大面積光催化太陽光模擬器

光誘導有機合成反應在有機合成化學，特別在一些非常見結構的合成中占有特殊的地位，能大大縮短傳統(tǒng)合成化學的步驟而經濟實用。

1972年，Fujishima A等，報道采用TiO₂光電極和鉑電極組成光電化學體系使水分解為氫氣和氧氣，從而開辟了半導體光催化這一新的領域。半導體光催化開始研究的目的只是為了實現(xiàn)光電化學太陽能的轉化，之后研究的焦點轉移到環(huán)境光催化領域。1977年Frank SN 等首先驗證了用半導體TiO2光催化降解水中cyanide的可能性，光催化氧化技術在環(huán)保領域中的應用成為研究的熱點。20世紀80年代初期，以 Fe₂O₃ 沉積TiO₂為光催化劑成功地由氫氣和氮氣光催化合成氨，引起了人們對光催化合成的注意。1983年，芳香鹵代烴的光催化羰基化合成反應的實現(xiàn)，開始了光催化在有機合成中的應用。光催化開環(huán)聚合反應、烯烴的光催化環(huán)氧化反應等陸續(xù)有報道，光催化有機合成已成為光催化領域的一個重要分支。

光催化是光化學和催化科學的交叉點，一般是指在催化劑參與下的光化學反應。半導體材料之所以具有光催化特性，是由它的能帶結構所決定。半導體的晶粒內含有能帶結構，其能帶結構通常由一個充滿電子的低能價帶（valent-band，VB）和一個空的高能導帶（conduction band，CB）構成，價帶和導帶之間由禁帶分開，該區(qū)域的大小稱為禁帶寬度，其能差為帶隙能，半導體的帶隙能一般為0. 2 ~3. 0 eV。當用能量等于或大于帶隙能的光照射催化劑時，價帶上的電子被激發(fā)，越過禁帶進入導帶，同時在價帶上產生相應的空穴，即生成電子/空穴對。由于半導體能帶的不連續(xù)性，電子和空穴的壽命較長，在電場作用下或通過擴散的方式運動，與吸附在催化劑粒子表面上的物質發(fā)生氧化還原反應，或者被表面晶格缺陷俘獲。空穴和電子在催化劑內部或表面也可能直接復合。因此半導體光催化關鍵步驟是：催化劑的光激發(fā)，光生電子和空穴的遷移和俘獲，光生電子和空穴與吸附之間表面電荷遷移以及電子和空穴的體內或表面復合。光催化反應的量子效率低是其難以實用化為關鍵的因素。光催化反應的量子效率取決于電子和空穴的復合幾率，而電子和空穴的復合過程則主要取決于兩個因素：電子和空穴在催化劑表面的俘獲過程；表面電荷的遷移過程。

早期光化學家認為光是一種特殊的、能夠產生某些反應的試劑。早在1843 年Draper發(fā)現(xiàn)氫與氯在氣相中可發(fā)生光化學反應。1908年Ciamician利用地中海地區(qū)的強烈的陽光進行各種化合物光化學反應的研究，只是當時對反應產物的結構還不能鑒定。到60年代上半葉，已經有的有機光化學反應被發(fā)現(xiàn)。60 年代后期,隨著量子化學在有機化學中的應用和物理測試手段的突破（主要是激光技術與電子技術），光化學開始飛速發(fā)展。現(xiàn)在，光化學被理解為分子吸收大約200至700納米范圍內的光，使分子到達電子激發(fā)態(tài)的化學。由于光是電磁輻射，光化學研究的是物質與光相互作用引起的變化，因此光化學是化學和物理學的交叉學科。相應于熱化學，光催化有機合成反應的特點如下：

1）光是一種非常特殊的生態(tài)學上清潔的“試劑"；

2）光化學反應條件一般比熱化學要溫和；

3）光化學反應能提供安全的工業(yè)生產環(huán)境，因為反應基本上在室溫或低于室溫下進行；

4）有機化合物在進行光化學反應時,不需要進行基團保護；

5）在常規(guī)合成中，可通過插入一步光化學反應大大縮短合成路線。 因此，光化學在合成化學中，特別是在天然產物、醫(yī)藥、香料等精細有機合成中具有特別重要的意義。

定制的太陽光模擬器，對研究高層大氣中的空氣污染效應和光化學具有*而特殊的光譜要求。客戶的樣品室是一個裝有懸浮氣溶膠的旋轉圓柱鼓，需要均勻和準直的照明。

大面積光催化太陽光模擬器參數(shù)

1）太陽模擬器的輸出光譜規(guī)定為280nm – 750nm。

2）照明區(qū)域覆蓋范圍可定制。

3）空間不均勻度為+/- 10％（ASTM E927）。

4）總輻照度的10％

該系統(tǒng)的核心是6000 W氙氣短弧燈和深橢圓形反射鏡，可產生的光功率并將其重定向到均質系統(tǒng)中，定制了特殊的光譜濾光片，可根據客戶要求模擬太陽光譜。