第4章 光电化学

光电化学传感器的应用研究进展摘要：光电化学传感器是基于物质的光电转换特性确定待测物浓度的一类检测装置。

光电化学检测方法灵敏度高、设备简单、易于微型化，已经成为一种极具应用潜力的分析方法。

本文主要介绍光电化学传感器的工作机理、特点和应用，并对有代表性的实验进行了一定的讲述和总结。

关键词：光电化学；传感器一、引言20世纪70年代，人们就开始研究光照下半导体电极的电化学行为，并逐渐发展成为一门新学科——光电化学。

目前，光电化学是当前电化学领域中十分活跃的一个研究方向，它是光伏打电池、光电催化、光解和光电合成等实际应用的基础。

光电化学过程即光作用下的电化学过程，在光照射条件下，物质中电子从基态跃迁到激发态，进而产生电荷传递。

与电化学反应相类似，在光电化学反应体系中也会产生电流的流动。

因此，利用光电化学反应可以把光能转变成化学能或电能，通过其逆过程则可以把化学能或电能转换为光能。

待测物与光电化学活性物质之间的物理、化学相互作用产生的光电流或光电压的变化与待测物的浓度间的关系，是传感器定量的基础。

以光电化学原理建立起来的这种分析方法，其检测过程和电致化学发光正好相反，用光信号作为激发源，检测的是电化学信号。

和电化学发光的检测过程类似，都是采用不同形式的激发和检测信号，背景信号较低，因此，光电化学可能达到与电致化学发光相当的高灵敏度。

由于采用电化学检测，同光学检测相比，其设备价廉。

二、光电化学的概述1、光电化学的工作机理要了解光电化学的工作原理，首先得研究光催化技术。

光催化反应的本质是指在受光的激发后，催化剂表面产生的电子空穴对分别与氧化性物质和还原性物质相互作用的电化学过程。

这里以半导体二氧化钛（TiO）为例介绍一下光电化2学的工作原理。

半导体TiO具有由价带和导带所构成的带隙，价带由一系列填满电子的轨道构2成，而导带是由一系列未填充电子的轨道所构成。

当半导体近表面区在受到能量大于其带隙能量的光辐射时，价带中电子会受到激发跃迁到导带。

光电化学与应用光电化学是一门交叉学科，结合了光学、电化学和化学的知识，研究光与电之间的相互作用。

在光电化学领域，光能被转化为电能或化学能，这种能量转化为人类的生活带来了许多便利和创新。

本文将深入探讨光电化学的基本理论和应用。

一、光电化学基本原理光电化学的基本原理是光激发物质中的电子，使其迁移到较高的能级，产生正、负电荷对。

这种电荷对随后参与化学反应，从而实现能量的转换。

其中，光的能量足以使电子从价带跃迁至导带，形成电子-空穴对，并在外加电场的作用下导致电子和空穴的分离。

这种分离进一步促使电子和空穴参与氧还原或还原氧化反应，产生电流或化学反应。

二、光电化学的应用领域1. 光电池光电池是光电化学的一种重要应用，它将光能直接转化为电能。

典型的光电池包括晶体硅太阳能电池、染料敏化太阳能电池和有机光伏电池等。

通过光电池，我们可以将太阳光直接转化为电能，实现清洁能源的有效利用。

2. 光电催化光电催化是指在光的照射下进行催化反应的过程，可以用于水分解、CO2还原、有机废水处理等。

光电催化技术具有高效、环保等优点，对于解决能源和环境等问题具有重要意义。

3. 光致发光光致发光是利用光电化学的原理来实现发光效果，被广泛应用于LED、荧光染料等产品中。

通过光致发光技术，我们可以制备高亮度、低能耗的发光产品，提高能源利用效率。

4. 光电探测光电探测是利用光电化学效应来检测光的强度、频率等，常见于光电二极管、光电倍增管等器件中。

光电探测技术在光通信、光谱分析等领域具有重要应用价值。

5. 光电晶体光电晶体是指通过施加电场或光照等外界条件来改变晶体结构、性能的材料。

光电晶体具有可调节光学性能、响应速度快等特点，被广泛应用于光学器件、传感器等领域。

三、光电化学的未来发展随着科技的不断进步，光电化学领域将迎来更多的创新和发展。

未来，光电化学技术有望在光催化、光电转换、光存储等方面取得重要突破，为能源、环境、材料等领域带来新的机遇和挑战。

前沿光电化学阴极保护的原理及研究进
展（二）
引言：
光电化学是一门研究光与电化学转换过程的交叉学科，其在能源转化、环境修复和传感器等领域具有广泛应用。

其中，光电化学阴极保护是一种新兴的前沿技术，通过在阴极表面引入光电化学反应，实现对金属材料的保护。

本文将深入探讨前沿光电化学阴极保护的原理及研究进展。

概述：
1. 光电化学阴极保护的基本原理
- 光电化学效应与阴极保护的关系
- 光电化学反应对金属材料的保护机制
2. 光电化学阴极保护的优势及应用前景
- 比传统阴极保护技术的优势
- 光电化学阴极保护在能源转化中的应用前景
- 光电化学阴极保护在环境修复中的应用前景
3. 光电化学阴极保护的关键技术
- 光电催化材料的选择与设计
- 光电化学反应条件的优化
- 光电化学阴极保护的阴界效应研究
4. 光电化学阴极保护的实验方法与评价
- 光电化学实验装置的设计与搭建
- 光电化学阴极保护效果的评价指标
5. 光电化学阴极保护的研究进展
- 光电化学阴极保护在海水电解池中的应用研究
- 光电化学阴极保护在金属腐蚀控制中的应用研究
- 光电化学阴极保护在电化学传感器中的应用研究
总结：
在前沿光电化学阴极保护研究中，通过光电化学效应和阴极保护的结合，实现对金属材料的高效保护。

其优势包括比传统阴极保护技术更高的保护效率和更广阔的应用前景。

未来的研究方向包括光电催化材料的选择与设计、光电化学反应条件的优化以及光电化学阴极保护的机理深入研究。

光电化学阴极保护技术有望在能源转化、环境修复和传感器等领域发挥重要作用。

光电化学电池的发展和未来发展趋势1508471008赵世南随着人类的工业文明得以迅猛发展，由此引发的能源危机和环境污染成为急待解决的严重问题，利用和转换太阳能是解决世界范围内的能源危机和环境问题的一条重要途径。

世界上第一个认识到光电化学转换太阳能为电能可能实现的是Becquere，他在1839年发现涂布了卤化银颗粒的金属电极在电解液中产生了光电流，以后Brattain、Garrett及Gerisher等人先后提出和建立了一系列有关光电化学能量转换的基本概念和理论，开辟了光电化学研究的新领域。

