300W氙灯光源的科研应用

一、核心特性与技术优势

定义与解释

300W氙灯光源是通过氙气弧光放电产生的高强度光源，光谱覆盖紫外（UV）至近红外（NIR），色温约6000K，接近自然日光，具备高能量密度（如单滤光片下10cm处能量密度可达2000mW/cm2）、输出稳定及瞬时启动特性。

关键事实

• 光谱特性：连续光谱分布，紫外至近红外无明显断带，可模拟太阳光或特定波段光照。

• 能量参数：电功率300W，实际光功率约50W（如HSX-F300型号 品牌：北京纽比特），光功率密度受距离和滤光片影响显著（如双滤光片下50cm处能量密度降至4000mW/cm2）。

• 稳定性：寿命可达3000小时，光谱分布在寿命期内几乎不变，适合长时间实验。

现实案例

光催化实验中，经常采用(HSX-F300北京纽比特)300W氙灯光源模拟日光，实现了TiO?催化剂对有机污染物的高效降解，反应速率较传统汞灯提升40%。

二、主要科研应用领域

1. 能源转化研究

• 应用场景：光解水产氢、二氧化碳还原（制甲醇）、太阳能电池性能测试。

• 关键价值：模拟太阳光光谱，评估光伏器件效率或光催化材料的能量转换效率。

• 数据支撑：在光解水产氢实验中，加配配件，300W氙灯光源可提供稳定的光功率密度（100-2000mW/cm2可调），满足不同催化剂活性测试需求。

2. 光化学与催化

• 应用场景：光催化降解污染物、水污染处理、光化学合成。

• 技术优势：高能量密度驱动快速光化学反应，配合滤光片可聚焦特定波长（如紫外光激发自由基反应）。

• 案例：利用300W氙灯光源驱动g-C?N?光催化剂，实现了99%的罗丹明B染料降解（光照3小时）。

3. 生物与材料表征

• 应用场景：生物光照模拟（如小鼠节律研究、种子发芽实验）、荧光光谱测试、表面光电压谱分析。

• 独特价值：接近自然光的可见区光谱减少对生物样本的光损伤，稳定输出确保实验可重复性。

• 设计特点：灯箱分体式设计，便于集成到生物培养装置中，且散热结构可减少红外光对样品的加热效应。

4.其他科研场景

·         精密光谱学研究

• 应用：作为分光仪的光源，用于物质的定性/定量分析，如拉曼光谱、紫外-可见吸收光谱校准。

• 模拟极端环境光照。

• 场景：模拟高原、极地等特殊环境的太阳光强度与光谱分布，研究材料或生物在极端条件下的耐受性.

三、选型与实验设计要点

关键考量因素

• 光功率 vs. 电功率：需关注实际光功率（如50W）而非仅电功率（300W），避免能量误判。

• 光谱调节：通过滤光片（如紫外截止滤光片、带通滤光片）筛选目标波段，减少红外加热效应（部分型号内置红外滤除结构）。

• 散热设计：优先选择分体式散热系统（如电源与灯箱分离），避免样品温度过高影响实验结果。

常见误区

• 忽视光功率密度：相同光源在不同距离下能量差异显著（如10cm vs. 50cm处光斑直径从3cm增至5cm，能量密度降低80%）。

四、高质量资源推荐

1. 技术手册：《HSX-F300氙灯光源使用说明书》（北京纽比特科技有限公司）——详细参数、使用方法与实验配置案例。

2. 综述论文：Journal of Photochemistry and      Photobiology C: Photochemistry Reviews (2024)      “Xenon Lamp Applications in Photocatalysis”。

3. 实验方法：氙灯光源操作标准。

4. 厂商资源：HSX-F300       Xenon Light Source Product Page（含光谱曲线与配件选型）。

5. 视频教程：WWW.bjnbet.com.cn（纽比特官网）

五、总结

1. 核心价值：300W氙灯光源是模拟日光、驱动光化学反应的“科研刚需工具”，覆盖能源、环境、材料等多领域。

2. 关键参数：关注光功率（~50W）、光功率密度（可调范围100-2000mW/cm2）及光谱调节能力，而非仅看电功率。

3. 应用优先级：能源转化（光解水、CO?还原）> 光催化降解 > 生物光照/荧光测试。

4. 实验设计：需结合滤光片选型、光照距离控制及散热方案，确保数据准确性。

5. 资源建议：优先参考厂商技术手册与光化学顶级期刊案例，避免因参数误读导致实验偏差。

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，散热效果极佳；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，排名不分先后）

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。目前最常用的装置如图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）

应用案例

 文章来源：www.bjnbet.com.cn