光電化學
正文
研究光直接影響電極過程的電化學。簡史 1839年A.-E.貝可勒爾首先觀察到兩個等同的金屬電極插在稀酸溶液中，光照其中一個電極而產生電流的現象，稱為貝可勒爾效應。1887年H.R.赫茲在金屬│真空界面的研究中發現光電子發射現象。而在電極│溶液界面，電子的光發射效應則演變成為光電化學的一個研究方向。20世紀50年代中期以後，光發射已發展成為電化學體系中的一項獨立的研究內容。
50年代中期,在研究半導體│電解液界面過程中,了解到當光照半導體電極而且光量子的能量大於半導體的帶隙時，可以產生較大的光電流，它遠大於金屬受光照產生光電子發射所能獲得的電流。這種效應到1972年找到了套用的前景，用光照n-二氧化鈦陽極（以鉑為陰極的光電化學電池），第一次實現了光助電解水產生氫的重要成果。此後光電子化學能量轉換的研究引起了廣泛興趣，尤其在70年代後期，用電化學方法將太陽能轉化為電能和化學能(見彩圖)，形成了太陽能利用的光電化學方向（見半導體電化學）。
光電化學
①光發射;②發射的電子與溶劑的熱平衡及溶劑化過程,約在10-12秒內完成；③溶劑化電子eS在溶液中的轉變，即溶劑化電子與溶液中能捕獲電子的組分A起化學反應,這種組分稱為捕獲劑： eS+A─→【eA】
④產物【eA】在電極附近形成後再進行電化學和化學反應(後者在圖中以點線表示)；⑤如果溶液中無捕獲劑，溶劑化電子又回到電極，結果光電流接近零。一般只要未曾特意向溶液中加入電子受體，電流都很低，這是溶劑化電子與溶劑以及其中微量雜質（在溶液中難於控制的雜質）反應而產生的電流。原則上講，不能排除未溶劑化的、甚至未熱平衡的“熱”電子也能參加第③步反應，而且未溶劑化的電子也可以返回電極（圖1中兩條虛線）。
在電極│溶液界面的光電子發射是研究界面的雙電層結構、電化學動力學以及含有自由基的均相反應的很成功的手段，但是它不能實際套用於轉變太陽能為電能，因為它的效率太低。
以太陽能利用為目的的光電化學 光照電極│電解質溶液體系而產生電荷分離並起氧化還原反應，導致太陽能轉換為電能或化學能,可概括為五種體系(見表）。
光電化學
和硫離子S2-）起作用。 在圖2a
中伏打電池的反應為： 
光電合成 原理與前一種基本相同（圖2b）。光照半導體電極（n-鈦酸鍶）產生電子空穴對，為表面電場所分離，空穴在陽極表面，電子經外線路至陰極表面，分別進行下列反應：
光陽極4OH-+4hv─→O2+2H2O
陰極 2H2O+2e─→H2+2OH-
淨結果是光分解水為氫和氧。光電合成的反應種類繁多，如將氮固定為氨，光分解硫化氫，光還原二氧化碳為醇和其他有機物等。此外，在光電合成中也常用半導體粉末做微電極，形成微電池進行各種反應。以上兩種裝置都遵守光激發的半導體的光電化學規律，統稱為光電化學電池。
光伽伐尼電池 這種光電化學電池以溶液中的光敏劑為吸光物質，常用透明二氧化錫電極。經光照，光敏劑A吸光活化與電解質Z起氧化還原反應,產物之一B在二氧化錫電極上氧化，另一產物Y擴散至陰極還原,反應如下：
A+hv─→A*
A*+Z─→B+Y
B─→A+e 二氧化錫電極上的反應
Y+e─→Z 暗電極上的反應
B+Y─→A+Z 總反應
可見溶液中各組分濃度不變，只有電子經外電路從光陽極流至暗陰極，淨變化為光能轉化為電能。此體系效率低,原因是正負電荷難以有效地分離，即反應A*+Z→B+Y的逆反應難以防止。
微異相氧化還原體系 以染料(光敏劑 S)為吸光物質,受光照通過下面各種反應使水分解為氫(R為烴基)：
光電化學
光電化學膜的光電化學 模仿生物膜製成雙分子層類脂膜,並加入光敏色素,使成為色素雙分子膜。膜厚小於100埃。光照色素，光生電荷在膜的一邊起氧化作用；另一邊起還原作用而形成跨膜電動勢。這個體系最接近植物的光合膜。
展望 上述太陽能利用的五種體系中，以半導體為基礎的光電化學電池效率最高,它還可以做成蓄電池,日間除供電外，同時將光能儲為化學能，以備夜間繼續供電。光電合成的發展面甚廣，生命的起源有可能是由天然的光電合成而產生的。
利用光電化學原理可以富集稀有金屬和貴金屬，又可以記錄和保存信息，還可用簡單的方法隨時消去信息，都是發展科學技術所必需的手段。
