[发明专利]一种基于绿色能源驱动的轻量化光电催化系统及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种基于绿色能源驱动的轻量化光电催化系统，其特征在于，具体包括：能量转化，存储与输出控制系统、光源、太阳能电池板、电化学反应单元、光阳极、阴极和参比电极；其中，所述光阳极为多孔海绵状E-WO₃光阳极，所述阴极为Cu纳米线阴极，所述参比电极为饱和甘汞电极。

2.如权利要求1所述的基于绿色能源驱动的轻量化光电催化系统，其特征在于，所述多孔海绵状E-WO₃光阳极的制备方法包括以下步骤：

步骤S1：以金属钨片作为阳极，以铂片作为阴极，采用两电极体系进行电化学阳极氧化，产物经高温退火得到多孔海绵状WO₃光阳极；

步骤S2：以制备得到的多孔海绵状WO₃光阳极为工作电极，以铂片和饱和甘汞电极作为对电极和参比电极，通过电化学还原法制备得到多孔海绵状E-WO₃光阳极。

3.如权利要求2所述的基于绿色能源驱动的轻量化光电催化系统，其特征在于，步骤S1中，所述电化学氧化参数为：采用电压为20～60V直流电源对金属钨片进行阳极氧化，氧化时间为0.5～2h，氧化温度为-10～10℃。

4.如权利要求2所述的基于绿色能源驱动的轻量化光电催化系统，其特征在于，步骤S1中，所述高温退火条件为：以3～5℃/min的升温速率，升温至300～500℃，保温2～4h。

5.如权利要求2所述的基于绿色能源驱动的轻量化光电催化系统，其特征在于，步骤S2中，所述电化学还原参数为：还原电压-4.76V vs.NHE～-0.76V vs.NHE，反应时间为5～80min，反应温度为0～30℃。

6.如权利要求1所述的基于绿色能源驱动的轻量化光电催化系统，其特征在于，所述Cu纳米线阴极的制备方法包括以下步骤：

步骤(1)：采用CHI-660E工作站，以泡沫铜作为工作电极，以铂片分别作为对电极和参比电极，建立两电极体系进行阳极氧化，得到表面形成了Cu(OH)₂针状纳米线结构；

步骤(2)：采用CHI-660E工作站，以制备得到的Cu(OH)₂纳米线作为工作电极，以铂片同时作为对电极和参比电极，建立两电极体系进行阴极还原，将Cu(OH)₂纳米线还原为Cu纳米线，即得。

7.如权利要求6所述的基于绿色能源驱动的轻量化光电催化系统，其特征在于，步骤(1)中，所述阳极氧化参数为：采用10～30mA/cm²恒电流对泡沫铜进行阳极氧化，氧化时间为20～60min。

8.如权利要求6所述的基于绿色能源驱动的轻量化光电催化系统，其特征在于，步骤(2)中，所述阴极还原参数为：采用-15～-35mA/cm²恒电流进行阴极还原，还原时间为0.5～1.5h。

9.如权利要求1-8中任意一项所述的基于绿色能源驱动的轻量化光电催化系统在光电催化制氢和/或光电催化降解含有机污染物废水中的应用。

10.如权利要求9所述应用，其特征在于，包括以下步骤：

在电化学反应单元的阴极室和阳极室内，分别加入电解液，在阳极室中同时加入有机污染物；将光阳极和参比电极插入电化学单元的阳极室溶液中，将阴极插入电化学单元的阴极室溶液中；通过太阳能板将太阳能转化为电能，经过BQ25570芯片将来自太阳能板的能量，存储到磷酸铁锂电池中，同时经过TPS62A01芯片的降压后在光阳极与阴极之间输入适当偏压，以光源照射光阳极进行光电催化反应，即可在阳极室降解有机污染物，并在阴极室获得大量氢气。