光催化实验中,如何改变氙灯光源的光谱方向

由于氙灯光源的光谱与太阳光光谱在紫外及可见光区范围内相近，因此，在大多数光催化实验中采用氙灯光源作为模拟太阳光的实验光源。

图1. Microsolar 300氙灯光源光谱图与AM1.5G光谱图

1、氙灯光源+BF型/UV增强型灯泡

300 W氙灯光源的灯泡可分为BF型灯泡和UV增强型灯泡，其中，BF型灯泡的光谱范围为320 nm~2500 nm，UV增强型灯泡的光谱范围为260 nm ~ 2500 nm，光谱如图2所示。

两种灯泡的电功率均为300 W，输出光功率为50 W，二者在不同波长范围的输出光功率存在差异，见表1。UV增强型灯泡适用于紫外响应型光催化剂的活性表征实验，如：TiO₂、SrTiO₃等；BF型灯泡适用于可见光响应型光催化剂的活性表征实验，如：CdS、g-C₃N₄等。

图2. 300 W氙灯光源BF型灯泡和UV增强型灯泡光谱图

2、氙灯光源+反射型滤光片

300 W氙灯光源在光源转向头处可以安装有冷反射滤光片或全反射滤光片。

全反射滤光片具有全光谱输出特性，最大输出光谱范围260 nm ~ 2500 nm（UV增强型灯泡）。全反射滤光片将氙灯灯泡的出射光按照全反射原理将全波段的光进行反射，最终打向出光口。

冷反射滤光片最大光谱输出范围为260 nm ~780 nm（UV增强型灯泡）。冷反射滤光片会将部分红外光以透射的方式打向光源转向头的散热片，最终以热辐射形式释放；并将剩余的紫外及可见光按照全反射原理将全波段的光进行反射，最终打向出光口。光路示意图如图3所示。

图3. 反射型滤光片安装位置及光路示意图

对于光催化实验，为了避免红外光产生的热效应对实验的影响，建议使用冷反射滤光片；对于光热催化实验或需利用红外光驱动的光催化实验，建议使用全反射滤光片。光谱图如图4所示。

图4.（a） 300 W氙灯光源UV增强型灯泡搭配反射型滤光片光谱图

图4.（b） 300 W氙灯光源BF型灯泡搭配反射型滤光片光谱图

在光催化实验研究中，经常使用透射型滤光片以获得特定波段的光。透射型滤光片的作用原理是在氙灯光源原始光谱的基础上，选择性透过目标波段的光。

常用的透射型滤光片主要分为截止型滤光片、带通型滤光片和AM1.5G滤光片。

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3、氙灯光源+截止型滤光片

截止型滤光片主要用于滤除氙灯光源光谱中的紫外光或可见光。

截止型滤光片命名简称以“CUT”开头，常见型号有4种，分别为UVCUT 400、UVCUT 420、CUT 700、CUT 800。从图5中可以看出，在加装CUT420型滤光片后，氙灯光源在420 nm前的输出光被滤除掉，适用于激发波长在λ≥420 nm的光催化剂。

图5. 300 W氙灯光源加装截止型滤光片前后的光谱图

4、氙灯光源+带通型滤光片

氙灯光源加装带通型滤光片后可以获取单色光，用于光催化研究中表观量子产率（AQY）的测定或光电催化中光电转化效率（IPCE）的测定。

带通型滤光片通过截取氙灯光源原始光谱中的一部分光，来获取半波带宽为20 nm的单色光。带通型滤光片命名简称以“DT”开头，常见的波长型号有15种，分别为DT 350、DT 365、DT 380、DT 400、DT 405、DT 420、DT 435、DT 450、DT 475、DT 500、DT 520、DT 550、DT 600、DT 650、DT 700，光谱如图6所示。