光电化学池即通过光阳板吸收太阳能并将光能转化为电能。

光阳板通常为光半导体材料，受光激发可以产生电子——空穴对，光阳极和对极（阴极）组成光电化学池，在电解质存在下光阳极吸光后在半导体带上产生的电子通过外电路流向对极，水中的质子从对极上接受电子产生氢气。

光电化学池中染料敏化纳米晶光电化学电池以其低成本和高效率而成为硅太阳能电池的有力竞争者。

染料敏化太阳电池主要由透明导电玻璃、TiO2多孔纳米膜、电解质溶液以及镀铂镜对电极构成的“三明治”式结构。

与p-n结固态太阳能电池不同的是，在染料敏化太阳电池中光的吸收和光生电荷的分离是分开的。

染料敏化太阳能电池(DSSC)是由二氧化钛多孔膜、光敏化剂（染料）、电解质（含氧化还原电对）、镀铂对电极及导电基板组成的夹层结构。

光电化学池中染料敏化纳米晶光电化学电池其基本工作原理是：在染料分子的激发态、TiO2导带、SnO2（导电玻璃）导带、Pt（对电极）功函之间存在着一个能级梯度差，当染料分子吸收太阳光其中基态的电子受光激发跃迁到染料激发态能级后，在能级差的驱动下，电子将会迅速转移到TiO2导带中，经纳米晶TiO2膜空间网格的输运进入到SnO2导带，后经外路到达对电极，并与氧化还原电对进行电子交换后，依靠氧化还原电对在氧化态染料和对电极间完成电子转移，从而实现整个光电循环。

染料敏化太阳能电池的核心部分是纳米多孔半导体氧化物薄膜电极。

光电化学生物传感器研究任伟;李静【摘要】光电化学法是在光照射下,将化学能转换为电能的低成本方法.而光电化学生物传感技术由于具有通过生物分子氧化产生的光电流来检测生物分子的能力而引起了广泛的关注.光电化学生物传感器具有低成本、高灵敏度、高特异性、仪器操作简单以及检测背景信号低等特点,在免疫检测和生物技术等重要领域具有广泛应用前景.近年来,对于光电化学生物传感器性能和检测方法的研究也取得了颇丰的成果.本文主要介绍光电化学生物传感器的概念及基本原理、分类应用及对其未来的展望.【期刊名称】《发光学报》【年(卷),期】2019(040)001【总页数】9页(P58-66)【关键词】光电化学;生物传感器;免疫检测【作者】任伟;李静【作者单位】吉林建筑大学,吉林长春 130118;吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室,吉林长春 130012【正文语种】中文【中图分类】O657.11 引言随着社会的迅速发展，人类的健康问题也越来越受到关注。

2018年6月6日世界卫生组织(WHO)发布了《2018世界卫生统计报告》(World Health Statistic 2018)，其中，在由于非传染性疾病导致死亡的案例中，恶性肿瘤以27%的比例成为最主要致死的病因。

近年来，恶性肿瘤俨然已经成为威胁全民健康的头号杀手。

然而，癌症并不等于死亡，治疗癌症的关键就在于发现早期肿瘤，主要途径有两个：一是通过早期肿瘤标志物的异常检测；二是找到合适的快速准确检测方法[1-4]。

与此同时，光电化学生物传感器迅速兴起，并因其独特的优点成为一种备受瞩目的新型生物传感器[5-7]。

光电化学生物传感器的出现，更能够实现将不能直接观察的早期肿瘤标志物的异常变化通过可见信号展现在计算机上，从而实现有效监测甚至诊断早期癌症的可能[8]。

1962年，英国科学家Clark等[9]提出将生物分子和传感器结合的设想，为生命科学研究开辟了新的道路。

光电化学制氢技术的应用与发展第一章：引言随着全球能源需求的不断增长和气候变化问题的日益严重，寻找可替代化石燃料的新型能源成为当今社会亟待解决的问题。

光电化学制氢技术作为一种环境友好、可再生的能源生产方式，得到了广泛关注和研究。

本文将探讨光电化学制氢技术的应用与发展，并展望其未来的前景。

第二章：基本原理2.1 光电化学制氢基本原理光电化学制氢技术利用太阳能驱动电解过程，将水分子分解成氢气和氧气。

这一过程主要由光电化学电池、光催化剂以及电解质等组成。

当光照射到光电化学电池的光催化剂表面时，光生电荷在催化剂表面发生分离，并促使水分子的氧化和还原反应，从而生成氢气和氧气。

2.2 光电转化效率与催化剂选择光电转化效率是评估光电化学制氢技术性能的重要指标。

催化剂的选择是影响光电转化效率的关键因素之一。

传统的光催化剂如二氧化钛(TiO2)具有较高的催化活性，但可见光响应范围较窄，光电转化效率不高。

近年来，一些新型催化剂如钙钛矿材料、金属有机框架材料等被广泛应用于光电化学制氢领域，显著提高了光电转化效率。

第三章：应用领域3.1 氢能源燃料电池光电化学制氢技术产生的氢气可作为燃料电池的原料，通过氧化还原反应产生电能。

相比传统的化石燃料，氢能源燃料电池具有零污染、高效能的特点。

目前，已有一些汽车制造商开始研发和生产使用氢能源燃料电池的汽车，推动了氢能源燃料电池技术的应用与发展。

3.2 光电分解水制氢光电分解水制氢技术是光电化学制氢技术的重要应用之一。

该技术可通过利用太阳能分解水分子产生氢气，可广泛应用于水资源短缺地区的氢能源生产。

光电分解水制氢技术具有原材料丰富、无污染和低碳等特点，是未来氢能源生产的重要方向。

第四章：发展现状与挑战4.1 发展现状光电化学制氢技术在实验室中已取得了一系列突破性进展，但在工业化规模应用上仍存在许多挑战。

目前，光电化学制氢技术的商业化应用仍处于初级阶段，成本高、稳定性差以及产氢效率低等问题限制了其进一步发展。

光电化学电化学阻抗界面电容概述及解释说明1. 引言1.1 概述光电化学（photocatalysis）是一种利用光能来驱动化学反应的重要技术，它在环境净化、光催化和能源转换等领域具有广泛应用。

