[发明专利]一种基于硫化镉/铝光催化材料的产电制氢装置

说明书

本发明公开了一种基于硫化镉/铝光催化材料的产电制氢装置，包括：光电化学池及其辅助装置，电化学工作站和氙灯光源；所述光电化学反应池包括：工作电极、参比电极、对电极、侧开窗电解池、电解液、刻度管；所述工作电极为导电玻璃上负载利用水热法和磁控溅射法制备的硫化镉/铝纳米棒阵列光催化材料。本发明制作的硫化镉/铝纳米棒阵列光催化材料工作电极，利用硫化镉优异的可见光吸收性能，通过非贵金属铝纳米颗粒的表面等离子体共振效应产生热电子注入和载流子寿命延长，有效抑制光生载流子的复合，表现出优异的光电化学分解水性能。本装置工艺简单、操作便捷，适用于光电化学分解水产电制氢领域。

技术领域

本发明涉及化学反应装置技术领域，具体涉及一种基于硫化镉/铝光催化材料的产电制氢装置。

背景技术

半导体光电化学(PEC)分解水能将太阳能同步转化为电能和氢能，是一种理想的解决能源短缺和环境污染的有效策略。硫化镉(CdS)属于窄带隙半导体，是一种重要的可见光响应的光电极材料。然而，光生载流子的高复合率，限制了它的光电光氢转换效率。

探索一种具有表面等离子体共振效应的非贵金属纳米颗粒，与硫化镉复合形成异质结构，利用非金属纳米颗粒的表面等离子体共振效应提供热电子注入和延长载流子寿命，抑制光生载流子的复合，是提高硫化镉光电性能的一种重要途径。

铝(Al)是世界上最丰富的非贵金属，价格低廉，且从紫外到近红外波段均表现出优异的表面等离子体共振效应。本发明基于非贵金属铝纳米颗粒的表面等离子体共振效应，构筑基于硫化镉/铝光催化材料的产电制氢装置，以提高其光电光氢转换效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于硫化镉/铝光催化材料的产电制氢装置，以提高其光电光氢转换效率。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种基于硫化镉/铝光催化材料的产电制氢装置，包括：光电化学池及其辅助装置、电化学工作站和氙灯光源；所述光电化学反应池包括：工作电极、参比电极、对电极、侧开窗电解池、电解液、刻度管；其特征在于：所述工作电极为导电玻璃负载利用水热法和磁控溅射法制备的硫化镉/铝光催化材料。

优选地，上述技术方案中，所述硫化镉/铝光催化材料工作电极的制作方法是：将负载硫化镉/铝光催化材料的导电玻璃上端的负载物刮除出一小横条面积，漏出导电面，与铂片电极夹的铂片接触，旋紧聚四氟螺丝，使铂片电极夹和电极夹夹紧导电玻璃，得到负载硫化镉/铝光催化材料的工作电极。

优选地，上述技术方案中，所述辅助装置包括：密封盖和铁架台；所述密封盖套设于电解池体的上端口，且该密封盖设有工作电极、参比电极、对电极和刻度管的四个密封螺纹孔。

优选地，上述技术方案中，所述工作电极、参比电极、对电极和刻度管的中部通过密封螺纹孔密封和固定于所述密封盖上，且下端向下延伸到所述电解池中的电解液；所述工作电极、参比电极和对电极的上端通过接线柱与电化学工作站相连接。

优选地，上述技术方案中，所述对电极为“L”型铂丝，铂丝向上弯曲插入刻度管；所述刻度管用铁架台固定，用排水法把装置产生的氢气收集于刻度管中，通过刻度管上的刻度测量装置产生的氢气体积。

优选地，上述技术方案中，所述氙灯发出的光通过电解池的侧开窗垂直照射到所述工作电极的导电玻璃上。

所述方法得到的产电制氢装置应用于化学反应装置技术领域，具体涉及一种基于硫化镉/铝光催化材料的产电制氢装置。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1) 本发明的工作电极为水热法和磁控溅射法制备的硫化镉/铝纳米棒阵列光催化剂材料，集硫化镉优异的可见光吸收性能和铝纳米粒子的表面等离子体共振效应于一体，目前还没有关于硫化镉/铝光催化剂的光电化学分解水性能的相关报导；