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產氫速率的正確計算方法：內含詳細步驟！

閱讀：9484 發布時間：2022-5-18

在光催化分解水反應的活性評價體系中，除了表觀量子產率和STH能量轉化效率之外，還有一個簡便的參數用于評價催化劑的活性——產氫速率(v，μmol·h^-1或mmol·h^-1)。

計算公式

產氫速率即單位時間內的產氫量，計算公式如下：

詳細計算方法

H?物質的量一般需要通過氣相色譜測定，而我們從氣相色譜獲得的數據是色譜峰面積（μV·s），單純的峰面積對于定量沒有實際意義。

此時，我們需要借助于標準曲線來通過“外標法"對H?進行定量。標準曲線是色譜峰面積隨待測物質體積/物質的量變化的趨勢線。因此，在對H?進行定量前，我們首先要繪制標準曲線。

向反應系統中注入已知體積V₁的高純H?，循環均勻后進樣檢測，在氣相色譜上可得峰面積S₁。之后依次向反應系統中注入已知體積(V?-V₁)、(V?-V?)、(V?-V?)、(V?-V?) mL高純H?（累加進樣），可分別獲得峰面積S?、S?、S?、S?。

以H?體積V為橫坐標，色譜峰面積S為縱坐標，即可得到標準曲線的原始數據點，經線性擬合后，可得標準曲線。標準曲線的擬合度R²應≥0.999，如圖1所示。此外，標準曲線H?體積的取點范圍應包含實際反應的產氫量，但范圍不宜過寬，否則色譜峰面積與H?體積不成線性。

圖1. 標準曲線示例圖

根據標準曲線，將實驗所測得的峰面積代入，即可計算出反應產生H?的體積，H?體積除22.4 L·mol^-1，即可得到H?物質的量。H?物質的量除反應時間即可得到產氫速率。你學會了嗎？

注意事項

一般情況下，大家習慣于將所得產氫速率進行質量歸一化(μmol·h^-1·g^-1或mmol·h^-1·g^-1)。然而，在非均相催化反應系統中，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，反應速率會達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，對于非均相光催化分解水反應而言，產氫速率單位使用μmol·h^-1·g^-1或mmol·h^-1·g^-1并不能夠真實反映催化劑的活性，而應使用μmol·h^-1或mmol·h^-1 ^[2,3^]。

圖2. 光催化劑濃度對反應速率的影響^[1^]

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