本發(fā)明涉及二氧化碳催化還原領(lǐng)域，特別是涉及一種光電催化二氧化碳催化還原反應(yīng)裝置。

背景技術(shù)：

近年來，利用光催化還原技術(shù)將二氧化碳轉(zhuǎn)化為清潔燃料已引起各國研究者的關(guān)注。從熱力學(xué)角度看，二氧化碳的能級(jí)較低，化學(xué)惰性大，難以活化，要使其還原必須補(bǔ)充能量，且由于二氧化碳本身無法吸收波長在200～900nm之間的可見光和紫外光，因此，二氧化碳的光催化還原過程需引入光催化劑。當(dāng)催化劑受到適當(dāng)波長的光激發(fā)后產(chǎn)生電子-空穴對(duì)并遷移至催化劑表面，然后二氧化碳和水蒸氣會(huì)被吸附在催化劑的活性反應(yīng)位點(diǎn)，與具有還原性和氧化性的電子-空穴發(fā)生反應(yīng)?？昭▕Z取水蒸氣中的電子使其分解為形成強(qiáng)氧化型的氫氧根自由基和氫離子，而二氧化碳和新生成的氫離子可作為電子受體被還原為強(qiáng)氧化型二氧化碳陰離子自由基和氫原子自由基，進(jìn)一步參與反應(yīng)最終生成甲烷、甲醇、甲酸和甲醛等小分子碳?xì)溆袡C(jī)化合物。

盡管光催化轉(zhuǎn)化二氧化碳的研究領(lǐng)域已取得了很大進(jìn)展，但是目前仍存在催化劑光量子使用效率低、光電轉(zhuǎn)換效率低、光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合率高等問題。總體來說就是存在催化還原反應(yīng)效率低的問題。因此，如何提高二氧化碳催化還原反應(yīng)效率，是二氧化碳催化還原領(lǐng)域急需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種二氧化碳催化還原反應(yīng)裝置，以提高二氧化碳催化還原反應(yīng)效率為目的。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種二氧化碳催化還原反應(yīng)裝置，所述二氧化碳催化還原反應(yīng)裝置包括：

光催化反應(yīng)器、設(shè)置于所述光催化反應(yīng)器內(nèi)的電催化反應(yīng)器以及設(shè)置于所述光催化反應(yīng)器外的電化學(xué)工作站和光源燈；所述光催化反應(yīng)器側(cè)壁設(shè)有光照窗口；所述光照窗口與所述光源燈的出光口對(duì)應(yīng)設(shè)置；所述電催化反應(yīng)器側(cè)壁上嵌有鈦片，所述鈦片與所述光照窗口對(duì)應(yīng)設(shè)置；所述電催化反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有與所述電化學(xué)工作站相連的三電極；其中，所述鈦片包括位于所述電催化反應(yīng)器與所述光催化反應(yīng)器之間的外側(cè)面以及位于所述電催化反應(yīng)器的內(nèi)部的內(nèi)側(cè)面，所述鈦片的外側(cè)面經(jīng)過處理形成鈦氧化物光照催化復(fù)合材料，所述鈦片的內(nèi)側(cè)面為光滑平整鈦片結(jié)構(gòu)。

可選的，所述光催化反應(yīng)器上端設(shè)有密封蓋；所述密封蓋上設(shè)有進(jìn)氣孔、出氣孔和取樣孔；其中，所述取樣孔用橡皮塞密封。

可選的，所述二氧化碳催化還原反應(yīng)裝置還包括二氧化碳?xì)馄俊⒓訜崽?、錐形瓶以及顯示器；其中，所述二氧化碳?xì)馄客ㄟ^第一導(dǎo)氣管與所述加熱套的進(jìn)氣口連接，用于為所述加熱套提供二氧化碳?xì)怏w；所述加熱套的出氣口通過第二導(dǎo)氣管與所述密封蓋上的進(jìn)氣孔連接，用于為所述光催化反應(yīng)器提供二氧化碳?xì)怏w和水蒸氣；所述錐形瓶通過第三導(dǎo)氣管與所述密封蓋上的的出氣孔連接，用于判斷二氧化碳?xì)怏w出氣氣流是否穩(wěn)定；所述顯示器與所述電化學(xué)工作站連接，用于實(shí)時(shí)顯示二氧化碳催化還原反應(yīng)過程。

