中科智能（北京）光电科技有限公司

光催化用氙灯光源选型指南

一、选型原则

1. 光谱匹配性

• 根据催化剂吸收波段选择：

• 紫外光催化（如TiO?、ZnO）：需紫外增强氙灯（300-400 nm）。

• 可见光催化（如g-C?N?、CdS）：需可见光滤光片（λ > 420 nm）。

• 全光谱催化：保留氙灯全光谱或使用AM1.5G滤光片。

2. 光强与功率

• 小体系（<50 mL）：50-300W，光强50-200 mW/cm2。

• 大体系或高通量：500-1000W，需强化散热。

3. 稳定性要求

• 光强波动<±2%，寿命≥500小时。

二、关键配置推荐

三、典型应用配置示例

1：有机污染物降解（紫外光催化）

• 光源：300W氙灯（紫外增强型，如HSX-UV300）。

• 滤光片：紫外透过滤片（300-420 nm）。

• 散热：水冷机（控温25±1℃）。

• 反应器：石英试管+磁力搅拌。

2：光解水制氢（全光谱）

• 光源：300W氙灯（HSX-F300）。

• 滤光片：透射-反射式滤光片（可见高反）、紫外透射反射。

·         检测：光照下，催化剂被激发产生电子，将 H?还原为 H?；通过气相色谱（GC）实时检测 H?的产量，计算产氢速率（μmol?h?1?g?1）或量子效率。

3：CO?还原

• 光源：300W氙灯（XENON-ZN300）。

• 滤光片：A UVIRCut400（透过400-780nm）等。

• 检测：在线气相色谱监测H?产量。

4：海水淡化

• 光源：500W氙灯（Solar500/ Solar 500T/ Solar 150）。

• 滤光片：AM1.5G+红外截止滤片(UVCUT400、UVCUT420)。

• 热法（蒸发 - 冷凝）：利用热能使海水蒸发，水蒸气冷凝后得到淡水，如多级闪蒸（MSF）、多效蒸馏（MED）、太阳能蒸馏等。

四、常见问题与解决

1. 问题：反应液温度升高

• 解决方案：

• 加装红外截止滤光片。

• 反应器外接循环水浴。

2. 问题：光强不稳定

• 解决方案：

• 使用恒流电源。

• 定期更换老化氙灯（寿命500-1000小时）。

五、推荐品牌与型号

六、操作注意事项

1. 安全防护：氙灯含紫外辐射，佩戴护目镜。

2. 校准流程：

• 开机预热10分钟。

• 用光强计测量反应平面实际光强。

3. 维护建议：

• 每3个月清洁光学窗口。

• 记录氙灯使用时长，及时更换。

HSX-F300/ HSX-UV300 高能量光催化氙灯光源（太阳光模拟器）

氙灯光源光谱范围从紫外、可见到红外，因和太阳光谱非常相近，被称为太阳光模拟器，增加AM1.5G滤光片可以实现光谱匹配度A级。即可作为紫外光源、也可作为可见和红外光源，同时也可以模拟太阳光输出。

氙灯光源分为氙灯稳压电源和氙灯灯箱两部分，提高了氙灯光源的便携性。独特的电源电路设计，实现氙灯功率可调；灯箱主体采用均向的散热结构，散热效果；光路转向头采用了二次滤光结构，滤除了大量红外光，很大程度地降低红外线在实验中对溶液或样品影响，减小加热和挥发；滤光转向头兼容多种规格滤光片、透镜；滤光转向头可360°旋转，实现任何方向的光照；智能化的面板设计，操作简单方便；增加了反馈电路，高稳定性。

氙灯光源光谱曲线

AM1.5G模拟太阳光光谱

部分荣誉客户（相关产品）

中国科学院化学研究所、中国科学院理化技术研究所、北京航空航天大学、福州大学、南京大学、北京大学、北京理工大学、环境生态中心、中国农业大学、北京交通大学、哈尔滨工业大学、哈尔滨师范大学、黑龙江东方学院、大连理工大学、山西大学、天津大学、华中科技大学、贵州大学、兰州化物所、河南信阳师范学院、福建物构所、浙江师范大学、西安交通大学、吉林大学、四川大学、四川理工大学、北京化工大学、北京航空航天大学、北京科技大学… …（部分客户，不分先后）

氙灯光源技术参数

主要应用

此系列氙灯光源广泛应用于光解水产氢、光化学催化降解、二氧化碳制甲醇、光化学合成、光降解污染物、水污染处理、生物光照，光学检测、太阳能电池研究、荧光材料测试（透射、反射、吸收）、材料形变、各类模拟日光可见光加速实验和紫外波段加速实验等研究领域。