光电化学通过在半导体材料中形成光生载流子对来实现电荷转移，从而引发电化学反应。

而电化学阻抗（electrochemical impedance）则是一种用于研究界面及材料性质的非常有效的表征手段。

它基于对交流信号施加于系统的响应进行分析，可以获取界面与溶液之间的传递特性信息。

界面电容（interface capacitance）作为电系中一个关键参数，常用于表征材料或界面在电场作用下储存电荷的能力。

1.2 文章结构本文首先对光电化学进行了定义和原理阐述，并概括了其主要的反应类型和应用领域。

随后，文章将详细介绍电化学阻抗以及其相关概念、测量原理和方法，并探讨了如何通过电化学阻抗谱分析来研究界面特性。

接着，我们将重点关注界面电容，解释其在电化学中的重要意义和作用，并探究界面电容受到的影响因素。

最后，本文将对整体内容进行总结，并展望光电化学、电化学阻抗和界面电容相关研究领域的未来发展方向，并提出建议。

1.3 目的本文旨在全面概述并解释光电化学、电化学阻抗和界面电容这三个关键概念及其应用。

通过对这些概念的介绍和解析，读者将能够深入了解光电化学反应的机制以及如何利用电化学阻抗和界面电容对材料或界面特性进行研究分析。

同时，本文还希望为相关领域的研究者提供展望与建议，促进该领域未来研究的进一步发展。

2. 光电化学2.1 定义及原理光电化学是研究光与物质之间相互作用和相互转换的科学领域。

在光电化学中，通过吸收光能激发分子或材料中的电荷，从而引发一系列电化学反应。

这些反应可以是光诱导的电荷转移、电解质溶液中的界面反应等。

在光电化学过程中，光激发了材料中的电子并使其跃迁到更高能级或被激发到半导体带隙中。

这些激发态的载流子（如电子-空穴对）可以在材料内部传输，并与周围所处的氧化还原体系进行反应。

光电化学的定义、光源以及涉及的光电材料、异质结的分类1.引言1.1 概述概述是文章的开篇部分，用于介绍光电化学的背景和意义。

光电化学是光与电化学的交叉学科，研究光和电化学相互作用的过程和机制。

它涉及到光源、光电材料以及异质结的分类等方面。

通过对光电化学的研究，可以揭示光与电化学之间的相互关系，拓展光电器件的应用领域，推动光电技术的发展。

光电化学作为一门独特的学科，具有广阔的应用前景。

在能源领域，光电化学可以应用于光电转换器件的研究，如太阳能电池和光电催化等，有助于实现可再生能源的利用和环境友好能源的开发。

在环境保护方面，光电化学可以用于污水处理、空气净化和废物处理等领域，利用光电材料和光源的特性来实现高效、清洁的环境治理。

此外，光电化学还在传感器、光催化剂、光电存储器件等领域有着广泛的应用。

本文将重点介绍光电化学的定义、光源以及涉及的光电材料、异质结的分类。

首先，将详细解释光电化学的概念和研究内容，为读者提供一个全面的认识。

其次，将介绍常见的光源种类及其特性，并探讨其在光电化学研究中的应用。

接着，将介绍光电材料在光电化学中的作用和分类，包括光电催化剂、光电转换材料等。

最后，将探讨异质结在光电化学中的重要性以及常见的分类方法。

通过本文的阅读，读者将对光电化学有一个系统性的了解，理解光电化学的定义、光源、光电材料以及异质结的分类等方面的内容。

同时，读者也可以更深入地了解光电化学在能源领域、环境保护以及其他应用领域的潜力和前景。

1.2 文章结构文章结构是指文章的整体组织架构，它决定了文章内容的逻辑顺序和重点安排。

本文按照以下结构进行组织和叙述：1. 引言在引言部分，将给出光电化学的概述，简要介绍光电化学的基本概念和研究领域。

同时，说明本文的结构和目的，为读者提供清晰的阅读框架。

2. 正文2.1 光电化学的定义在这一部分，将对光电化学的定义进行详细阐述。

介绍光电化学是研究光与物质相互作用引起的电化学现象的学科。

半导体光电化学原理
半导体光电化学原理是指半导体材料在光照条件下发生光电转换的基本原理。

在半导体光电化学过程中，光能量被吸收后，会激发半导体中的电子从价带跃迁到导带，形成光生载流子。

这些光生载流子会在半导体中的电场作用下分离，在导电性能较好的区域形成电子和空穴，从而产生电流。

半导体光电化学原理的基础是半导体材料的能带结构和光吸收特性。

半导体的能带包括价带和导带，两者之间存在带隙。

当光能量高于带隙能量时，光子被半导体吸收并产生光生载流子。

光子的能量取决于入射光的波长，因此半导体对不同波长的光的吸收程度也不同。

半导体的光电化学过程包括光吸收、光生载流子的分离、载流子的输运和电荷转移等步骤。

在光吸收过程中，光子的能量被吸收并转化为电子和空穴的能量。

接着，光生载流子会被电场作用下分离，形成电子寿命长的导带电子和空穴寿命长的价带空穴。

这些电子和空穴会随着载流子浓度梯度在半导体中输运，最终达到半导体的表面或界面。

在表面或界面上，光生载流子可能与氧气、水或其他分子发生电荷转移反应，产生电流或化学反应。

半导体光电化学原理在光催化、光电池、光传感器等领域具有重要应用价值。

通过研究半导体光电化学原理，可以设计和优化半导体材料的光电性能，提高光电化学能量转换效率。

此外，利用光电化学原理还可以实现光驱动的化学反应，例如水的光解产生氢气或氧气等。

需要注意的是，半导体光电化学原理的研究还存在一些挑战。

例如，光吸收效率、光生载流子的分离效率以及电荷转移反应的效率都会影响光电化学过程的效率。

因此，未来的研究需要进一步理解这些挑战，并提出相应的解决方案。

光电化学技术的研究现状及应用随着科技的不断进步，光电化学技术被越来越多地应用于各个领域，例如环境保护、能源产出、电化学合成和生物医药等。

本文将探讨光电化学技术的研究现状及应用。

一、光电化学技术的基础原理光电化学技术是一种相对较新的领域，其基础原理是将阳光或其他原始能源转化为化学反应过程中所需要的电能。

这种技术依赖于光激发引起的电化学过程，其本质上就是将化学能转化为电能。

具体来说，光电化学技术是以光为能量源，通过光化学反应的转化作用，将化学反应的能量转化为电能。

光电化学反应的基本流程包括激发、电离、联合等三个步骤，每个步骤是非常关键的。

在激发过程中，光子会激发物质中的电子，使其获得能量而脱离原子核。

在电离过程中，电子与阳离子结合，并脱离原子核，形成新化合物。

最后，在联合过程中，新化合物会重新组合形成新的原子或分子，同时释放出电子，这些电子被用于产生电力。

二、光电化学技术的研究现状目前，光电化学技术的研究主要有三个方向：光电化学催化，光电化学电池和光电化学传感器。

1、光电化学催化光电化学催化是光电化学技术在化学反应的催化领域的应用，在化学催化领域中，光电化学催化可以使用光电催化的方法和技术，将化学反应的过程加速，从而节省耗能量和成本。

