光電催化分解水制氫反應(yīng)裝置和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光照和電解反應(yīng)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種光電催化分解水制氫 應(yīng)裝置和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 近些年來，隨著化石資源的過度消耗和環(huán)境污染的日益加劇，全球范圍內(nèi)的能源 危機和環(huán)境污染問題日漸突出，開發(fā)新型綠色可再生資源已經(jīng)迫在眉睫。太陽能以其來 源廣泛，可再生性強，環(huán)境友好等諸多優(yōu)點越來越多地引起學(xué)界和業(yè)界的廣泛關(guān)注。光 解水制氫通過光電化學(xué)轉(zhuǎn)化將光能轉(zhuǎn)化為氫能，并且氫能具有燃燒值高、無毒無污染等 優(yōu)點，普遍被人們視為一種高效、安全和清潔無污染的綠色能源。因此光解水制氫反應(yīng) 擁有解決能源和環(huán)境問題的潛力。Fujishima和Honda [Fuji shima, A.，Honda, K.，Natu re, 1972, 238(5358)，37-38]首次報道了 1102光電化學(xué)池轉(zhuǎn)化分解水的性能。但是由于光電 催化分解水制氫的產(chǎn)物量小不易分析檢測，現(xiàn)有裝置系統(tǒng)體積龐大造成氫氣的濃度很低， 因此對產(chǎn)物氫氣的定量檢測不夠準(zhǔn)確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一套氣密性優(yōu)異，體積較小，可施加 光照和電壓以及循環(huán)冷凝水的光電催化分解水制氫反應(yīng)裝置，可用于分析半導(dǎo)體催化材料 的光電催化分解水制氫反應(yīng)性能。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)目的通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)
[0005] 光電催化分解水制氫反應(yīng)裝置，包括：反應(yīng)器、夾套和旋蓋，所述反應(yīng)器為底端封 閉頂端開口的圓筒形結(jié)構(gòu)，其底部側(cè)壁設(shè)置有一凸出的光照窗口，反應(yīng)器下半部分同軸且 密閉嵌入在圓筒形夾套的內(nèi)部空間中，且反應(yīng)器和夾套之間為中空，反應(yīng)器底部側(cè)壁的光 照窗口伸出夾套，且其與夾套的連接處為密閉連接；反應(yīng)器上半部分在夾套外部且在其內(nèi) 壁設(shè)置有內(nèi)螺紋；在所述夾套的底部設(shè)置有進水口，頂部設(shè)置出水口；所述旋蓋的外壁表 面設(shè)置有外螺紋，且旋蓋壁兩側(cè)分別設(shè)置第一出氣口和第二出氣口，旋蓋通過外螺紋與反 應(yīng)器的內(nèi)螺紋配合且密封連接；第一銅電極柱，第二銅電極柱，第三銅電極柱貫穿旋蓋并與 旋蓋密封接觸；反應(yīng)器側(cè)壁設(shè)有光照窗口，光照窗口處設(shè)置有密封片，所述密封片通過環(huán)氧 樹脂與反應(yīng)器實現(xiàn)密封連接，通過光照窗可以對半導(dǎo)體催化材料施加光照，以實現(xiàn)光催化 過程。這樣，便可實現(xiàn)反應(yīng)器的密封以及光照、偏壓的施加，以及通過向夾套的進水口和出 水口通入循環(huán)冷凝水可為反應(yīng)系統(tǒng)提供溫度保持和調(diào)節(jié)。
[0006] 在進行使用時，將反應(yīng)電解液倒入反應(yīng)器中，將工作電極、對比電極和參比電極插 入旋蓋中，并將旋蓋與反應(yīng)器通過螺紋連接密封，同時向夾套的進水口和出水口通入循環(huán) 冷凝水，再將旋蓋處的出氣口與檢測體系密封連接。在電化學(xué)工作站施加光照和電壓之前， 先通過旋蓋處的出氣口用機械真空泵對體系內(nèi)抽真空處理一定時間。反應(yīng)過程中外界光源 透過光照窗處的密封片照射到工作電極表面，與玻璃相比，密封片可以減少對入射光的過 濾作用，能夠更好地促進反應(yīng)進行；同時外界施加的電壓通過旋蓋上的電極柱傳導(dǎo)至工作 電極，促進反應(yīng)的進行。反應(yīng)一定時間之后可通過氣相色譜分析檢測系統(tǒng)對產(chǎn)物氣體進行 定量分析檢測。
[0007] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述第一銅電極柱、第二銅電極柱和第三銅電極柱分別 與對電極、參比電極和工作電極連接。
[0008] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述反應(yīng)器材質(zhì)為玻璃。
[0009] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述夾套材質(zhì)為玻璃，厚度為10mm--15mm。
[0010] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述旋蓋材質(zhì)為聚四氟乙烯。
[0011] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述密封片為透明材質(zhì)，可為石英材質(zhì)或玻璃材質(zhì)，優(yōu)選 為石英材質(zhì)（采用石英材質(zhì)，是因為紫外、可見和近紅外光可以很好地透過密封片，減少了 玻璃對入射光的過濾作用，更好地促進反應(yīng)的進行）。
[0012] 本發(fā)明的技術(shù)方案能夠同時提供外加電壓和光照條件，利用密封片的良好透過 性，適用于紫外、可見和近紅外光的光電化學(xué)反應(yīng)，結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)體積小巧，溫度可控，實 施方便。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明中的夾套和光反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2是本發(fā)明中的夾套和光反應(yīng)器的俯視效果圖；
[0015] 圖3是本發(fā)明中的旋蓋示意圖；
[0016] 圖4是本發(fā)明中的旋蓋的俯視效果圖；
[0017] 圖5是本發(fā)明的使用狀態(tài)示意圖；
[0018] 其中1為夾套，2為反應(yīng)器，3為出水口，4為進水口，5為光照窗口，6為密封片，7-1 為內(nèi)螺紋，7-2為外螺紋，8為旋蓋，9-1為第一出氣口，9-2為第二出氣口，10-1為第一銅電 極柱，10-2為第二銅電極柱,10-3為第三銅電極柱,11為外界光源，12為反應(yīng)電解液,13為 工作電極材料，14為參比電極，15為對電極。
【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合具體實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0020] 如附圖1-5所示，光電催化分解水制氫反應(yīng)裝置，包括：反應(yīng)器、夾套和旋蓋，所 述反應(yīng)器2為底端封閉頂端開口的圓筒形結(jié)構(gòu)，其底部側(cè)壁設(shè)置有一凸出的光照窗口 5， 反應(yīng)器下半部分同軸且密閉嵌入在圓筒形夾套1的內(nèi)部空間中，且反應(yīng)器和夾套之間為中 空，反應(yīng)器底部側(cè)壁的光照窗口伸出夾套，且其與夾套的連接處為密閉連接；反應(yīng)器上半部 分在夾套外部且在其內(nèi)壁設(shè)置有內(nèi)螺紋7-1 ;在所述夾套的底部設(shè)置有進水口 4,頂部設(shè)置 出水口 3 ;所述旋蓋8的外壁表面設(shè)置有外螺紋7-2,且旋蓋壁兩側(cè)分別設(shè)置第一出氣口 9- 1和第二出氣口 9-2,旋蓋通過外螺紋與反應(yīng)器的內(nèi)螺紋配合且密封連接；第一銅電極柱 10- 1，第二銅電極柱10-2,第三銅電極柱10-3分別貫穿旋蓋并與旋蓋密封，分別為工作電 極、對電極和參比電極提供偏壓；所述光照窗口處設(shè)置有石英材質(zhì)的密封片6,密封片通