光化學開放式LED光源的工作原理

光化學開放式LED光源是一種專為光化學反應設計的照明設備，其核心在于利用LED（發光二極管）的高效、可控特性，結合開放式結構，為光化學反應提供穩定、可調節的光照條件。以下是其工作原理的詳細解析：

1. LED發光原理：電子躍遷與光子釋放

• 半導體材料特性：LED由P型（空穴多）和N型（電子多）半導體結合而成，形成PN結。當施加正向電壓時，電子從N區注入P區，空穴從P區注入N區。

• 復合發光：電子與空穴在PN結附近復合，釋放能量以光子形式發射。發光波長由半導體材料的禁帶寬度（Eg）決定，公式為：

其中，$h$為普朗克常數，$c$為光速，$Eg$單位為電子伏特（eV）。例如，GaN（氮化鎵）的$Eg\approx 3.4\text{eV}$，對應波長約為365 nm（紫外光）。

2. 開放式結構：散熱與光傳輸優化

• 散熱設計：LED工作時產生熱量，開放式結構通過金屬散熱片、風扇或液冷系統加速熱量擴散，防止溫度過高導致效率下降或壽命縮短。

• 光傳輸路徑：開放式設計減少光反射和吸收損失，通常采用透鏡或反射罩聚焦光線，提高光利用率。部分系統配備可調角度支架，適應不同反應容器形狀。

3. 光化學應用關鍵：波長匹配與光強控制

• 波長選擇：根據反應物吸收光譜選擇LED波長。例如：

• 紫外光（200-400 nm）：用于光解水、有機合成（如C-H鍵活化）。

• 可見光（400-700 nm）：驅動光催化反應（如TiO?催化降解污染物）。