光催化:“请告诉我们完整的故事”

前言：  

 

呼吁：

近期，来自美国圣母大学的Prashant V. Kamat教授以及来自威斯康星大学的Song Jin教授 (ACS Energy Letters主编和副主编) 在一篇ACS Energy Letters社论中联合呼吁（ACS Energy Lett., 2018, 3 (3), 622–623），光催化氧化半反应和产生燃料分子的还原半反应同样值得研究。该社论从光催化反应经常使用的牺牲剂的角度说明了一些光催化研究经常存在的问题。

Fig.1 光催化中的还原半反应和氧化半反应，其中牺牲剂被氧化的部分鲜少被详细讨论。

由于析氧反应缓慢，研究者往往选择在光催化体系中加入电子给体作为牺牲剂 (sacrificial electron donors)，捕获光生空穴而替代析氧半反应。如此一来，研究者能单独研究光催化中的还原反应而不受限于氧化半反应。然而，这种方法虽然有助于研究还原反应的电子转移机制，却不利于准确测量其还原产率。这是由于牺牲剂氧化过程中可能产生和还原半反应一样的产物，如H2等，从而间接干扰了还原半反应产率的准确测定。因此，评价牺牲剂对整个反应的影响、研究氧化半反应的光催化机理同样很有必要。

 

Fig.2 甲醇为牺牲剂情况下的光催化产氢

牺牲剂的影响：

作者在社论中还详细论述了牺牲剂影响光催化反应的三种常见情形。光催化反应中较典型的电子给体牺牲剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、三乙醇胺、甲酸、抗坏血酸和EDTA等。这些牺牲剂富含碳和氢，相关研究表明这些化合物的氧化会产生C₁产物及氢气。以甲醇为例，它在光生空穴的作用下，依次产生甲醛、甲酸以及二氧化碳和氢气，这些都使得所测量的光催化反应产率较实际值偏高。相似的，其他牺牲剂也存在这种情况。另外，光电化学中常用的醇类牺牲剂氧化所产生的中间产物（如烷氧自由基等），同样具有还原性，可参与到还原半反应中，从而间接促进还原半反应进行。还有一类牺牲剂如S^2-,当其盐类溶解在水中时会发生质子化，而后质子化的离子和光生空穴结合产生氢气，影响测试结果。

基于上述事实，作者呼吁广大科研工作者能够谨慎看待光催化实验结果，运用对比实验等方式全面评估催化剂的性能，并且注重机理研究的完整性，不局限于还原半反应的研究。在光催化研究中，请告诉我们完整的故事！

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.8b00196

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