1、光致变色

光致变色现象是指一个化合物（A），在收到一定波长的光照射时，可进行特定的化学反应或物理效应，获得产物（B），由于结构的改变导致其（可见部分的）吸收光谱发生明显的变化,。 而在另一波长的光照射或热的作用下，产物（B）又能恢复到原来的形式。如下式所示：

2、光催化

光催化的原理是利用光来激发二氧化钛等化合物半导体，利用它们产生的电子和空穴来参加氧化—还原反应。 当能量大于或等于能隙的光照射到半导体纳米粒子上时，其价带中的电子将被激发跃迁到导带，在价带上留下相对稳定的空穴，从而形成电子—空穴对。由于纳米材料中存在大量的缺陷和悬键，这些缺陷和悬键能俘获电子或空穴并阻止电子和空穴的重新复合。这些被俘获的电子和空穴分别扩散到微粒的表面，从而产生了强烈的氧化还原势。

3、光催化分解水(photocatalytic water splitting)

光解水，可见光催化裂解水制氢：纳米催化结构及反应机制的研究进展 

利用TiO2吸收太阳能把水分解为氢气和氧气，光分解水制氢。

图1.图片来源网络仅供参考

 光分解水制氢的原理

光分解水制氢在热力学上是Gibbs自由能增大的过程：

因此又被称为人工光合作用。

光分解水制氢的本质是半导体材料的光电效应。当入射光的能量大于等于半导体的能带时，光能被吸收，价带电子跃迁到导带，产生光生电子和空穴。电子和空穴迁移到材料表面，与水发生氧化还原反应，产生氧气和氢气（图2）。

光分解水制氢主要包括3个过程（图3），即光吸收、光生电荷迁移和表面氧化还原反应。

(i) 光吸收。对太阳光谱的吸收范围取决于半导体材料的能带大小: Band gap(eV)=1240/λ(nm)，即带隙越小吸收范围越宽。对于光催化制氢催化材料来说，还要求导带的位置高于H^-+/H₂(0V vs. NHE)，价带位置低于O₂/H₂O(1.23 V vs. NHE)，因此理论上要求能带大小不小于1.23 eV。

(ii) 光生电荷迁移。材料的晶体结构、结晶度、颗粒大小等因素对光生电荷的分离和迁移有重要影响。缺陷会成为光生电荷的捕获和复合中心，因此结晶度越好，缺陷越少，催化活性越高。颗粒越小，光生电荷的迁移路径越短，复合几率越小。

(iii) 表面氧化还原反应。表面反应活性位点和比表面积的大小对这一过程有重要影响。通常会选用Pt、Au等贵金属纳米粒子或NiO和RuO₂等氧化物纳米粒子负载在催化剂表面作为表面反应活性位点，只要负载少量此类助催化材料就能大大提高催化剂的制氢效率。

光催化制氢效率表征的两种方式

目前研究光催化剂的制氢效率主要通过两种方式表征，及光催化分解水(photocatalytic water splitting) 和光电化学分解水(photoelectrochemical water splitting)。

光催化分解水是将粉体催化剂分散在水中（图4）。这种方法的优点是可以大规模应用，但是有氢气和氧气难以分离的问题。为此又发明了两步法（图5），即采用两种催化剂，分别产生氢气和氧气，并通过一种氧化还原电对将这两种催化剂联系起来。这种方法不仅避免了氢气和氧气的分离问题，而且降低了催化剂能带位置的要求，催化剂的选择面更宽，但是也带来了与氧化还原电对的逆反应问题。一步法将水直接分解为氢气和氧气对催化剂的要求较高，因此往往加入牺牲剂来获得氢气或氧气。牺牲剂的作用是消耗光生空穴或电子，比如甲醇、乙醇、乙二醇、乳酸等是常用的制氢牺牲剂，而AgNO₃是常用的制氧牺牲剂。

光催化分解水装置

粉体催化剂分散在水溶液中制氢，需通过收集反应产生的气体量来评价催化剂的催化性能。目前常用的装置如图6所示，包括反应器、气体取样部、气密循环系统以及抽真空装置，气体取样部与气象色谱相连，可以实时在线检测气体的产生量。光源为高压汞灯（紫外光为主）或氙灯（可见光为主），通过附加滤光片或滤光溶液得到所需波段的光源。由于气体的特殊性，因此对装置的气密性要求较高，操作过程中通过转动特殊设计的阀门来控制。

4、光电化学分解水(photoelectrochemical water splitting)

