一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应器及系统与方法

1.本发明属于氢能源制造技术，具体涉及一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应器及系统与方法。


背景技术：

2.石化类燃料的即将枯竭，作为21世纪的主打能源
‑‑‑‑
氢能将逐渐取代传统石化类能源成为主体能源产业。氢能不仅主要以直接燃烧(航天)、作为燃料电池的原料应用，而且可以作为终极能源进行存储。特别是将风电、光伏电等受季节性因素影响的波动绿电资源高效转化为可长期储能的绿氢资源。目前，燃料电池60-70％的高转化率奠定了它作为第四代能源的主打之一。制氢技术的效率、成本及环保问题成为实现燃料电池成为第四代能源主打的关键因素之一。
3.传统的制氢技术分为灰氢、蓝氢和绿氢技术，它们各有优缺点：
4.(1)灰氢技术是伴随着碳排放的裂解石油和工业副产制氢技术。价格低的优势使它成为目前5-10年市场产氢的主流，但其含碳排放及对石化类能源的依赖使它没有未来的远景。
5.(2)蓝氢技术是“灰氢技术”+“co2处理”。它解决了含碳排放问题，但仍依赖石化类能源，同样没有未来远景。处理co2排放问题带来的产氢成本的提升，使得它只能成为继灰氢技术之后，未来10-20年的主要产氢方式。
6.(3)绿氢技术是利用可再生能源制氢技术。目前主要分为电解水制氢、生物质制氢、光催化制氢等。但是其也存在以下不足之处：1、由于生物质制氢、光催化制氢(8％)的效率低、规模小，还不能单独成为未来绿氢技术主体；2、电解水制氢技术的绿色环保性是未来电解水产氢主流，但制氢成本偏高(成本的70-80％来源于电费，其余来源于转化效率、装备及运营成本)，至少是灰氢技术制氢成的2倍多，致使该项技术20年后具有进入市场的可能。


技术实现要素：

7.发明目的：针对目前电解水制氢的高成本问题及光催化制氢的低转换率问题。为了从降低电耗、提高转化效率、降低装备成本等解决绿氢技术制氢的高成本问题，本发明公开了一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应器及系统与方法。
8.本发明的“光”+“电”耦合为双激发源的产氢反应器及系统中，光源(太阳光或室内照明)的加入，大幅降低耗电量；提高了以电量消耗计算(光能免费)的产氢转化率；阴极的非铂金化以及常温常压下产氢条件降低设备成本。在此基础上，获得了在同电量消耗下产氢量是阴极为铂金电极2倍，实现了低成本、高效率、绿色环保产氢的系统和方式。
9.本发明通过以下技术措施：
10.(1)非铂金阴极材料使阴极成本大幅降低:stf半导体材料(srfe
x
ti
1-xo3-δ
(0≤x≤1，0≤δ≤1))替换阴极贵金属pt，使阴极成本大幅降低。该阴极材料的电解水(无光)产氢量为pt电极产氢量的1.12倍，与pt效果持平。
11.(2)“光”+“电”耦合产氢双激发源使电能消耗减半:光电耦合裂解水产氢激发源引入太阳光(零付费)，使电消耗至少减半，节约能源一半。
12.(3)室温及常压产氢模式使反应器装备成本降低：传统的电解水产氢是在温度80度和反应器腔体7～32大气压条件下产氢。本反应器为室温和常压(1个大气压)下产氢，降低了反应器装备成本。
13.(4)充分利用光源装置：充分获取太阳光，采用光源跟踪器；阴极光电极斜角度θ(30
°
≤θ≤60
°
)放置；阴极光电极所对应反应器采光面采用线性聚光菲涅尔透镜；体系外采用反射镜等。
14.本技术的主要关键点：
15.(1)阴极材料创新。
16.1)近全可见光光催化剂srfe
x
ti
1-xo3-δ
