[发明专利]光电催化分解水制氢反应装置和应用

说明书

技术领域

本发明属于光照和电解反应技术领域，具体地说，涉及一种光电催化分解水制氢应装置和应用。

背景技术

近些年来，随着化石资源的过度消耗和环境污染的日益加剧，全球范围内的能源危机和环境污染问题日渐突出，开发新型绿色可再生资源已经迫在眉睫。太阳能以其来源广泛，可再生性强，环境友好等诸多优点越来越多地引起学界和业界的广泛关注。光解水制氢通过光电化学转化将光能转化为氢能，并且氢能具有燃烧值高、无毒无污染等优点，普遍被人们视为一种高效、安全和清洁无污染的绿色能源。因此光解水制氢反应拥有解决能源和环境问题的潜力。Fujishima和Honda[Fujishima,A.,Honda,K.,Nature,1972,238(5358),37-38]首次报道了TiO₂光电化学池转化分解水的性能。但是由于光电催化分解水制氢的产物量小不易分析检测，现有装置系统体积庞大造成氢气的浓度很低，因此对产物氢气的定量检测不够准确。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一套气密性优异，体积较小，可施加光照和电压以及循环冷凝水的光电催化分解水制氢反应装置，可用于分析半导体催化材料的光电催化分解水制氢反应性能。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现

光电催化分解水制氢反应装置，包括：反应器、夹套和旋盖，所述反应器为底端封闭顶端开口的圆筒形结构，其底部侧壁设置有一凸出的光照窗口，反应器下半部分同轴且密闭嵌入在圆筒形夹套的内部空间中，且反应器和夹套之间为中空，反应器底部侧壁的光照窗口伸出夹套，且其与夹套的连接处为密闭连接；反应器上半部分在夹套外部且在其内壁设置有内螺纹；在所述夹套的底部设置有进水口，顶部设置出水口；所述旋盖的外壁表面设置有外螺纹，且旋盖壁两侧分别设置第一出气口和第二出气口，旋盖通过外螺纹与反应器的内螺纹配合且密封连接；第一铜电极柱，第二铜电极柱，第三铜电极柱贯穿旋盖并与旋盖密封接触；反应器侧壁设有光照窗口，光照窗口处设置有密封片，所述密封片通过环氧树脂与反应器实现密封连接，通过光照窗可以对半导体催化材料施加光照，以实现光催化过程。这样，便可实现反应器的密封以及光照、偏压的施加，以及通过向夹套的进水口和出水口通入循环冷凝水可为反应系统提供温度保持和调节。

在进行使用时，将反应电解液倒入反应器中，将工作电极、对比电极和参比电极插入旋盖中，并将旋盖与反应器通过螺纹连接密封，同时向夹套的进水口和出水口通入循环冷凝水，再将旋盖处的出气口与检测体系密封连接。在电化学工作站施加光照和电压之前，先通过旋盖处的出气口用机械真空泵对体系内抽真空处理一定时间。反应过程中外界光源透过光照窗处的密封片照射到工作电极表面，与玻璃相比，密封片可以减少对入射光的过滤作用，能够更好地促进反应进行；同时外界施加的电压通过旋盖上的电极柱传导至工作电极，促进反应的进行。反应一定时间之后可通过气相色谱分析检测系统对产物气体进行定量分析检测。

在本发明的技术方案中，所述第一铜电极柱、第二铜电极柱和第三铜电极柱分别与对电极、参比电极和工作电极连接。

在本发明的技术方案中，所述反应器材质为玻璃。

在本发明的技术方案中，所述夹套材质为玻璃，厚度为10mm--15mm。

在本发明的技术方案中，所述旋盖材质为聚四氟乙烯。

在本发明的技术方案中，所述密封片为透明材质，可为石英材质或玻璃材质，优选为石英材质(采用石英材质，是因为紫外、可见和近红外光可以很好地透过密封片，减少了玻璃对入射光的过滤作用，更好地促进反应的进行)。

本发明的技术方案能够同时提供外加电压和光照条件，利用密封片的良好透过性，适用于紫外、可见和近红外光的光电化学反应，结构简单，系统体积小巧，温度可控，实施方便。

附图说明

图1是本发明中的夹套和光反应器的结构示意图；

图2是本发明中的夹套和光反应器的俯视效果图；

图3是本发明中的旋盖示意图；

图4是本发明中的旋盖的俯视效果图；

图5是本发明的使用状态示意图；

其中1为夹套，2为反应器，3为出水口，4为进水口，5为光照窗口，6为密封片，7-1为内螺纹，7-2为外螺纹，8为旋盖，9-1为第一出气口，9-2为第二出气口，10-1为第一铜电极柱，10-2为第二铜电极柱，10-3为第三铜电极柱，11为外界光源，12为反应电解液，13为工作电极材料，14为参比电极，15为对电极。

具体实施方式