光电催化太阳能分解水、光电化学(PEC)裂解水制氢系统

光电化学水分解电池，是通过半导体电极吸收太阳光产生光生载流子，而后通过载流子在体相或外电路的迁移，从而与水发生氧化或者还原反应。光电化学水分解电池能够将太阳能转化氢能进行存储，不受太阳光时间、空间分布不均的影响。

光电化学水分解电池的器件结构有多种组成方式，例如通过光伏电池与光电极串联，可以获得较高的太阳 能转化效率，但结构成本也相对较高；而通过p型光阴极和n型光阳极组成的叠层结构，不仅拥有较高的理论转化效率( 约28 %) ，同时成本相对较低，是理想的器件结构。

光电化学分解水是将催化剂制成电极，与对电极通过导线相连，通常还会加一个偏压（图6）。若半导体材料为n型，则在催化剂电极处产生氧气，对电极处产生氢气；若半导体材料为p型，则相反。

其他应用

? 光催化（Photocatalyst）
? 化学分析（Chemical analysis）
? 检查照明（Inspection lighting）
? 对光反应变色（Photochromism）
? 光谱学（Spectroscopy）
? 紫外线消毒（UV light disinfection）
? 人工光合作用（Artificial photosynthesis）
? 荧光显微测定（Fluorescent observation）
? 光能疗法（Photodynamic therapy）

应用

Solar500科研级太阳模拟器

Solar系列太阳光模拟器也称为氙灯光源，专门针对科学研究研发的均匀光源，因其紫外到红外光光谱近似太阳光受到国内外科研院所、高校和研究单位的认可和好评，此款光源常用功率从35W-3000W，代表性的是Solar-500，可满足大多数实验要求。

主要应用于模拟太阳光相关实验，如：光致发光、太阳能电池研究、光电响应型器件测试、半导体材料研究、荧光测试、表面光电压谱、生物光照（如：小白鼠实验、种子检测等）、光化学（光催化光降解等）、水蒸发（海水淡化）、表面缺陷分析等领域。

技术规格

发射光谱： 300-2500nm

太阳光谱匹配度：A级

光稳定度：≤0.5%

平行光斑直径：60mm

变焦功能：有

不均匀度：±5%~±15%

灯泡寿命：不等，依据不同灯泡。

冷却方式：风冷

输出形式：平行光

光源光谱

造型指南

选配滤光片

紫外截止片：UVCUT400、UVCUT420

紫外光滤光片：300-400nm、 313nm、334nm、350nm、365nm、380nm

可见光滤光片：400-780nm、 420nm、435nm、450nm、475nm、500nm、520nm、550nm、575nm、600nm、620nm、650nm、675nm、700nm、750nm、800nm、850nm、900nm

红外光滤光片：780-1500nm

光纤输出   

应用方面

1、PEC光电化学太阳模拟器

2、海水淡化蒸发实验

应用

光功率计 PM2000

PM2000光功率计是一种新型宽光谱响应、高灵敏、快响应、低温漂，数字直读的强光光功率测量仪器。该仪器配套的光电探测探头，分别适用于量程和高分辨率的测量范围。探测探头不仅能保证测试仪有很高的灵敏度，而且能承受较高的功率密度。独特的专有技术使它在灵敏度和响应速度上大大提高。

光功率计已广泛应用于从紫外至红外的各种强光及其他辐射强度的测量；也可以用于光学医学、光学防护、光学加工、光学测距、光学动植物生理反应等要求高稳定、高、高灵敏的辐射强度测量。

技术参数

本仪器包括主机、探测探头两部分，测量结果直接由液晶显示器显示。便于观察记录。

Omno-500系列三光栅扫描单色仪

?非对称水平Czerny-Turner光路,消慧差设计,可改善谱线对称性和提高光学分辨率

?消二次色散设计，有效抑制杂散光

?可根据具体需求灵活配置多块光栅

?RS232接口通过计算机控制光栅转换,滤光片更换,波长扫描,实现全自动宽光谱测试

?入光口可与我公司各种光源配套使用，可配光纤接口

?可连接我公司任意一款单点探测器和其它附件，还可以连接线阵、面阵探测器做摄谱仪使用，具有两个可选出光口位置

?精密蜗轮蜗杆传动，准确度和重复性高，噪声低，使用寿命长

?狭缝设计独特，刃口自动保护，宽度调节对称性，好使用寿命长

?配有充氮气专用口，便于在紫外和近红外有大气吸收谱的波段范围内使用

?选材精细，工艺规范，制作精良，具有良好的性能指标和批量一致性

?光学室和机械传动室严格分开，避免后者产生杂散光及润滑油微量挥发对光学件的污染

光路图：

 基本参数：

选配光栅：

选型说明：

文章来源：www.bjnbet.com.cn