可選的，所述裝置還包括針管和色譜儀；所述針管用于將所述針管插入所述密封蓋上的取樣口，抽取所述光催化反應(yīng)器的反應(yīng)氣體，并將所述反應(yīng)氣體加入到所述色譜儀中；所述色譜儀，用于鑒定二氧化碳催化還原反應(yīng)后的還原產(chǎn)物。

可選的，所述電催化反應(yīng)器包括一個(gè)殼體和嵌在所述殼體上的鈦片；所述殼體和鈦片形成封閉的電催化反應(yīng)器；所述殼體的內(nèi)部充滿惰性電解質(zhì)溶液。

可選的，所述三電極包括工作電極、對(duì)電極和參比電極，所述工作電極、對(duì)電極和參比電極分別通過導(dǎo)線與所述電化學(xué)工作站連接；其中，所述工作電極為所述電催化反應(yīng)器側(cè)壁上的鈦片，所述對(duì)電極為鉑片，所述參比電極為飽和ag/agcl電極。

可選的，所述光源燈為可調(diào)節(jié)波長長度的紫外燈。

可選的，通過更換所述光源燈的濾光片確定所需光源的入射波長，通過調(diào)整所述光源燈和所述光催化反應(yīng)器的距離確定所需的光源強(qiáng)度。

可選的，所述鈦片的外側(cè)面為所述光催化反應(yīng)器的氣固界面和光照面；所述鈦片的內(nèi)側(cè)面為所述電催化反應(yīng)器的工作電極和液固界面。

可選的，所述鈦片的純度為≥99.9％；所述外側(cè)面的結(jié)構(gòu)為整齊豎立管狀陣列結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：本發(fā)明提供了一種二氧化碳催化還原反應(yīng)裝置，該裝置包括光催化反應(yīng)器、設(shè)置于光催化反應(yīng)器內(nèi)的電催化反應(yīng)器以及設(shè)置于光催化反應(yīng)器外的電化學(xué)工作站和光源燈。其中，在光催化反應(yīng)器側(cè)壁設(shè)有光照窗口，與光源燈的出光口對(duì)應(yīng)設(shè)置；電催化反應(yīng)器側(cè)壁上嵌有鈦片，與光照窗口對(duì)應(yīng)設(shè)置；鈦片的外側(cè)面介于電催化反應(yīng)器與光催化反應(yīng)器之間，經(jīng)過形成鈦氧化物光照催化復(fù)合材料，且為整齊豎立管狀陣列結(jié)構(gòu)，與其他形態(tài)的鈦片相比，該結(jié)構(gòu)的鈦片具有更大的比表面積和更強(qiáng)的吸附能力，提高了光電轉(zhuǎn)換效率。電催化反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有與電化學(xué)工作站相連的三電極，使光激發(fā)鈦片產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)移到電極，降低了光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合率，提高催化劑光量子使用效率。采用本發(fā)明提供的二氧化碳催化還原反應(yīng)裝置，能夠提高二氧化碳催化還原反應(yīng)效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例二氧化碳催化還原反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例二氧化碳催化還原反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例鈦片外側(cè)面的掃面電子顯微鏡近圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例鈦片外側(cè)面的掃面電子顯微鏡遠(yuǎn)圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例空白條件與加電條件下的循環(huán)伏安曲線對(duì)比圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例空白條件與光照條件下的循環(huán)伏安曲線對(duì)比圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例空白條件與光電條件下的循環(huán)伏安曲線對(duì)比圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例光照條件與光電條件下的循環(huán)伏安曲線對(duì)比圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例加電條件與光電條件下的循環(huán)伏安曲線對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