例如，在有机化学反应中，使用光电催化的方法可以提高化学反应的效率、选择性和速度。

2、光电化学电池光电化学电池是利用太阳能或其他光源产生的电能，通过反应将这种能量转化为电能的一种设备。

它是一种能够长时间运作并且不需要外部电源来维持的绿色能源设备，因此在环境保护和清洁能源的发展方面有广泛的应用。

3、光电化学传感器光电化学传感器是以光为信号源，将光和化学反应相结合的传感器。

它利用光的敏感性，对照化学反应的信息进行检测，从而实现物质和环境的监测和诊断，例如在环境保护、生物医药、食品等领域都有应用。

三、光电化学技术的应用光电化学技术有着广泛的应用领域，例如：1、环境保护光电化学技术可以消除空气和水污染物，例如：利用光电化学反应清除有害气体或者利用太阳能驱动化学反应来进行废水处理。

半导体载流子的有效质量BiVO4有效质量计算值m n *有效质量1 1 d2Em* nh2 dk 2afm* nSi电子有效质量0.19m0，空穴有效质量0.16m0 GaAs电子有效质量0.067m0，空穴有效质量0.082m0导价带位置Zongyan Zhao, Wenjun Luo et al. Phys. Lett. A ,374, 2010, 4919VRHE=VAg/AgCl + 0.059pH + 0.1976VEcEfk0Tln(h3Nd 2(2k0Tmn*)3/2)Wenjun Luo et al. Energy Environ. Sci., 2011, 4, 4046NATURE | VOL 414 | 15 NOVEMBER 2001，338‐344载流子浓度1 （2 V -Vfb ) C 2 e0 r 0 Nd光电化学电池示意图Murphy et al. Int. J. Hydrogen Energy 31, 1999 (2006)光电极电化学活性面积测试a)b)200200c)nm d)nmBiVBiVOFT4 O500 OFT4O500nmnmCapacitive current (uA/cm2)543 2410 -1 -23 -3-4 0.82300mV 250mV 175mV 100mV 25mVP0o.8te5ntial (V0.9) RHE0.9513.3Porous Dense 100 50 100 150 200 250 300 Scan rate (mV/s)Adv. Energy Mater. 4, 1301785 (2014)光电化学水分解全电池太阳能转换效率e‐e‐ e‐e‐ e‐EF H+/H2 0VEg1.23 O2/H2Oh+h+PhotoanodeSTH jsc (mA / cm2 ) (1.23V ) F Ptotal (mW / cm2 ) AM 1.5G光电化学测试系统照片Working electrodereference electrodecounter electrodehνlight source：500W Xe IPCE：monochrome filter electrochemistry analyzer：CHI600B光电流-电极电势曲线光电化学测试光源，太阳光/氙灯Murphy et al. Int. J. Hydrogen Energy 31, 1999 (2006)水分解半电池太阳能转换效率测试ABPE jph (mA / cm2 ) (1.23 Vb Ptotal (mW / cm2 ))(V ) AM 1.5GJ. Mater. Res., Vol. 25, No. 1, Jan 2010Chem. Rev. 2010, 110, 6446–6473Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 11016IPCE (%) Percentage (%)APCE光电化学外量子转换效率测试IPCE electronsphotons j ph 1240 P40 30 20 100 380 400 420 440 460 480 500 520 Wavelength (nm)Xin Zhao, Wenjun Luo* et al. , Adv. Energy Mater. 4, 1301785 (2014)太阳光积分光电流光电化学内量子转换效率测试10080 Absorbance60APCEIPCE abs transport interface0.5Transmittance0.40.340Reflectance0.2200.10 350 400 450 500 550 600 650 700Wavelength (nm)0.0 380 400 420 440 460 480 500 520Wavelength (nm)Xin Zhao, Wenjun Luo* et al. , Adv. Energy Mater. 4, 1301785 (2014)不同带隙半导体理论最高太阳能分解水效率Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 11016光电化学分解水产H2产O2法拉第效率测试电流效率电极上产物的实际质量 按Faraday定律计算应获得的产物质量100%Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 11016 Energy Environ. Sci., 2011, 4, 4046InGaN光阳极稳定性测试固液界面EIS阻抗谱Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 11016Turnover数计算Appl. Phys. Lett. 92, 262110 2008InGaN光稳定性原因NHE X=0 X=0.06 X=0.12 X=0.20竞争反应：光腐蚀反应：2N3‐+ 6h+N2Ga4S+4p‐0.32eV 0.12eVGa4S+4p+In5S+5pCB0.38eV 0.57eV电解液反应： 1.05V Br2/Br‐ 1.23V O2/H2O 1.40V Cl2/Cl‐h+N2pN2ph+N2pN2p VBDOSInxGa1‐xN固溶体能带位置示意图重要概念导价带位置 光电极电化学活性面积 全电池太阳能转换效率 半电池太阳能转换效率 外量子转换效率 内量子转换效率固液界面EIS阻抗谱 Turnover数太阳光积分光电流太阳光积分光电流。

丙酮被光降解。

光化学第一定律（first law of photochemistry）亦称作光化活性原理（principle of photoche－mical activation）或格络塞斯、德雷珀定律首先，只有当激发态分子的能量足
够使分子内的化学键断裂时，亦即光子的能量大于化学键能时，才能引起光解反应。

其次，为使分子产生有效的光化学反应，光还必须被所作用的分子吸收，即分子对某特定波长的
光要有特征吸收光谱，才能产生光化学反应。

爱因斯坦在1905年提出，在初级光化学反应过程中，被活化的分子数（或原子数）
等于吸收光的量子数，或者说分子对光的吸收是单光子过程（电子激发态分子寿命很短，
吸收第二个光子的几率很小），即光化学反应的初级过程是由分子吸收光子开始的，此定
律又称为Einstein光化当量定律。

E=hv= hc/λ
λ——光量子波长 h ——普朗克常数 c——光速
夫兰克—康登原理：夫兰克首先提出这一原理的基本思想(1925)，康登用量子力学加
以说明(1928)。

他们认为：电子跃迁的过程是一个非常迅速的过程，跃迁后电子态虽有改变，但核的运动在这样短的时周内来不及跟上，保持着原状(原来的核间距和振动速度)。

由于电子和原于核质量的显著差别，电子的运动速度比原子核快得多，以至电子在跃
迁过程中原子核间距离基本保持不变．这表示在两个不同电子态的势能曲线之间，要用垂
线来表示电子跃迁过程．这个原理就称为Franck-Condon原理，它成功地解释了零谱带
系的强度分布。

Beer-Lambert定律：被测组分对紫外光或可见光具有吸收，且吸收强度与组分浓度成正比。

光电化学型pec摘要：1.光电化学型PEC 简介2.PEC 的工作原理3.光电化学型PEC 的应用领域4.我国在光电化学型PEC 的研究进展5.光电化学型PEC 的发展前景与挑战正文：光电化学型PEC（光电化学水分解系统）是一种利用太阳能直接分解水产生氢气和氧气的技术。