(0≤x≤1，0≤δ≤1)材料系列(stf)组成复合材料，获得禁带宽度在(3.2-1.8ev)范围的半导体材料；
17.2)控制stf中x值(0≤x≤1),使stf的禁带宽度(3.2-1.8ev),且包容φ(h
+
/h2)和φ(o2/oh-)电位，满足裂解水产氢条件。
18.(2)载气导流的特殊常压产氢模式。
19.(3)光电耦合的双激发源体系。
20.技术方案：一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应器，由智能控制器、恒电位仪、以及依次相连通的阴极反应器、阳离子交换膜组件和阳极反应器、参比电极组件组成，其中：
21.所述阳离子交换膜组件由阳离子交换膜和两个阳离子交换膜夹具组成，所述阳离子交换膜夹具由玻璃制成，两个所述阳离子交换膜夹具的外侧分别与阴极反应器、阳极反应器相接，所述阳离子交换膜夹具中间设有贯通的腔体，两个阳离子交换膜夹具与阳离子交换膜相接触面之间分别设有环形软橡胶垫片，向阴极反应器及阳极反应器施加相对力，将阳离子交换膜固定挤压在两个阳离子交换膜夹具之间；
22.所述阴极反应器包括由透明材料制成的阴极反应器壳体，所述阴极反应器壳体设有位于一侧的阴极反应器透明迎光侧面和位于顶侧的阴极反应器透明顶盖，所述阴极反应器壳体中设有朝向光源布设的阴极片组件、阴极水位传感器和阴极水溶液，所述阴极水溶液的液面高度为阴极反应器腔体深度的2/3～3/4，所述阴极反应器壳体的一侧的中上部设有阴极反应器液体注入阀和阴极引出端，所述阴极引出端与所述阴极片组件相连，所述阴极反应器透明顶盖上设有氢气导出管、氮气导入管和阴极气压计，所述氢气导出管设有氢气导出流量计和氢气流量计导出阀，所述氮气导入管上设有阴极反应器氮气导入流量计和阴极反应器氮气导入阀，所述氮气导入管穿过阴极反应器透明顶盖插入阴极水溶液的液面之下，所述氢气导出管穿过阴极反应器透明顶盖，且其进气口位于阴极水溶液的液面上方，其中：
23.所述阴极水溶液的溶质为nacl、kcl、becl2、cacl2、bacl2、zncl2中的一种；所述阴极水溶液的浓度范围0.1m～4m；
24.所述阳极反应器包括由钢化玻璃制成的阳极反应器壳体，所述阳极反应器壳体设有阳极反应器顶盖，所述阳极反应器壳体中设有阳极片组件、阳极水位传感器和阳极水溶液，所述阳极水溶液的液面高度为阳极反应器腔体深度的2/3～3/4，所述阳极反应器的一
侧中上部设有阳极反应器液体注入阀和阳极引出端，所述阳极引出端与所述阳极片组件相连；阳极反应器外固定的参比电极组件，所述参比电极组件包括参比电极壳体和甘汞电极，所述参比电极壳体中装有饱和kcl水溶液，所述甘汞电极插入饱和kcl水溶液液面之下，阳极反应器与参比电极组件通过跨接的盐桥相通，盐桥两端分别插入阳极反应器的液面与参比电极组件的液面之下；阳极反应器顶盖设有氧气导出管、第二氮气导入管和阳极气压计，所述氧气导出管设有氧气导出流量计和氧气流量计导出阀；所述第二氮气导入管设有阳极反应器氮气导入流量计和阳极反应器氮气导入阀，所述第二氮气导入管穿过阳极反应器顶盖插入阳极液面之下；氧气导出管穿过阳极反应器顶盖，且位于阳极水溶液的液面之上，其中：
25.所述阳极水溶液的溶质为naoh、koh、be(oh)2、ca(oh)2、ba(oh)2、zn(oh)2中的一种，所述阳极水溶液的浓度与所述阴极水溶液的浓度相同，所述阳极水溶液的溶质与所述阴极水溶液的溶质具有相同种类的阳离子；
26.所述阴极气压计的输出端、所述氢气导出流量计的输出端、所述阴极反应器氮气导入流量计的输出端、所述阳极气压计的输出端、氧气导出流量计的输出端、阳极反应器氮气导入流量计的输出端、阴极水位传感器的输出端、阳极水位传感器的输出端分别与所述智能控制器的输入端相连；