光催化二氧化碳還原反應(yīng)是以光能作為激發(fā)能源來驅(qū)動(dòng)氧化-還原過程的，一般經(jīng)歷兩個(gè)基本過程：第一個(gè)過程就是先把二氧化碳吸附在光催化劑的活性反應(yīng)位點(diǎn)上，第二個(gè)過程就是催化劑吸收能量比禁帶寬度eg大的光子來激發(fā)產(chǎn)生自由電子-空穴對(duì)，然后二氧化碳與自由電子-空穴之間發(fā)生催化還原反應(yīng)。對(duì)于上述第二個(gè)過程，具體包括當(dāng)催化劑受到的光照能量等于或大于其禁帶能時(shí)，價(jià)帶的電子就會(huì)吸收能量激發(fā)躍遷至導(dǎo)帶，在導(dǎo)帶和價(jià)帶分別形成自由電子和空穴，并從催化劑內(nèi)部遷移至表面。

但是在光催化二氧化碳還原反應(yīng)過程中發(fā)現(xiàn)，自由電子和空穴在遷移過程中，一部分遷移到半導(dǎo)體的表面，一部分會(huì)進(jìn)行復(fù)合。且遷移到催化劑表面的光生電子雖然具有很強(qiáng)的還原能力，但是必須具有足夠的負(fù)電勢(shì)才能作為電子供體，而遷移到表面的空穴相應(yīng)的必須具有足夠的正電勢(shì)才能作為電子受體。

通過上段內(nèi)容描述可知，雖然光催化轉(zhuǎn)化二氧化碳的研究領(lǐng)域已取得了很大進(jìn)展，但是仍存在光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合率高、催化劑光量子使用效率低以及光電轉(zhuǎn)換效率低等問題，即總體來說，二氧化碳催化還原反應(yīng)的效率仍然較低。

本發(fā)明針對(duì)以上問題，提供了一種二氧化碳催化還原反應(yīng)裝置，提高了二氧化碳催化還原反應(yīng)效率。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例二氧化碳催化還原反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例二氧化碳催化還原反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供的二氧化碳催化還原反應(yīng)裝置包括：二氧化碳?xì)馄?、二氧化碳催化還原反應(yīng)器2、加熱套3、錐形瓶4、電化學(xué)工作站5、光源燈6以及顯示器7。

其中，二氧化碳催化還原反應(yīng)器2包括光催化反應(yīng)器201和設(shè)置于所述光催化反應(yīng)器內(nèi)的電催化反應(yīng)器202。所述光催化反應(yīng)器201的側(cè)壁設(shè)有光照窗口203，并與所述光源燈6的出光口對(duì)應(yīng)設(shè)置。所述電催化反應(yīng)器202的側(cè)壁上嵌有鈦片204，且與所述光照窗口203對(duì)應(yīng)設(shè)置。所述電催化反應(yīng)器202內(nèi)設(shè)有與所述電化學(xué)工作站5相連的三電極。

光催化反應(yīng)器201上端設(shè)有密封蓋205。所述密封蓋205上開設(shè)有進(jìn)氣孔206、出氣孔207和取樣孔208；其中，所述取樣孔208用橡皮塞封閉。所述光催化反應(yīng)器201的材質(zhì)是可選的，優(yōu)先石英玻璃或者聚四氟乙烯。

三電極包括工作電極、對(duì)電極209和參比電極210。所述工作電極為鈦片204，所述對(duì)電極209為鉑片，所述參比電極210為飽和ag/agcl電極，所述工作電極204、對(duì)電極209和參比電極210分別通過導(dǎo)線211與所述電化學(xué)工作站5連接。