该技术具有绿色、清洁、高效等特点，被认为是解决能源和环境问题的重要途径之一。

光电化学型PEC 的工作原理是利用光敏半导体材料吸收太阳光，产生光生电子和空穴。

光生电子在半导体表面参与水分解反应，将水分解成氢气和氧气。

而空穴则被传输到阴极，与水分解产生的氢离子结合，形成氢气。

光电化学型PEC 的应用领域非常广泛，包括太阳能发电、氢能源、环境治理等。

其中，氢能源的应用前景尤为广阔。

氢气可以作为清洁能源，用于燃料电池、氢气轮机等，实现零排放。

此外，氢气还可以作为化工原料，用于生产氨、烃类化合物等。

我国在光电化学型PEC 的研究方面取得了显著进展。

我国科研人员已经成功研发了多种光敏半导体材料，如硅、硒化镉、硫化镉等。

同时，我国还积极开展光电化学型PEC 的产业化进程。

然而，与国外先进水平相比，我国在光电化学型PEC 的研究仍有一定差距。

尽管光电化学型PEC 具有巨大的发展潜力，但目前仍面临诸多挑战。

首先，光敏半导体材料的性能有待进一步提高，以提高光电化学型PEC 的分解效率。

其次，光电化学型PEC 的稳定性需要加强，以保证其在实际应用中的可靠性和耐久性。

最后，降低光电化学型PEC 的成本是实现其大规模应用的关键。

总之，光电化学型PEC 作为一种清洁、高效的能源技术，具有广泛的应用前景。

光电化学电解池-概述说明以及解释1.引言1.1 概述光电化学电解池是一种应用光电化学原理进行电解反应的设备。

其基本原理是利用光能激发光敏阴极或阳极表面的半导体材料，使其产生电子与空穴，进而参与电解反应。

光电化学电解池在能源转换、环境修复、化学合成和电化学分析等领域具有广泛的应用。

光电化学电解池的核心是光敏阴极和阳极。

光敏阴极通常采用光催化剂或半导体材料，如二氧化钛、半导体薄膜等。

在受光照射下，光敏阴极吸收光能，激发电子从价带跃迁到导带，形成可用于反应的电子和空穴。

而阳极则是电子通过外电路向阳极迁移的区域。

光电化学电解池的应用领域十分广泛。

在能源领域，光电化学电解池可以通过光能转化为化学能，实现太阳能的有效利用和储存。

在环境修复中，光电化学电解池可以利用光敏阴极的光催化作用，降解有机污染物或去除重金属离子。

此外，光电化学电解池还可用于电化学分析和化学合成等领域。

然而，光电化学电解池也面临一些挑战与优化空间。

首先，光敏材料的选择和合成对光电化学效率有着重要影响，在材料方面的研究还需要进一步深入。

其次，光电化学电解池的稳定性和寿命问题亟待解决，以确保设备的长期可靠性和可持续运行。

此外，光电化学电解池的成本仍较高，需要进一步的技术改进和工艺优化。

综上所述，光电化学电解池是一种应用光电化学原理进行电解反应的设备，具有广泛的应用前景。

然而，其在材料选择、稳定性和成本等方面仍面临一些挑战，需要进行深入的研究和优化。

未来，随着技术的不断进步，光电化学电解池有望在能源转换、环境修复和化学合成等领域发挥更大的作用。

1.2 文章结构文章结构主要分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分主要包括概述、文章结构和目的。

