催化反應(yīng)

古代人們利用酶釀酒；

中世紀(jì)時(shí)期，煉金術(shù)士利用硝石將硫磺轉(zhuǎn)化為硫酸；

十三世紀(jì)，人們利用硫酸將乙醇轉(zhuǎn)化為**；

十九世紀(jì)，工業(yè)革命推動(dòng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了大量的催化現(xiàn)象，催化反應(yīng)普遍存在于自然界中，遍及化學(xué)反應(yīng)的各個(gè)領(lǐng)域。

直到1835年，由瑞典化學(xué)家Berzelius在其“三元論”基礎(chǔ)之上提出來(lái)“催化”一詞［1］。

催化反應(yīng)因其所消耗的能量不同而分為熱催化、光催化和電催化等，光電催化及光熱催化等催化反應(yīng)類(lèi)型屬于交叉學(xué)科的產(chǎn)物。

將熱催化和光催化結(jié)合起來(lái)的光熱催化策略在近年來(lái)開(kāi)始嶄露頭角，這篇文章我們將一起來(lái)探討熱催化、光催化及光熱催化三者的區(qū)別與聯(lián)系。

熱催化

熱催化，也可稱(chēng)作催化，屬于傳統(tǒng)催化領(lǐng)域，在與其他催化反應(yīng)交叉時(shí)，為區(qū)別催化反應(yīng)類(lèi)型和反應(yīng)機(jī)理，會(huì)特別注明為熱催化。

熱催化主要是通過(guò)加熱為催化反應(yīng)體系提供跨越熱力學(xué)能壘的能量，激發(fā)反應(yīng)物向產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化，催化效率高。

熱催化反應(yīng)在社會(huì)發(fā)展中起到舉足輕重的作用，石油加工、化學(xué)工業(yè)和制藥工業(yè)等領(lǐng)域發(fā)展，均依托于催化技術(shù)。在能源消耗枯竭和環(huán)境問(wèn)題日益顯著的今天，需要開(kāi)發(fā)低成本且環(huán)境友好的催化技術(shù)。

光催化

光催化則是利用光生載流子來(lái)催化反應(yīng)，反應(yīng)機(jī)理和路徑與熱催化不同，反應(yīng)條件溫和，易操作，與傳統(tǒng)催化發(fā)展三百余年的歷史相比，光催化是比較年輕的新型催化反應(yīng)類(lèi)型。

光催化作為一種將豐富的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的技術(shù)手段，其歷史可以追溯到1972年，F(xiàn)ujishima和Honda［2］**報(bào)道了光照n型半導(dǎo)體TiO2電極會(huì)導(dǎo)致水分解產(chǎn)生氫氣和氧氣，這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)激發(fā)了學(xué)術(shù)界對(duì)光催化的研究熱情，自此光催化技術(shù)成為熱點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。

從長(zhǎng)期來(lái)看，太陽(yáng)能應(yīng)該是可再生能源的主要來(lái)源，因此光催化技術(shù)近些年得到了迅猛發(fā)展，也在諸多研究領(lǐng)域中嶄露頭角，如光解水制備H2［3,4］、CO2還原［5,6］、降解廢水或空氣中的污染物［7,8］和人工光合成［9,10］等。

光熱催化

近幾年來(lái)，伴隨著催化研究的逐漸深入和跨領(lǐng)域交叉學(xué)科的興起，將兩種或多種手段進(jìn)行復(fù)合，如熱催化、光催化和電催化等有效結(jié)合構(gòu)成的協(xié)同催化手段，受到越來(lái)越多科研工作者的關(guān)注。其中光熱催化是近些年來(lái)學(xué)者們提出的一種集光催化與熱催化為一體的新型技術(shù)，光熱催化反應(yīng)既可提高催化反應(yīng)的效率，又能將低密度的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)楦呙芏鹊幕瘜W(xué)能。

一般來(lái)說(shuō)，如果一個(gè)反應(yīng)涉及光、熱和催化轉(zhuǎn)化，則可視為光熱催化。

光熱催化可分為三大類(lèi)：

①熱輔助光催化反應(yīng)，主要由光驅(qū)動(dòng)，催化劑本身不具備熱催化活性，熱能有助于進(jìn)一步降低光催化的表觀(guān)活性能；

②光輔助熱催化反應(yīng)，熱能是整個(gè)反應(yīng)的主要驅(qū)動(dòng)力，光輻射主要起到提高局部溫度的作用，光化學(xué)效應(yīng)可能同時(shí)存在；

③光熱耦合催化，光熱效應(yīng)釋放的熱量可以促進(jìn)反應(yīng)過(guò)程，光化學(xué)效應(yīng)提升表觀(guān)活性，熱化學(xué)和光化學(xué)協(xié)同作用不僅僅是兩種反應(yīng)的簡(jiǎn)單相加，而是超過(guò)了光催化和熱催化活性的總和。

如何區(qū)分光催化、光電催化和光致熱催化

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