鈦片204包括位于所述電催化反應(yīng)器202與所述光催化反應(yīng)器201之間的外側(cè)面以及位于所述電催化反應(yīng)器202的內(nèi)部的內(nèi)側(cè)面。所述鈦片的外側(cè)面經(jīng)過處理形成形成鈦氧化物光照催化復(fù)合材料，其結(jié)構(gòu)為整齊豎立管狀陣列結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)側(cè)面為光滑平整鈦片結(jié)構(gòu)。所述鈦片的純度為≥99.9％；所述外側(cè)面為所述光催化反應(yīng)器201的氣固界面和光照面。所述內(nèi)側(cè)面為所述電催化反應(yīng)器202的工作電極和液固界面。

電催化反應(yīng)器202由一個(gè)殼體和鈦片204組成的密封結(jié)構(gòu)。所述殼體的材質(zhì)是可選的，優(yōu)先石英玻璃或者聚四氟乙烯。

所述殼體的內(nèi)部充滿惰性電解質(zhì)溶液。優(yōu)先的，惰性電解質(zhì)溶液為0.1m的硝酸鈉溶液。

所述二氧化碳?xì)馄?通過第一導(dǎo)氣管8與所述加熱套3的進(jìn)氣口連接，用于為所述加熱套提供二氧化碳?xì)怏w。

所述加熱套3的出氣口通過第二導(dǎo)氣管9與所述密封蓋205的進(jìn)氣孔206連接，用于為所述光催化反應(yīng)器201提供二氧化碳?xì)怏w和水蒸氣。

所述錐形瓶4通過第三導(dǎo)氣管10與所述密封蓋205上的的出氣孔207連接，用于判斷二氧化碳?xì)怏w出氣氣流是否穩(wěn)定。

所述顯示器7與所述電化學(xué)工作站5連接，用于實(shí)時(shí)顯示二氧化碳催化反應(yīng)過程。

所述二氧化碳催化還原反應(yīng)裝置還包括針管11和色譜儀(圖中未顯示)。

所述針管11用于將所述針管插入所述密封蓋205上的取樣口208，抽取所述光催化反應(yīng)器201的反應(yīng)氣體，并將所述反應(yīng)氣體加入到所述色譜儀中。

所述色譜儀，用于鑒定二氧化碳催化還原反應(yīng)后的目標(biāo)產(chǎn)物。

所述光源燈6為可調(diào)節(jié)波長長度的紫外燈，并通過更換所述光源燈6的濾光片確定所需光源的入射波長，通過調(diào)整所述光源燈6和所述光催化反應(yīng)器201的距離確定所需的光源強(qiáng)度。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例鈦片外側(cè)面的掃面電子顯微鏡近圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例鈦片外側(cè)面的掃面電子顯微鏡遠(yuǎn)圖。如圖3和圖4所示，鈦片外側(cè)面經(jīng)過處理后呈現(xiàn)出均勻、整齊排列的管狀結(jié)構(gòu)。圖3和圖4顯示的為陽極氧化法得到的鈦片的掃面電子顯微鏡圖，其氧化條件為電壓22v，電解液溫度25℃，反應(yīng)時(shí)間為25min。由圖3中可以看出處理后的鈦片外側(cè)面具有整齊、均勻有序的管狀排列結(jié)構(gòu)，且管與管之間沒有顆粒碎片，緊密排列。組成這些管的直徑在90nm-110nm范圍，平均為100nm。由圖4可以看到整個(gè)tio2的管長也比較均勻，大部分在300nm左右。

其中，鈦片外側(cè)面處理過程包括以下步驟：

1)表面清洗：將鈦片的外側(cè)面先使用無水乙醇進(jìn)行超聲清洗15min，晾干，再使用去離子水進(jìn)行超聲清洗5min，晾干；其中，超聲電功率為500w，工作頻率為40khz，恒溫超聲清洗。

