開發(fā)清潔、環(huán)保的可再生新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石能源已經成為全人類共同的目標。氫能被認為是最理想的替代能源之一，可以真正實現(xiàn)溫室氣體的零排放；含能密度高；運輸成本低等。通過光化學反應體系將太陽能分解水轉化為氫能己成為世界范圍的研究熱點。光分解水產氧體系主要包括均相和非均相兩類。均相光致產氫體系大多采用生物酶或者拍、銘、釘、錸等貴金屬配合物作為光敏劑或催化劑。因此需要設計構建出高活性、長壽命、低成本、可在環(huán)境友好體系中工作的光催化產氧體系催化劑，將在應對能源危機解決環(huán)境污染等方面意義重大。目前報道的均相光解水產氫催化體系中，大多數(shù)光敏劑主要是貴金屬配合物，價格昂貴，并且這類敏化劑溶液容易分解，催化產氫效率低，本研究則討論研究非貴金屬類的光敏催化劑，構建完全不含貴金屬的非均相光解水產氫體系，通過優(yōu)化反應條件，提高體系的催化產氫的速率。

Unisense微電極測定系統(tǒng)的應用

應用unisense的克拉克型氫氣微電極測試光催化分解水產氫的濃度，氫氣電極的極化電壓為+1000mv，其中實驗過程中的氫氣測試相應非?？欤?s），氫氣的矯正曲線是采用了三點法，即氫氣濃度的零點是使用100%的高純氮鼓加入到去離子水中，體積比為40:60的H2/N2混合氣體鼓人去離子水中（氫氣濃度為320umol/L）以及100%的高純氫氣鼓入到去離子水中（氫氣濃度為800umol/L），通過三點的矯正，獲得了氫氣在水溶液中標準曲線圖，該校正標準曲線對于水溶液氫氣濃度0-100%時候也是成線性的。

實驗結果

研究了三元光致產氫催化體系下不同催化劑的產氫效率，相關實驗表明不同的催化劑對于水的分解產氫的效率也不一樣，其中催化劑分子2可以在中性的PH環(huán)境下對于光催化降解水以及熱分解法產氫都有催化作用。鈷類催化劑分子1-3相比于鎳類催化劑分子5-7具有更高的催化活性。論文中同時研究了在三元光致產氫催化體系下加入合適的光敏劑提供光催化分解水產氫的效率，研究表明選擇鈷類配合物催化劑能夠在光催化分解水體系、熱催化分解水體系中實現(xiàn)產氫，并且還具有很高的催化產氫的效率。

圖1、光催化劑的化學分子結構（1-10），其中化合物5-7是存在于水溶液中.

圖2、使用氫氣微電極系統(tǒng)測試追蹤檢測加入催化劑后使用熱解法和光催化法分解水產氫的性能對比。其中曲線4和5代表的是使用熱解法產氫裂解水產氫的濃度隨時間的變化情況、1和7表示的是光催化法裂解水產氫的濃度隨時間的變化情況。體系中所用的催化劑的濃度都是10umol/L，對于體系4和體系5中的DTPA的濃度為200umol/L，而體系1中的EY濃度則為10umol/L，體系7中的Ru(bipy)3]2+濃度為200 umol/L。從圖中的曲線可以看出，光催化產氫相比于熱法，其產氫的效率較高。

圖3、光催化分解水產氫體系中加入1ml濃度為10um光催化劑1（黑色實線）和5后（虛線），體系中氫氣濃度的變化情況分析，其中曲線的拐點處表示的是體系中注入了20eq的光敏劑Eu-EGTA后，體系中氫氣濃度隨時間變化的情況。從圖中的曲線趨勢可以看出，當體系中加入光敏劑和電子給體后，光催化劑催化體系中的質子還原產生氫氣的速率加快。

圖4、催化劑對于光催化分解水體系產氫的催化循環(huán)數(shù)的影響。圖A表示的是光催化分解水產氫體系中先進行光照后，然后加入10ul濃度為1mM的催化劑3，體系中的產氫的總轉移率。圖B表示了光催化分解水產氫體系中先光照，然后加入10ul濃度為1mM的催化劑2后，繼續(xù)加入催化劑EY后體系中的氫氣催化循環(huán)數(shù)隨時間變化情況。

圖5、圖A表示的是unisense氫氣微電極采用三點校正法（氫氣濃度分布為0、320μM、800μM）獲得的標準曲線。圖B表示的是應用了8中不同濃度的氫氣（(0,40,80,160,320,400,480,and 560μM)）水溶液進行校正獲得的標準曲線。從圖中可以看出這兩條標準曲線的線性非常好，其線性相關R值為0.9999。當體系中的溶液體系有所改變時，相應的校正曲線需要再次校正。水溶液中不同濃度的氫氣是通過混合不同比例的氫氣和氮氣實現(xiàn)的（0:100 H2/N2(0μM)，5:95 H2/N2(40μM)，10:90 H2/N2(80μM)，20:80 H2/N2(160μM)，40:60 H2/N2(320μM)，50:50 H2/N2(400μM)，60:40 H2/N2(480μM)，70:30 H2/N2(560μM）。

總結

unisense克拉克型氫氣微電極研究均相介質環(huán)境中加入催化劑、光敏劑和電子給體的三元光致產氫催化體系。通過粉體催化劑分散在水溶液中制氫，收集反應氣體來評價光催化劑的產氫性能，其中收集的氣體需要有專門的氣體取樣空間并用氣相色譜分析，也有是通過循環(huán)伏安法在非水溶液環(huán)境體系下間接的計算催化劑的催化速率常數(shù)，這種方法需要做相應的電化學實驗，非常耗時間和耗材料，并且這類方法計算出的催化轉化效率數(shù)值相比于更低。本論文則開發(fā)了使用unisense微電極系統(tǒng)實現(xiàn)催化實驗中快速的量化產品（氫氣）的測試方法。這類方法相比于通過采用氣象色譜分析收集的氣體，具有更快的效率，并且所需要的反應裝置簡單，測試數(shù)據(jù)快速準確，能夠很快的獲得催化產氫的濃度，從而準確評價所研究的光催化分解水產氫的性能，這說明Unisense微電極系統(tǒng)在光催化分解水產氫的研究領域存在著廣闊的應用前景。