概述部分对光电化学电解池进行简单介绍，引起读者的兴趣，并提出该文章的研究内容和重要性。

文章结构部分简要说明文章的组织结构，即引言、正文和结论各部分的内容安排。

目的部分清晰地阐述了本文的主要目标和意义，为读者提供一个整体的了解。

定稿日期:2005212210基金项目:国家自然科学基金(20373062)作者简介:张鉴清,1948年生,男,博士生导师,研究方向为电化学金属的光电化学方法防腐蚀原理及研究进展张鉴清1,2　冷文华1　程小芳1　刘东坡1(11浙江大学化学系杭州310027;21金属腐蚀与防护国家重点实验室沈阳110016)摘要:自上世纪70年代以来,半导体特别是TiO 2光电催化反应在诸多领域应用引起了广泛研究.近年来研究表明它可用于金属的阴极保护.文中对金属的光电化学方法防腐蚀的化学原理及研究现状进行了简要介绍.关键词:光电化学　半导体　阴极保护　腐蚀中图分类号:X78 文献标识码:A 文章编号:100524537(2006)03201882051前言金属腐蚀是指其在各种环境条件下发生的破坏和变质.在常温下,绝大部分的金属腐蚀是通过电化学腐蚀的途径进行的[1].金属腐蚀遍及国民经济各部门,给国家经济带来巨大损失.因此,积极探索材料防腐蚀新方法,做好腐蚀与防护工作,是一个具有重要现实意义的课题.在许多金属或合金如不锈钢表面通常会形成一层不超过几十个纳米厚的具有半导体性质的钝化膜[2],在一定的程度上它可起到耐蚀作用.但这种半导体氧化膜在一定的条件下如碱性介质中是光活性的,易发生光腐蚀.最近Ohko 等[3]报道了利用紫外光照不锈钢表面的TiO 2,使其电位负移,当该电位比金属腐蚀电位更负时,就像采用阴极保护一样,使不锈钢更具耐蚀性,而且光生电压在很长时间内不会完全消失.研究表明采用类似的方法,其它金属如碳钢[4～6]、Cu [7～10]在一定的条件下也可实现光致阴极保护.由于半导体涂层如TiO 2化学稳定性好,不易发生光腐蚀;与Zn 等牺牲阳极不同的是在光阴极防腐蚀过程中并不牺牲,理论上具有很长的使用寿命,而且涂层价格比较低廉,故该方法具有潜在的应用前景.尽管人们对半导体光电化学进行了多年的研究并取得了很大的进展,但它用于光阴极保护是近年来才开始研究的.最近,沈嘉年等[11]很好地综述了TiO 2薄膜的光电效应在金属防腐蚀中的应用,但他们对其光电化学叙述较少.本文结合光电化学的最新研究进展,对金属的光电化学防腐蚀原理、影响因素及研究现状进行了简要介绍,旨在为从事该交叉领域的研究工作者提供借鉴.2金属的光电化学防腐蚀原理当用能量高于半导体吸收阈值的光照射半导体时,半导体的价带电子发生带间跃迁,即从价带跃迁到导带,从而产生电子e -和空穴h +(图1a ).光生电子—空穴对在空间电荷层电场的作用下,空穴被迁移到半导体粒子表面与溶液中的电子供体发生氧化反应[12,13],而电子向电极基底运动并通过外电路到达金属对电极,从而使金属的腐蚀电位负移,自腐蚀电流密度减小,实现阴极保护.光激发产生的电子和空穴至少经历以下途径:载流子的扩散、俘获、复合和界面电荷的传递.其中最主要的是捕获和复合两个相互竞争的过程.从动力学的观点来看,上述各步骤快慢不尽相同.一般认为,电极表面空穴转移速率为快步骤,光生电子在向基底输送过程中至少发生体相复合(J br )、空间电荷层复合(J dr )、表面态复合(J ss )、直接电荷转移(J et )和隧道转移(J tun )等过程(图1b ).总的复合电流(J 0)等于单个步骤电流之和,即J 0=J et +J tun +J ss +J dr +J br .光照时,由于光生载流子的复合而降低了外电流输出.值得指出的是,当光电极为纳米多孔时,由于颗粒内外电位差很小,能带是不弯曲的(图1c ),光生载流子分离效率主要依赖于其界面电荷转移速率差决定[14].3影响光电化学方法防腐蚀的因素311半导体种类和性质[12,14,15]通常以n 型半导体为催化剂,包括TiO 2、ZnO 、CdS 、WO 3和Fe 2O 3等.合适的光催化剂必须满足以下几个方面的条件:首先是半导体表面能带边缘的相对位置,对价带来说,它必须至少能促使水或OH -的氧化,故其标准电位应高于+2185V (相对标准氢电位);对导带来说,它必须比氧还原标准电第26卷第3期2006年6月 中国腐蚀与防护学报Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection Vol 126No 13J un 12006Fig.1(a)Schematic diagram of semiconductor photoelectrochemical anticorrosion of metal and(b)various types of recombination pathways for an n-type semiconductor/liquid junction.J et is the current caused by electron transfer over the potential barrier from the semiconductor to the redox acce ptors in the solution.J tun describes the majority carrier tunneling current through the potential barrier.Recombination due to the surface states near the interface results in J ss,while recombination in the de pletion and bulk regions produces J dr and J br,respectively.Both J et and J tun are currents requiring injection of majority carriers from the semiconductor,hence majority carrier recombination currents.On the other hand,J ss,J dr and J br are currents due to minority carrier recombination process,since holes are injected into the semiconductor for the recombination to occur and(c)schematic di2 agram of the energy band in nanoporous semiconductor thin film位更负(如果氧是电子受体的话),这样才能使氧化还原反应有效进行;其次是半导体必须稳定,即不会发生光腐蚀;另外从实际应用角度考虑,它的成本低廉.理论分析和大量实验表明,目前能满足上述要求的催化剂只有少数半导体(如TiO2).正是由于TiO2的高活性和光化学性质均十分稳定,且无毒价廉、货源充足,故成为光催化领域中的常用催化剂.光催化剂的性能是半导体表面光学特性和表面化学状态耦合的结果.TiO2的光催化性能主要由以下几个方面决定:(1)催化剂的粒径.催化剂粒子越小,体系的比表面大,反应面积就大,反应速率和效率就大;粒径越小,光生载流子容易迁移到粒子表面,电子与空穴的简单复合几率就越小,光催化活性就越高.当半导体颗粒达到几个至几十个纳米时,半导体的载流子限制在一个小尺寸的势阱中,在此条件下,导带和价带能级变成分离的能级,因而能带隙增大,吸收光谱阈值向短波方向移动,出现尺寸量子效应,此时粒子称为量子化粒子.由于尺寸量子效应,使半导体导带移向更负的电位而价带移向更正的电位,这势必加强半导体光催化剂的氧化还原能力,提高光催化剂活性;同时空穴的氧化速率增大,可减小表面空穴的积累,光阳极腐蚀减少,催化剂的稳定性增大.由于尺寸效应能通过调节半导体的粒径来控制半导体的能隙大小和能带的位置,它将对光催化反应带来重大的影响.(2)催化剂的表面状态.表面应有一定数量的羟基基团,通过该基团可有效捕获光生空穴,从而可抑制光生载流子的简单复合.(3)催化剂的晶型.TiO2粉末晶体结构有金红石、锐钛型、板钛矿和无定型4种.用来光催化反应的主要是锐钛型和金红石两种晶型.通常情况下,金红石的比表面积小,反应物在其表面吸附亦较少,锐钛型催化活性优于金红石型.实验证明,具有高光催化活性的TiO2多数为两种晶型的混合物(不是简单的混合),如Degussa P-25就是由两种晶型组成.其它如孔隙率、表面水合状态、退火预处理等都是影响光催化剂活性的因素.312溶液组成[12,15～18]溶液p H的改变将使TiO2表面荷电及能带边缘位置,例如升高p H值通常使氧化物半导体平带电位和导带边缘负移,能带弯曲程度增大;同时可能使一些溶液的氧化还原电位发生变化,改变了电荷转移的驱动力.另外溶液p H值还可能会影响有机物的吸附,改变电极表面状态,从而影响反应速率.文献中研究了在304不锈钢表面涂覆TiO2膜的试样在不同p H值溶液中的电极电位,结果表明随着p H值增大,光电压负移,对金属的防腐蚀效果会增强;p H值对碳钢/TiO2涂层和Cu/TiO2涂层体系的光电压也有相似影响.所以溶液p H值是光电化学反应的一个重要控制参量.如果溶液中存在电子受体特别是溶解氧,它可能捕获光生电子(参见图1b,J et),抑制光生载流子的复合,但输出光电流减小.313光强用于半导体载流子激发的光子能量必需大于半9813期张鉴清等:金属的光电化学方法防腐蚀原理及研究进展 导体的禁带宽度E g,锐钛型TiO2的E g为312eV,所需入射光的最大波长为38715nm,金红石由于禁带宽度略小,为310eV,所需最大波长为413nm[15].实验研究中一般采用波长为300nm～400nm的光,高压灯、黑光灯、紫外杀菌灯和氙灯等均能满足要求.