2)化學(xué)拋光：將經(jīng)表面清洗后的鈦片的外側(cè)面置于拋光液中浸泡0.5s，晾干，然后置于去離子水中浸泡后，晾干備用。其中，拋光液的配制步驟包括：在250ml的塑料燒杯中加入40ml去離子水，移液管吸取8ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65.0％的硝酸溶液，震蕩條件下加入去離子水中，然后吸取2ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％的氫氟酸，震蕩條件下加入上述溶液中即可。

3)陽極氧化：將經(jīng)化學(xué)拋光后的鈦片的外側(cè)面作為工作電極，以石墨為對(duì)電極，工作電極和對(duì)電極之間相距40mm，將兩者置于電解液中，磁力攪拌條件下，開啟直流穩(wěn)壓電源氧化25min，電壓22v；再置于去離子水中浸泡15s后，晾干。其中，電解液的配制步驟包括：在500ml燒杯中加入400ml去離子水，磁力攪拌條件下，吸取6ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.8％的冰乙酸緩慢加入去離子水中，混勻后，用一次性吸管吸取3ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％的氫氟酸緩慢加入上述溶液中，混勻即可。

4)煅燒：將陽極氧化后的鈦片置于馬弗爐中，以5℃/min的升溫速率升溫至350℃，恒溫3h后，自然冷卻至室溫后得到所需鈦片。

另外，在鈦片外側(cè)面處理過程中的所述溶液配制，也可以選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68.0％硝酸溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60％氫氟酸溶液和其他成分不變制成的拋光液，以及量分?jǐn)?shù)為60％的氫氟酸溶液和其他成分不變制成的電解液。

本實(shí)施例中鈦片的外徑為44mm的圓形，安裝至電化學(xué)反應(yīng)器上，最終進(jìn)行光催化的面積為直徑為30mm的圓形部分，光催化面積為7.065cm²。

綜上，通過本發(fā)明實(shí)施例提供的二氧化碳催化還原裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、設(shè)置外側(cè)面整齊豎立管狀陣列結(jié)構(gòu)的鈦片，且鈦片介于電催化反應(yīng)器與光催化反應(yīng)器之間，與其他形態(tài)的二氧化鈦片相比，該結(jié)構(gòu)的鈦片具有更大的比表面積和更強(qiáng)的吸附能力，提高了光電轉(zhuǎn)換效率；

2、通過電催化反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有的與電化學(xué)工作站相連的三電極，使光激發(fā)鈦片產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)移到電極，降低了光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合率，提高了催化劑光量子的使用效率；

3、通過設(shè)置色譜儀和顯示器，能夠?qū)崟r(shí)在線精確檢測(cè)二氧化碳催化還原過程和還原產(chǎn)物，并根據(jù)還原產(chǎn)物所對(duì)應(yīng)的平衡電位來有效控制目標(biāo)產(chǎn)物。

因此，采用本發(fā)明實(shí)施例提供的二氧化碳催化還原反應(yīng)裝置，能夠提高二氧化碳催化還原反應(yīng)效率，還能夠?qū)崟r(shí)精確的在線檢測(cè)二氧化碳催化還原過程和還原產(chǎn)物，有效控制目標(biāo)產(chǎn)物。

下面詳細(xì)描述應(yīng)用上述二氧化碳催化還原反應(yīng)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的方法，并根據(jù)此實(shí)驗(yàn)方法獲取的結(jié)果進(jìn)行分析，驗(yàn)證本發(fā)明公開的二氧化碳催化還原反應(yīng)裝置能夠提高二氧化碳催化還原反應(yīng)效率。

該應(yīng)用上述二氧化碳催化還原反應(yīng)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的方法包括以下步驟：