27.所述智能控制器的输出端分别与所述氢气流量计导出阀的输入端、所述阴极反应器氮气导入阀的输入端、氧气流量计导出阀的输入端、阳极反应器氮气导入阀的输入端、恒电位仪的输入端、所述阴极反应器液体注入阀的输入端、阳极反应器液体注入阀的输入端相连；
28.恒电位仪分别与阴极引出端、阳极引出端、甘汞电极相连。
29.进一步地，阴极反应器透明顶盖为线性聚光菲涅尔透镜或钢化玻璃，阴极反应器透明迎光侧面为线性聚光菲涅尔透镜或钢化玻璃，阴极反应器壳体的的剩余面为厚度为8～12mm的钢化玻璃。
30.进一步地，所述阴极片组件由l型电极片支架、与所述l型电极片支架相连的阴极片组成，其中：
31.所述阴极片包括导电玻璃，在所述导电玻璃的一侧的中下部设有厚度为30-50μm的stf涂层，所述导电玻璃的留白处设有引出铜电极箔，所述stf涂层由srfe
x
ti
1-xo3-δ
浆料涂敷而成，其中：0≤x≤1，0≤δ≤1，所述引出铜电极箔与所述阴极引出端相连；
32.所述l型电极片支架包括纵向支架和横向支架，所述纵向支架的一侧与所述横向支架一侧焊接并呈l型，所述纵向支架与所述横向支架的连接处设有加强筋；
33.所述纵向支架呈直角拱形，所述纵向支架的两内侧设有凹槽轨道，所述凹槽轨道等间距设有多个定位孔，纵向移动杆能够在纵向支架的凹槽轨道内上下移动，纵向移动杆移动到预设位置后，通过穿过定位孔的螺栓与纵向支架相连；
34.所述横向支架呈直角拱形，所述横向支架的两内侧设有凹槽轨道，所述凹槽轨道等间距设有多个定位孔，横向移动杆能够在横向支架的凹槽轨道内水平移动，横向移动杆移动到预设位置后，通过穿过定位孔的螺栓与横向支架相连并卡位固定；
35.所述纵向移动杆、所述横向移动杆均凹设有与所述阴极片相适应的卡槽，通过调整纵向移动杆和横向移动杆的位置，进而调整不同长度的阴极片及与水平方向的夹角。
36.进一步地，所述阳极片组件由l型电极片支架、与所述l型电极片支架相连的阳极片组成，其中：
37.所述阳极片为pt片，所述阳极片的设有引出铜电极箔，所述引出铜电极箔与所述阳极引出端相连；
38.所述l型电极片支架包括纵向支架和横向支架，所述纵向支架的一侧与所述横向支架一侧焊接并呈l型，所述纵向支架与所述横向支架的连接处设有加强筋；
39.所述纵向支架呈直角拱形，所述纵向支架的两内侧设有凹槽轨道，所述凹槽轨道等间距设有多个定位孔，纵向移动杆能够在纵向支架凹槽轨道内上下移动，纵向移动杆移动到预设位置后，通过穿过定位孔的螺栓与纵向支架相连并卡位固定；
40.所述横向支架呈直角拱形，所述横向支架的两内侧设有凹槽轨道，所述凹槽轨道等间距设有多个定位孔，横向移动杆能够在横向支架凹槽轨道内水平移动，横向移动杆移动到预设位置后，通过穿过定位孔的螺栓与横向支架相连并卡位固定；
41.所述纵向移动杆、所述横向移动杆均凹设有与所述阳极片相适应的卡槽，通过调整纵向移动杆和横向移动杆的位置，调整不同长度的阳极片与水平方向的夹角。
42.进一步地，还包括光源跟踪器和转盘，所述光源跟踪器布设于所述阴极反应器壳体的外侧，所述光源跟踪器的输出端与所述智能控制器的输入端相连；
43.反应器布设于可转动的转盘顶侧，转盘的底侧中部与转轴的一端相连，所述转轴通过由钢丝与所述转盘的底侧四周固定，转轴与设置于底座上的驱动电机的输出轴传动相连，所述智能控制器的输出端与所述驱动电机的输入端相连。
44.进一步地，阴极反应器透明迎光侧面相对应的外侧倾斜放置一反射镜，所述反射镜与水平面的倾斜角为45
°
～60
°
。
45.一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应系统，包括上述的任意一项光电耦合双源激发裂解水产氢反应器和分子筛系统，其中：