太阳光到达地面的紫外光不到10%,从能量利用角度来看,利用太阳能实现材料的光电化学防腐蚀具有非常诱人的前景.入射光的强度和半导体的光吸收直接影响光生电子数,光强越高,光电子数越多,电极准费米能级越高,光电压愈高,同时光生载流子的复合速率可能更大.换句话说,光强大,并不一定都有效,所以实际应用中应考虑光强(光电流)与金属的腐蚀电流密度相匹配问题.4提高半导体光电转换效率的途径[13,15～19]光生载流子的分离效率是光催化技术的关键部分,它们的高低决定了光催化技术效率的高低.所以从光催化出现以来,人们在提高催化剂效率方面做了大量的工作并取得了明显的进展.提高半导体催化效率的途径有很多,其中用得较为普遍的有半导体改性和复合半导体等.411半导体改性在光催化剂表面担载高活性的贵金属、金属和金属氧化物如Pt、Au、Pd、Ru等,可有效防止电子—空穴的简单复合.其中表面载铂研究最多.当半导体表面和金属接触时可形成肖特基势垒,它成为俘获光生电子的有效陷阱,延长了载流子的复合寿命;此外,贵金属还起到降低还原反应的超电势,从而可提高光催化活性.实验研究发现只有一些特定的金属离子掺杂有利于提高光量子效率,多数金属离子的掺杂反而是有害的.总的说来,对于其作用机理分析还欠缺,研究还处于一个试探阶段.从化学观点看,金属离子掺杂可能在半导体晶格中引入了缺陷位置或改变结晶度等,从而影响电子—空穴对的复合,如成为电子或空穴的陷阱而延长其寿命,或成为电子—空穴的复合中心而加快了复合.目前采用非金属如N[20]、C[21]和F[22]掺杂受到重视,主要是用来拓宽催化剂的光谱响应范围.412复合半导体将两种不同的半导体粒子联结起来就成为一种夹心结构的半导体胶体,一边为能带隙较小的半导体,一边为能带隙较大的半导体.70年代就提出了半导体-半导体复合概念,但直至90年代才应用到光催化领域.由于复合半导体更有利于光生载流子的分离,因而,近年来对复合半导体尤其是二元半导体类型进行了许多研究,如TiO2-SnO2、TiO2-WO3等.这些复合半导体几乎都表现出高于单个半导体的光催化性质.二元半导体活性的提高可归因于不同能级半导体之间光生载流子的输运和分离.以TiO2-SnO2复合体系为例(图2),当用足够能量的光照射时,TiO2和SnO2同时发生带间跃迁,由于导带和价带能级的差异,SnO2的带隙E g=318eV, TiO2的带隙E g=312eV,在p H=7时,SnO2的导带E CB=0V(vs N HE),低于TiO2的导带E CB= -015V(vs N HE),所以光生电子聚集在TiO2的导带,而空穴则聚集在SnO2的价带,光生载流子得到分离,从而提高了量子效率.另一方面,当光量子能较小时,只有TiO2发生带间跃迁,TiO2中产生的激发电子输运至SnO2的导带而使得光生载流子分离[23].值得注意的是,只有两种半导体耦合起来才能表现出上述性质,如果是相互包裹,如TiO2包裹SnO2,则完全不会产生电荷分离效率的提高.此外,复合半导体如TiO2/CdS激发波长可延伸至较大范围[24],从而可充分利用光能.这也使得复合半导体具有更大的应用前景.5光电化学方法防腐蚀的研究现状511阴极材料光催化技术是当今研究热点之一,近年来半导体光催化技术开始用于金属的光电化学防腐蚀.日本在这方面研究较早.总体来说该领域还主要处于探索阶段,即探讨常见金属的光致阴极保护的可行性,对光阳极的筛选研究较少,主要局限于TiO2光催化剂.下面就这两方面情况作一以简要介绍.上世纪90年代中期Tsujikawa等较早报道了Fig.2Diagram illustrating the principle of charge separation in a TiO2/SnO2coupled semiconductor091中国腐蚀与防护学报第26卷TiO2涂层在紫外光照下可阴极保护金属Cu[7]、不锈钢[25]和碳钢[26,27].随后有人报道了TiO2在紫外光或γ射线的照射下可实现不锈钢的光致阴极保护[3].Leng等采用镍载TiO2光催化降解有机污染物的同时无意中发现了载体镍不易腐蚀[16].2001年Fujishima研究组对它的机理作了详细解释,实验证明TiO2涂层对304不锈钢不仅具有较好的防腐蚀效果,而且具有自洁净功能[3].这对于户外不锈钢材料的装饰效果具有吸引力.值得一提的是,Choi 等[6]详细研究了TiO2对碳钢光电化学防腐蚀的影响因素和机理.他们还发现即使没有有机物的情况,水作为电子供体可以实现碳钢防腐蚀.他们还提出利用催化剂阳极-金属阴极耦合可能实现地下金属的远程光保护,不过并未实验证明.国内沈嘉年等发现采用阳极氧化法制备的氧化钛亦可光致阴极保护碳钢,同时发现无紫外光照时,氧化钛-碳钢耦合体系加速了碳钢的腐蚀[28].总之,目前金属的光致阴极保护还局限在腐蚀电位比较正,腐蚀电流密度比较小的金属材料上,我们曾尝试X70管线钢光阴极保护,有一定的效果,但实验条件比较苛刻,详细结果正在探索中.512光阳极选择如前所述,光阳极的选择主要还局限于TiO2光催化剂.这可能与其效率和稳定性较高有关.最近有人尝试采用SnO2[8]、ZnO[6]和Sr TiO3[4]等宽禁带半导体为光阳极并取得了较好的结果.从热力学的角度看,宽禁带半导体特别是导带边缘电位比较负的催化剂有望对腐蚀电位比较负的金属实现光保护.复合半导体如SnO2-TiO2可提高光电转换效率.Subasri等发现采用SnO2-TiO2=1∶1时具有较佳的光电流,并且复合半导体具有光致储能效果,即使在光照停止数小时后对Cu还具有保护作用[10]. TiO2-WO3电极在光照停止一定时间后对金属也具有缓蚀作用[29].这种储能作用对于金属即使在无光照条件下也可实现缓蚀具有重要的意义.6结束语尽管半导体光电化学研究进行了数十多年的研究,但该技术用于金属的光致阴极保护是近几年才受到重视的.该技术的最大特点是在常温和常压下,只利用催化剂、光、空气和水就能实现,而且从长远的观点来看,它将可利用取之不尽的太阳光能.因而,在腐蚀与防护领域显示出非常诱人的应用前景.该技术的关键部分是阳极,即其光生载流子的分离效率问题,但与传统的光催化在环境领域的应用具有很多不同之处,需要进一步系统深入研究.宽禁带半导体只能吸收紫外光,而太阳光中这部分光能却不到5%,所以如何扩展催化剂的光谱利用范围并以太阳能为光源在自然环境条件下实现户外不锈钢等金属的防腐必将具有重要的理论和实践意义.可以预见,提高光电转换效率及拓宽催化剂的光谱响应范围是该技术走向实用化的关键.另外开发光致储能电极也是一个重要课题.参考文献:[1]Cao C N.Corrosion Electrochemistry[M].Beijing:Chemical Indus2try Press,1994(曹楚南.腐蚀电化学[M].北京:化学工业出版社,1994)[2]Lin Z H.Application of photocurrent spectrum technology in the re2search of metal oxide[J].Mater.Prot.,1990,23(11):4-7(林仲华.光电流谱技术在金属氧化膜研究中的应用[J].材料保护,1990,23(11):4-7)[3]Ohko Y,Saitoh S,Tatsuma T,et al.Photoelectrochemical anticor2rosion and self-cleaning effects of a TiO2coating for type304 stainless steel[J].J.Electrochem.Soc.,2001,148(1):B24-B28 [4]Ohko Y,Saitoh S,Tatsuma T,et al.Photoelectrochemical anticor2rosion effect of Sr TiO3for carbon steel[J].Electrochem.Solid State Lett.,2002,5(2):B9-B12[5]Huang J,Shinohara T,Tsujikawa S.Effects of interracial iron ox2ides on corrosion protection of carbon steel by TiO2coating under il2 lumination[J].Zairyo-to-K ankyo,1997,46:651-661[6]Hyunwoong P,Kyoo-Y oung K,Wonyong C.Photoelectrochemicalapproach for metal corrosion prevention using a semiconductor pho2 toanode[J].J.Phys.Chem.B,2002,106:4775-4781[7]Yuan J,Tsujikawa S.Characterization of so1-gel derived TiO2coating and their photoeffects on copper substrates[J].J.Elec2 trochem.Soc.,1995,142(10):3444-3450[8]Subasri R,Shimohara T.The applicability of SnO2coating for cor2rosion protection of metals[J].Electrochem.Solid State Lett., 2004,7(7):B17-B20[9]Subasri R,Shimohara T,Mori K.TiO2-based photoanodes for ca2thodic protection of copper[J].J.Electrochem.Soc.,2005,152(3):B105-B110[10]Subasri R,Shimohara T.Investigation on SnO2-TiO2compositephotoelectrodes for corrosion protection[J]2 mun.,2003,5:897-902[11]Wu P F,Li M C,Xiao M Q,Liu D,Shen J N.Application of pho2toelectric effect of TiO2films for corrosion prevention of metals [J].Corros.Sci.Prot.Technol.,2005,17(2):104-106(武朋飞,李谋成,肖美群,刘冬,沈嘉年.TiO2薄膜的光电效应在金属防腐蚀中的应用[J].