光化学反应仪（光催化反应器）工作原理

一、核心基础原理

1. 光子被反应物、催化剂吸收

   光源输出紫外 / 可见光光子，照射溶液中的光催化剂（TiO₂、g-C₃N₄等）或底物分子。

2. 电子 - 空穴对分离（光催化主流机理）

   催化剂价带电子吸收光能跃迁至导带，形成：

• 导带：高能电子 e⁻（强还原性）

• 价带：空穴 h⁺（强氧化性）

3. 界面氧化还原反应

• 空穴 h⁺ 氧化水 / 羟基，生成・OH 羟基自由基（强氧化性，降解有机物）；

• 电子 e⁻ 还原氧气，生成・O₂⁻超氧自由基；

  多种自由基协同，把污染物彻di分解为 CO₂、H₂O、无机盐。

4. 循环再生

   电子与空穴持续分离复合，催化剂本身不消耗，可重复使用。

二、设备整套工作流程（实验室光化学反应仪）

1. 光源系统

   氙灯（模拟太阳光）、汞灯（紫外光）提供特定波段光源，配滤光片筛选单一波长，精准控制激发能量。

2. 冷却系统

   灯光发热会升温干扰实验，内置循环水冷 / 风冷，恒温控制反应体系温度。

3. 反应暗箱 + 反应管

   避光密闭腔体，防止光外泄、外界杂光干扰；样品置于石英反应管（石英透紫外，普通玻璃阻隔紫外）。

4. 搅拌 / 通气装置

   磁力搅拌让样品、催化剂均匀悬浮；通空气 / 氧气 / 氮气控制气氛，调控氧化还原环境。

5. 控制系统

   调控光照时间、功率、转速、通气流量，定时启停，完成光降解、光合成、光催化制氢、CO₂还原等实验。

三、两类典型应用反应原理区分

1. 光催化降解（污水、VOC、染料实验）

   光能激发催化剂产自由基，氧化分解有机污染物，常用于水质污染物光化学检测。

2. 光合成反应（有机合成、光催化制氢）

   光子直接激发有机分子，实现加成、分解、还原合成，温和条件合成目标产物。

四、简单通俗总结