第一步：檢查二氧化碳催化還原反應(yīng)器的密封性。

第二步：打開二氧化碳?xì)怏w鋼瓶上的閥門，使二氧化碳?xì)怏w通過第一導(dǎo)氣管進(jìn)入加熱套加熱，然后二氧化碳?xì)怏w和水蒸氣通過第二導(dǎo)氣管進(jìn)入光催化反應(yīng)器。當(dāng)二氧化碳?xì)怏w和水蒸氣的進(jìn)氣氣流穩(wěn)定后，關(guān)閉二氧化碳?xì)怏w鋼瓶上的閥門，用夾子分別夾住第二導(dǎo)氣管以及第三導(dǎo)氣管，即關(guān)閉了光催化反應(yīng)器進(jìn)氣孔和出氣孔。其中，判斷二氧化碳?xì)怏w和水蒸氣的進(jìn)氣氣流穩(wěn)定的依據(jù)為：錐形瓶中的氣泡均勻冒出。

第三步：打開電化學(xué)工作站，選擇循環(huán)伏安法，獲取第一曲線圖。然后用針管通過光催化反應(yīng)器取樣孔抽吸所述光催化反應(yīng)器內(nèi)部一定體積的氣樣，并用氣相色譜儀對(duì)氣樣的成分和產(chǎn)量進(jìn)行檢測(cè)，獲取第一分析結(jié)果。

第四步：重復(fù)執(zhí)行第二步后，打開光源燈；當(dāng)光照兩個(gè)小時(shí)后，關(guān)閉光源燈，打開電化學(xué)工作站，選擇循環(huán)伏安法，獲取第二曲線圖；然后用針管通過取樣孔抽吸光催化反應(yīng)器內(nèi)部一定體積的的氣樣，并用氣相色譜儀對(duì)氣樣的成分和產(chǎn)量進(jìn)行檢測(cè)，獲取第二分析結(jié)果。其中，光源燈為紫外燈，波長365nm，光照強(qiáng)度10mw/cm²。

第五步：重復(fù)執(zhí)行第二步后，利用電化學(xué)工作站對(duì)三電極體系施加電信號(hào)。當(dāng)施加電信號(hào)兩個(gè)小時(shí)后，停止對(duì)三電極體系施加電信號(hào)，并打開電化學(xué)工作站，選擇循環(huán)伏安法，獲取第三曲線圖；然后用針管通過取樣孔抽吸光催化反應(yīng)器內(nèi)部一定體積的的氣樣，并用氣相色譜儀對(duì)氣樣的成分和產(chǎn)量進(jìn)行檢測(cè)，獲取第三分析結(jié)果；其中，施加的電信號(hào)是電壓信號(hào)，電壓范圍為-1.0v--1.0v，最優(yōu)恒電位為-1.0v。

第六步：重復(fù)執(zhí)行第二步后，對(duì)三電極體系施加電信號(hào)和打開光源燈；當(dāng)兩個(gè)小時(shí)后，停止對(duì)三電極體系施加電信號(hào)和關(guān)閉光源燈，并打開電化學(xué)工作站，選擇循環(huán)伏安法，獲取第四曲線圖；然后用針管通過取樣孔抽吸光催化反應(yīng)器內(nèi)部一定體積的的氣樣，并用氣相色譜儀對(duì)氣樣的成分和產(chǎn)量進(jìn)行檢測(cè)，獲取第四分析結(jié)果。其中，光源燈為紫外燈，波長365nm，光照強(qiáng)度10mw/cm²；施加電信號(hào)的電壓范圍為-1.0v--1.0v，最優(yōu)恒電位為-1.0v。

將第一分析結(jié)果、第二分析結(jié)果、第三分析結(jié)果與第四分析結(jié)果相比較，發(fā)現(xiàn)，第四分析結(jié)果中甲烷含量最高，可達(dá)到7.3ppb/h·cm²。

