineering on semiconductors to boost photocatalytic CO₂ reduction[J]. Nano Energy, 2020, 75, 104959.

[4] Huang Huining, Shi Run*, Zhang Tierui*, et. al., Triphase photocatalytic CO₂ reduction over silver-decorated titanium oxide at a gas-water boundary[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2022. DOI: 10.1002/anie.202200802.

[5] Jiang Yong, Chen Hong-Yan*, Kuang Dai-Bin*, et. al., Z-scheme 2D/2D heterojunction of CsPbBr3/Bi2WO6 for improved photocatalytic CO₂ reduction[J] Advanced Functional Materials, 2020, 30, 2004293.

[6] Xu Feiyan, Xu Jinshan*, Yu Jiaguo*, et. al., Graphdiyne: A new photocatalytic CO₂ reduction cocatalyst[J] Advanced Functional Materials, 2019, 29, 1904256.

[7] Fu Junwei, Yu Jiaguo*, Liu Min*, et. al., Product selectivity of photocatalytic CO₂ reduction reactions[J]. Materials Today, 2020, 32, 222-243.

[8] Yoshino Shunya, Iwase Akihide, Kudo Akihiko* et. al., Photocatalytic CO₂ reduction using water as an electron donor under visible light irradiation by Z-scheme and photoelectrochemical systems over (CuGa)0.5ZnS2 in the presence of basic additives[J]. Journal of the American Chemical Society, 2022, 144, 2323-2332.

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