46.所述分子筛系统包括分子筛，所述分子筛分别外接入气管、氢气出气管、氮气出气管，所述入气管与所述氢气导出管相连通，所述入气管设有入气阀，所述氢气出气管设有氢气出气阀，所述氮气出气管设有氮气出气阀，所述智能控制器的输出端分别与所述入气阀的输入端、所述氢气出气阀的输入端、所述氮气出气阀的输入端相连。
47.一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应方法，采用上述任意一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应器，包括以下步骤：
48.步骤(1)、调整阴极片组件的阴极片与水平面的角度至30
°
～60
°
，并将阳极片组件调整至与所述阴极片的角度相同；
49.步骤(2)、在智能控制器的控制下，控制阴极反应器和阳极反应器的液体注入：
50.对于阴极反应器，反应前：阴极反应器中的阴极水位传感器探测阴极反应器的液面高度并传输到智能控制器，液面高度低于腔体高度2/3时，通过智能控制器控制打开阴极反应器液体注入阀注入浓度范围为0.1～4m的阴极水溶液,液面达到阴极反应器腔体高度3/4时，关闭阴极反应器液体注入阀，并做密封处理；反应中：阴极反应器中的阴极水位传感器探测阴极反应器液面高度传输到智能控制器，液面高度达到阴极反应器腔体高度的2/3时，通过智能控制器打开阴极反应器液体注入阀注入水，使阴极反应器的液面达到阴极反应器腔体高度的3/4时，关闭阴极反应器液体注入阀，依次循环，控制阴极反应器的液面高
度为阴极反应器腔体高度的2/3～3/4间变化，循环往复；
51.对于阳极反应器，反应前：阳极反应器中的阳极水位传感器探测阳极反应器液面高度传输到智能控制器，液面高度低于腔体高度2/3时，智能控制器输出控制打开阳极反应器液体注入阀注入与阴极反应器对应的相同阳离子及浓度的阳极水溶液，液面达到阳极反应器腔体高度的3/4时，关闭阳极反应器液体注入阀，并做密封处理；反应中：阳极反应器中的阳极水位传感器探测阳极反应器的液面高度并传输到智能控制器，液面达到阳极反应器腔体高度的2/3时，通过智能控制器打开阳极反应器液体注入阀注入水，使阳极反应器的液面达到阳极反应器腔体高度的3/4时关闭阳极反应器液体注入阀，依次循环，控制阳极反应器的液面高度为阳极反应器的腔体高度的2/3～3/4，循环往复；
52.步骤(3)、将阴极反应器放置于光源正下方，将阴极引出端、阳极引出端、甘汞电极的引出线分别接到电化学工作站的对电极、工作电极、参比电极上，测试iv特性，获得最大电流时的工作电压vmax；
53.步骤(4)、移走电化学工作站，设置反射镜与水平面的角度至45
°
～60
°
；
54.步骤(5)、阴极引出端、阳极引出端、甘汞电极的引出线分别接到恒电位仪的对电极、工作电极、参比电极上，设置工作电压为vmax；
55.步骤(6)、通过智能控制器进行以下操作：
56.(61)、控制阴极反应器氮气导入阀、氢气流量计导出阀的开合，保持阴极气压计气压在1～1.5个标准大气压，确保所产氢气顺畅导出；控制阳极反应器氮气导入阀、氧气流量计导出阀的开合，保持阳极气压计气压在1～1.5个标准大气压，确保所产氧气顺畅导出；
57.(62)、控制阴极反应器液体注入阀和阳极反应器液体注入阀的开合，智能控制器根据阴极水位传感器、阳极水位传感器控制阴极反应器、阳极反应器的注水液面高度为各自腔体高度2/3～3/4之间变化周而复始；
58.(63)、反应中，控制恒电位仪的开合，使阳极引出端的工作电位加到vmax；
59.(64)、根据光源跟踪器，控制转轴，使转盘上的阴极反应器中阴极片组件受光面朝向光源最佳受光；