腐蚀科学与防护技术,2005,17(2):104-106)[12]Hoffman M R,Martin S T,Choi W,et al.Environmental applica2tion of semiconductor photocatalysis[J].Chem.Rev.,1995,95:69 -96[13]Peter L M.Dynamics aspects of semiconductor photoelec21913期张鉴清等:金属的光电化学方法防腐蚀原理及研究进展 trochemistry[J].Chem.Rev.,1990,90:753-769[14]Hagfeldt A,Graetzel M.Light-induced redox reactions innanocrystalline systems[J].Chem.Rev.,1995,95:49-68 [15]Leng W H.Photocatalytic and synergetic photoelectrocatalyticdegradation of two aromatic amines over immobilized titanium dioxide[D].Hangzhou:Zhejiang University,2000(冷文华.固定态二氧化钛光催化和光电协同催化降解两种芳香胺[D].杭州:浙江大学,2000)[16]Leng W H,Liu H,Cheng S A,et al.K inetics of photocatalyticdegradation of aniline in water over TiO2supported on porous nickel[J].J.Photochem.Photobiol A:Chem.,2000,131:125-132[17]Leng W H,Zhang Z,Zhang J Q.Photoelectrocatalytic degradationof aniline over rutile TiO2/Ti electrode thermally formed at600℃[J].J.Mol.Catal A:Chem.,2003,206:239-252[18]Leng W H,Zhang Z,Zhang J Q,Cao C N.Investigation of the ki2netics of TiO2photoelectrocatalytic reaction involving charge trans2 fer and recombination through surface states by electrochemical impedance spectroscopy[J].J.Phys.Chem.B,2005,109:15008-15023[19]Shen P,Cao J L,Leng W H,Wang J M.Preparation,microstruc2ture and photoelectrochemical properties of Co doped titanium ox2 ide electrodes[J].Chin.J.Chem.Phy.,2003,16(4):307-311(谌攀,曹江林,冷文华,王建明.掺钴氧化钛电极的制备、表征及其光电性能[J].化学物理学报,2003,16(4):307-311) [20]Asahi R,Morikawa T,Ohwaki T,et al.Visible-light photocataly2sis in nitrogen-doped titanium oxides[J].Science,2001,293:269 -271[21]Shahed U,Khan M,Al-Shahry M,et al.Efficient photochemicalwater splitting by a chemical modified n-TiO2[J].Science,2002,297:2243-2245[22]Yu J C,Yu J G,Ho W K,Jiang Z T,Zhang L Z.Effects of F-doping on the photocatalytic activity and microstructures of nanocrystalline TiO2powders[J].Chem.Mater.,2002,14(9): 3808-3816[23]Shi J Y,Leng W H,Cheng X F,et al.Photocatalytic oxidation ofmethyl red by TiO2in a photoelectrochemical cell[J].Acta Phys.Chin.Sin.,2005,21(9):971-976(施晶莹,冷文华,程小芳等.TiO2光电化学电池催化氧化甲基红[J].物理化学学报,2005,21(9):971-976)[24]G opidas K R,Bohorquez M,K amat P V.Photophysical and photo2chemical aspects of coupled semiconductors:charge-transfer pro2 cesses in colloidal cadmium sulfide-titania and cadmium sulfide-silver(I)iodide systems[J].J.Phys.Chem.,1990,94(16):6435 -6440[25]Fujisawa R,Tsujikawa S.Photo-protection of304stainless steelwith TiO2coating[J].Mater.Sci.Forum.,1995,185-188:1075 -1081[26]Yuan J,Tsujikawa S.Photo-effect of sol-gel derived TiO2coat2ing on carbon steel in alkaline solution[J].Zairyo-to-K ankyo, 1995,44:534-542[27]Huang J,Shinohara T,Tsujikawa S.Protection of carbon steel fromatmospheric corrosion by TiO2coating[J].Zairyo-to-K ankyo, 1999,48:575-582[28]Li M C,Lou S Z,Wu P F,Shen J N.Photocathodic protection ef2fect of TiO2films for carbon steel in3%NaCl solutions[J].Elec2 trochim.Acta,2005,50:3401-3406[29]Tatsuma T,Saitoh S,Ohko Y,et al.TiO2-WO3photoelec2trochemical anticorrosion system with an energy storage ability [J].Chem.Mater.,2001,13:2838-2842PRINCIPL ES OF PH OT OE L ECTR OCHEMICAL APPR OACHFOR METAL ANTICORR OSION AN D CURRENT STATUSZHAN G Jianqing1,2,L EN G Wenhua1,CHEN G Xiaofang1,L IU Dongpo1(11Depart ment of Chemist ry,Zhejiang U niversity,Hangz hou310027;21S tate Key L aboratory f or Corrosion and Protection,S henyang110016)Abstract:There have been widely investigated on the application of semiconductor photoelectrochemical reaction since1972,particularly TiO2photocatalysis.In recent years it has been demonstrated that it can apply to the ca2 thodic protection for metal.In this paper the principles of photoelectrochemical approach for metal anticorrosion are briefly presented and it current status are reviewed.K ey w ords:photoelectrochemistry,semiconductor,cathodic protection,corrosion291中国腐蚀与防护学报第26卷。