分科測驗
108年
化學
第 11 題
📖 題組：
11-12為題組 半導體材料（例如 $TiO_2$）及催化材料受到太陽光激發後，電子會由基態躍遷至高能量的狀態，促使進行氧化還原反應。所以，藉由太陽光提供能量，在半導體材料及催化材料存在下，可以將水轉變為氫氣與氧氣，稱為光催化水分解，其組成如圖 2 所示。太陽光照射電極乙，激發其電子，然後經外電路傳導至電極甲，進而還原電解液中的氫離子，產生氫氣；同時，電極乙則可將水分子氧化產生氧氣。另外，研究發現，降低半導體材料的粒徑和添加其他催化材料，可有效增加光催化水分解效率。
11-12為題組 半導體材料（例如 $TiO_2$）及催化材料受到太陽光激發後，電子會由基態躍遷至高能量的狀態，促使進行氧化還原反應。所以，藉由太陽光提供能量，在半導體材料及催化材料存在下，可以將水轉變為氫氣與氧氣，稱為光催化水分解，其組成如圖 2 所示。太陽光照射電極乙，激發其電子，然後經外電路傳導至電極甲，進而還原電解液中的氫離子，產生氫氣；同時，電極乙則可將水分子氧化產生氧氣。另外，研究發現，降低半導體材料的粒徑和添加其他催化材料，可有效增加光催化水分解效率。
下列有關光催化水分解的敘述，哪一項正確？
- A X為 $H^+$；P為 $H_2$
- B Y為 $OH^-$；Q為 $O_2$
- C 電子流動方向，由甲電極至乙電極
- D 光催化水分解效率和催化材料大小及形狀無關
- E 光催化水分解效率和太陽光的波長及強度無關
思路引導 VIP
試著回到文章中尋找關於「電極甲」的關鍵字。文章說電子傳導至電極甲後，會去還原什麼物質？接著又會產生什麼氣體呢？試著把這個過程對應到圖中的 $X$ 與 $P$ 看看！
光催化分解水與氫能
💡 利用光能驅動氧化還原分解水，產物氫氣可用於高效燃料電池。
- 陽極光照激發電子，電子由乙流向陰極甲。
- 陰極還原氫離子產氫，陽極氧化水分子產氧。
- 催化劑粒徑愈小（表面積大），反應效率愈高。
- 氫燃料電池屬原電池不可充電，常加鉑鈀作催化劑。
