所属主题簇：光催化系统｜挂靠支柱页《光催化反应系统选型手册》 字数约 2,600｜最近修订：2026-10
光催化是"光子激发半导体产生的电子-空穴直接参与反应"，靠粉末悬浮在溶液里完成；光电催化是把催化剂做成电极并外加偏压，用电路把光生电子导走、把空穴留给水氧化——本质差别是"有没有外电路来分离电荷"。
``` 光子 → 半导体吸光 → 电子跃迁到导带（e⁻）+ 空穴留在价带（h⁺） → e⁻/h⁺ 迁移到表面 → 分别参与还原/氧化反应 ```
问题在于：e⁻ 和 h⁺ 在同一颗颗粒内，极易复合。复合了就等于光子白吸收。所以光催化的核心矛盾是"如何抑制复合"，手段是：纳米化（缩短迁移距离）、构建异质结（内建电场分离电荷）、负载助催化剂（提供反应位点）。
``` 光子 → 半导体电极吸光 → e⁻ 经外电路流向对电极 → h⁺ 留在电极表面氧化水（或 e⁻ 到对电极还原） ```
外加偏压的作用是强制分离电荷：把电子"抽走"，减少复合，同时提供额外的热力学驱动力（补偿带隙不足或过电位）。
一句话区分：
| 模块 | 光催化 | 光电催化 |
|---|---|---|
| 催化剂形态 | 粉末悬浮 / 涂覆 | 必须做成电极（薄膜、纳米阵列、单晶片） |
| 反应器 | 石英反应器（密闭或开放） | 三电极/两电极电解池（含隔膜） |
| 电位控制 | 无 | 恒电位仪/电化学工作站（必需） |
| 对电极 | 无 | Pt 片/网、碳电极 |
| 参比电极 | 无 | Ag/AgCl、饱和甘汞、Hg/HgO（按 pH 选） |
| 光照方式 | 照射整个反应器 | 精确照射工作电极面（准直、均匀） |
| 主要测量量 | 产气/产物速率 | 光电流、光电压、IPCE、Mott-Schottky、EIS |
| 温控 | 夹套循环 | 电解池恒温（避免参比漂移） |
这是最容易被低估的一点。光催化的光斑只要覆盖反应器就行；光电催化必须满足：
泊菲莱对应：PLS-SME300E H1（准直输出）用于 PEC 光照；PEC2000 光电化学测试系统、IPCE 1000 光电化学测试系统完成电化学与光谱响应测量。
| 电解液 | 推荐参比 | 注意 |
|---|---|---|
| 酸性（H₂SO₄） | Ag/AgCl（3 M KCl）或 SCE | 需换算到 RHE |
| 中性（Na₂SO₄） | Ag/AgCl | 最常见 |
| 碱性（NaOH、KOH） | Hg/HgO | Ag/AgCl 在强碱中不稳定 |
换算公式（必须写进论文）：
ERHE = EAg/AgCl + 0.059 × pH + E⁰Ag/AgCl
其中 $E^0_{Ag/AgCl}$ 约 0.197 V（3 M KCl，25 ℃）。不换算直接报电位，数据无法与他人比较。
| 测量 | 能得到什么 | 属于 |
|---|---|---|
| 产气/产物速率 | 表观活性 | 两者都有 |
| AQY | 光子到电子的转换效率 | 两者都有 |
| 光电流-时间（i-t） | 光响应强弱、稳定性 | 仅 PEC |
| 线性扫描伏安（LSV） | 光电流随偏压变化、 onset 电位 | 仅 PEC |
| IPCE（单色光光电转换效率） | 各波长下的量子效率，定位光谱响应范围 | 仅 PEC |
| Mott-Schottky | 平带电位、载流子浓度、半导体类型 | 仅 PEC |
| EIS | 界面电荷转移电阻 | 仅 PEC |
| 瞬态光电流/光电压（TPC/TPV） | 载流子分离与寿命 | 两者都可，PEC 更常规 |
| 表面光电压谱（SPV） | 光生电荷分离能力、表面态 | 两者都可 |
SPV 的价值：它不依赖电极制备，直接测"材料表面光生电荷分离效率"，是连接"光催化活性"与"材料本征性质"的桥梁。泊菲莱 PL-SPV/IPCE1000 稳态表面光电压谱仪、PL-TPV 瞬态表面光电压谱仪即为此设计。
| 问题 | 光催化能否回答 | 光电催化能否回答 |
|---|---|---|
| 这个材料有没有活性？ | 能（最直接） | 能（做电极后） |
| 活性来自哪个波段？ | 能（滤光片扫描） | 能（IPCE，更精确） |
| 载流子分离效率如何？ | 间接（靠 SPV/PL） | 直接（光电流、EIS） |
| 能带位置在哪？ | 需额外测试（Mott-Schottky 也可做粉末膜） | 直接（Mott-Schottky） |
| 能不能放大？ | 难（粉末回收、光穿透） | 较易（电极结构可扩展） |
| 全分解水能否分开 H₂/O₂？ | 需双室隔膜 | 天然分开（H₂ 在对电极，O₂ 在工作电极） |
| 工业可行性 | 中（悬浮体系分离难） | 高（电极 + 电路，接近器件） |
关键结论：光电催化最大的工程优势是"产物天然分离"。光催化全分解水必须在同一容器里同时产生 H₂ 和 O₂，逆反应（复水）几乎不可避免；PEC 把 H₂ 和 O₂ 分在两个腔室，从结构上消除了这个问题。
| 你的目标 | 推荐 |
|---|---|
| 快速筛选大量催化剂配方 | 光催化（多通道系统，通量高） |
| 研究材料本征电荷分离 | PEC（光电流、EIS）+ SPV |
| 报 STH 效率、做器件 | PEC（两电极体系，更像器件） |
| 全分解水并分离产物 | PEC（隔膜分隔） |
| 机理研究（波段归属） | PEC 的 IPCE 更精确；光催化可用滤光片近似 |
| 教学演示、低成本验证 | 光催化（装置简单） |
| 工业化放大 | PEC / 光电制氢一体化装置 |
现实的组合：多数课题组两者都做——先用光催化筛材料，再把最好的材料做成电极做 PEC 深入表征。这套"粉末筛选 → 电极深入"的路径，是光催化领域最常见的研究范式。
无论光催化还是光电催化，"光强"都必须在反应发生的那个面上测量：
两者都用"出光口辐照度"代替，都是错的。 出光口到反应面之间的空气、窗口玻璃、溶液都会吸收与反射，实际到达的光强可能只有出光口的 50–70%。
| 环节 | 产品 |
|---|---|
| PEC 光照（准直） | PLS-SME300E H1、PLS-FX300HU |
| 光电化学测试 | PEC2000 光电化学测试系统、PL-IPCE 太阳能电池测试系统 |
| 光谱响应 / IPCE | IPCE 1000 光电化学测试系统、PL-PES 光谱光电系统、PL-MINI PES 光电测试系统 |
| 电荷分离表征 | PL-SPV/IPCE1000 稳态表面光电压谱仪、PL-TPV 瞬态表面光电压谱仪 |
| 电解池与电极 | PLS-MECF 系列实验室电解槽、P60-45 高气密性单室三电极反应器、L60-45 离线单室三电极反应器 |
| 连续流电化学 | PLR PECTS-L2200 连续流电化学反应测试系统 |
| 光催化（粉末） | 见《光催化反应系统选型手册》 |
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本文不构成实验性能承诺，具体技术参数以实际产品技术文档及双方确认为准。