第一曲線圖表示空白條件下生成的循環(huán)伏安曲線圖；第二曲線圖表示光照條件下生成的循環(huán)伏安曲線圖；第三曲線圖表示加電條件下生成的循環(huán)伏安曲線圖；第四曲線圖表示光電條件下生成的循環(huán)伏安曲線圖；然后將獲取的第一曲線圖、第二曲線圖、第三曲線圖和第四曲線圖進(jìn)行處理，得到如圖5至9所示的對(duì)比圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例空白條件與加電條件下的循環(huán)伏安曲線對(duì)比圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例空白條件與光照條件下的循環(huán)伏安曲線對(duì)比圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例空白條件與光電條件下的循環(huán)伏安曲線對(duì)比圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例光照條件與光電條件下的循環(huán)伏安曲線對(duì)比圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例加電條件與光電條件下的循環(huán)伏安曲線對(duì)比圖；

由圖5可知，經(jīng)過恒電位2小時(shí)后，在平衡電位為-0.2v左右有明顯的還原峰產(chǎn)生，且在平衡電位為-0.2v左右時(shí)對(duì)應(yīng)生成的氣體為甲烷氣體。

由圖6可知，在紫外燈照射2個(gè)小時(shí)后，在平衡電位為-0.6v左右有明顯的還原峰產(chǎn)生，且在平衡電位為-0.6v左右時(shí)對(duì)應(yīng)生成的氣體一氧化碳?xì)怏w。

由圖7可知，當(dāng)加電和光照條件同時(shí)進(jìn)行時(shí)，平衡電位正移，有兩個(gè)明顯的還原峰，對(duì)應(yīng)生成的產(chǎn)物種類也增多。

由圖8和圖9所知，在光電條件下與只加光照條件或者只加電條件相比，對(duì)應(yīng)生成的產(chǎn)物種類也增多，效果好。

即可以根據(jù)圖5至圖9所示的循環(huán)伏安曲線圖，確定生成每種產(chǎn)物時(shí)對(duì)應(yīng)的平衡電位，后期可以根據(jù)產(chǎn)物所在的平衡電位和實(shí)際需求，控制所需要的產(chǎn)物的產(chǎn)量。

因此，通過上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，證明了采用本發(fā)明提供的二氧化碳催化還原反應(yīng)裝置不僅能夠提高二氧化碳催化還原反應(yīng)效率，還能夠?qū)崟r(shí)精確的在線檢測(cè)二氧化碳催化還原過程和還原產(chǎn)物，有效控制目標(biāo)還原產(chǎn)物。

綜上，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種二氧化碳催化還原反應(yīng)裝置，包括光催化反應(yīng)器、設(shè)置于光催化反應(yīng)器內(nèi)的電催化反應(yīng)器以及設(shè)置于光催化反應(yīng)器外的電化學(xué)工作站和光源燈。其中，以充滿二氧化碳?xì)怏w和水蒸氣的、帶有光照窗口的外池作為密閉的光催化反應(yīng)器，以充滿惰性電解質(zhì)的內(nèi)池作為電化學(xué)反應(yīng)器；該裝置還包括“雙界面”的鈦片，其中將一面負(fù)有光照催化復(fù)合材料作為光催化反應(yīng)器氣固界面和光照面，另一面作為電催化反應(yīng)器的工作電極和液固界面。電催化反應(yīng)器采用三電極體系外接電化學(xué)工作站，一方面通過施加外電位的方式使光生電子與空穴得到有效分離，提高光催化效率，另一方面依據(jù)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)光電流及阻抗的變化來檢測(cè)目標(biāo)產(chǎn)物和產(chǎn)量并研究氣固界面吸附動(dòng)力學(xué)過程。

另外，由于液固界面是在電化學(xué)反應(yīng)器中內(nèi)，所以本發(fā)明提供的鈦片，即面向電化學(xué)反應(yīng)器中一面，具有導(dǎo)電性能好且純度高，電化學(xué)窗口寬等優(yōu)點(diǎn)。其電學(xué)寬口的寬度為-0.6v-0.7v之間；而氣固界面和光照面是發(fā)生光電催化反應(yīng)的場(chǎng)所，所以本發(fā)明提供的鈦片，即面向光催化反應(yīng)器中一面，為良好光催化性能的半導(dǎo)體(復(fù)合)材料。

本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。