[发明专利]可见光响应型光催化废水燃料电池及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种可见光响应型光催化废水燃料电池，包括光阳极、光阴极、有机废水、可见光光源、电解质溶液、石英反应池和空气通气口，其特征在于：所述的光阳极为可见光响应的WO₃/W纳米孔阵列光阳极，所述的光阴极为可见光响应的铂修饰硅电池片光阴极，该光阳极和光阴极的材料均能够直接响应可见光照射并产生光生电荷，所述的光阳极和光阴极分别插入所述石英反应池内含有所述有机废水的0.05～0.4M的硫酸钠电解质溶液中，并通过外部电路连通；开启所述可见光光源照射所述光阳极和光阴极，并在位于该光阴极附近的空气通气口持续通入空气，则所述光阳极产生的光生空穴降解所述有机废水中的有机污染物，所述光阴极产生的光生电子与通入空气中的氧气相结合，所述光阳极产生的光生电子通过外部电路传递至所述光阴极并与该光阴极产生的光生空穴结合，由此形成回路，实现有机废水中有机污染物的降解和电能的发电。

2.根据权利要求1所述的可见光响应型光催化废水燃料电池，其特征在于：所述的可见光光源为模拟太阳光光源，光强为100mW cm^-2。

3.一种权利要求1所述的可见光响应型光催化废水燃料电池的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括：

1）制备所述的铂修饰硅电池片光阴极，其方法是：在清洗干净的商业化的硅电池片的背场焊接铜导线，然后将该硅电池片的背场用绝缘的环氧树脂密封，密封后，以该硅电池片为工作电极，置于含10mM K₂PtCl₆和0.1M硫酸钠的1M硫酸溶液中，以铂电极为对电极，控制工作电压为-0.5V，电沉积时间为30min，进行硅电池片的铂修饰，将铂修饰后的硅电池片用蒸馏水反复浸泡去除表面残留物，然后晾干，即得到铂修饰硅电池片光阴极；

2）制备所述的WO₃/W纳米孔阵列光阳极，其方法是：将洗净的金属钨板作为阳极，置于含0.5%氟化钠的0.1M的硫酸钠溶液中，以铂电极为对电极，控制电压升速为1V s^-1，在50V时稳定30min，得到由金属钨和钨表面的氧化钨构成的钨基氧化钨纳米孔阵列初始材料，将该初始材料经450°C高温烧结3小时后，得到具有单斜晶相的WO₃/W纳米孔阵列光阳极；

3）将步骤1）所制备的铂修饰硅电池片光阴极作为光阴极，将步骤2）所制备的WO₃/W纳米孔阵列光阳极作为光阳极，分别插入所述石英反应池内含有所述有机废水的0.05～0.4M的硫酸钠电解质溶液中，该光阴极靠近持续通入空气的空气通气口，所述光阳极和光阴极通过外部电路连通并由所述可见光光源照射且产生光生电荷。

4.一种权利要求1所述的可见光响应型光催化废水燃料电池在废水处理和电能回收中的同时应用。