光化学与太阳能转化

利用以电子激发为基础的化学体系贮存太阳能的探索，一直在积极地进行着。现有的体系不外乎两类。一类是均相体系，技术关键在于如何能有效地防止逆反应的发生。另一类是以界面光化学为基础的非均相体系，当然也存在有待解决的技术问题，不过现在较成功的化学体系已能将光转化为电能的效率达到 12％，将水转化成氢和氧的效率已超过 10

％。

此处简单介绍一点关于均相光反应的大致情况。分子吸收光子后， 成为富能化合物的过程可表示为：

A→B

这是一个热力学体系能量升高的过程，当逆过程进行时，多余的能量将以热或光的形式释放出来。整个循环包含了能量吸收、能量的贮存与释放三个阶段。这种可反复使用的工作体系的效率决定于 A、B 间往复变换过程的单一性，最好不存在副反应。否则每次往复都将降低工作物质的数量，效率将随之下降而成本将提高。此外，要求 A、B 状态间的自由能差值较大（＞116kJ/mol），体系能密度较高，B 最好是热力学惰性物质，A 有较好的光谱响应特性等等。实际上要找到完全符合上述要求的体系并不容易。

有机分子的光异构化是一种比较容易想到的 A■B 体系，曾受到分子光化学家的重视。研究过的顺反异构化体系很多，其中比较著名的例子是

■

二者能量相差 86.8kJ/mol。如果所用光比较匹配，光转化效率可达15％以上、能密度也较大。因为反应要求用紫外光，所以用作太阳能转化体系时，还要添加敏化剂。

已有一些可不加敏化剂的体系，但都存在污染问题，也受安全、经济与技术方面的局限，几乎都存在副反应，且产物在所用谱区内均有明显的吸收，由于这种体系的效率在使用过程中将迅速地下降，所以其前景并不乐观。有一种分解水只生成氢或氧的溶液体系，它利用离子受光激发后电子的转移来贮存太阳能。例见表 4。