60.步骤(7)、阴极反应器的氢气流量计导出阀导出的h2+n2混合气体导入气阀,经分子筛分离出h2和n2，分别由氢气出气阀和氮气出气阀导出。
61.进一步地，还包括步骤(8)，制氢完成后，通过智能控制器控制阴极反应器液体注入阀、阳极反应器液体注入阀、阴极反应器氮气导入阀、氢气流量计导出阀、阳极反应器氮气导入阀、氧气流量计导出阀，以及恒电位仪关闭。
62.有益效果：本发明公开的一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应器及系统与方法具有以下有益效果：
63.(1)阴极材料创新：stf材料作为阴极材料在电解水时可直接替换pt电极，价格远低于pt电极，产氢率和pt电极相比拟，降低电解水成本；
64.(2)机理创新：“光”+“电”耦合双激发源裂解水，克服了电解水的单一能量(电)转换(氢)模式所造成能量递减(50％转换率)；“光”的介入增加了产氢激发源，stf材料充分利用了太阳光中近全可见光谱(400-700nm),以电源消耗为计算(太阳光免费)，获得90％-450％的产氢转化率，大幅减少电能向氢能转化时的损失。
65.(3)节能：传统的电解水工作温度在80℃,本发明反应器及系统工作温度在室温下
工作；使用太阳能是可再生能源对我们是为免费的节能；充分利用系统中的线性聚光菲涅尔透镜和反射镜，增大了太阳能强度和利用率。
66.(4)环保：石油裂解和工业副产的氢气有含碳排放，且所产氢气含有害杂质需提纯，易产生燃料电池催化剂中毒；本系统产物为氢气和氧气，无有害杂质，绿色环保。
67.(5)常压型气体导出系统(1个大气压)：传统电解水产氢导出气压为常压的7-32倍，大幅降低反应系统成本。
68.(6)经济实用性：传统可再生能源制氢成本为20元/kgh2,估算光电耦合绿氢技术产氢成本至少减少一半，为10元/kgh2，基本与煤和天然气产氢煤产氢成本8～12元/kgh2持平。
69.综上所述，与传统的电解水制氢、裂解石油和工业副产制氢相比，本发明具有高效、低成本、节能、绿色环保、经济实用等优势，使绿氢技术取代的灰氢及蓝氢技术提前5、10年前进入氢经济市场。
附图说明
70.图1为本发明公开的一种光电耦合双源激发裂解水产氢系统的示意图。
71.图2为分子筛系统的示意图。
72.图3为阴极片的示意图。
73.图4为l型电极片支架的示意图。
74.图5为阳离子交换膜组件的示意图。
75.图6为相同工作电压下不同阴极材料的产氢系统的产氢电流密度示意图；
76.图7为相同工作电压下不同阴极材料的产氢系统的产氢流量及产氢电流密度示意图；
77.图8为相同工作电压下不同阴极材料的产氢系统的产氢量及能量转化率的示意图；
78.图9为不同光源的及有无菲涅尔透镜聚光的产氢系统的产氢量、产氢电流密度、电能/氢能转化率的示意图。其中：
79.1-阴极反应器
80.2-阴极反应器透明迎光侧面
81.4-阴极片组件
82.5-光源跟踪器
83.6-氢气导出流量计
84.7-氢气流量计导出阀
85.8-阴极反应器氮气导入流量计
86.9-阴极反应器氮气导入阀
87.10-阴极反应器透明顶盖
88.11-阴极引出端
89.12-阴极反应器液体注入阀
90.24-阴极气压计
91.51-阴极水位传感器
92.23-阳极反应器
93.13-氧气导出流量计
94.14-氧气流量计导出阀
95.15-阳极反应器氮气导入流量计
96.16-阳极反应器氮气导入阀
97.17-盐桥
98.18-甘汞电极
99.19-参比电极组件
100.20-阳极引出端
101.21-阳极反应器液体注入阀
102.22-阳极片组件
103.25-阳极气压计
104.50-阳极反应器顶盖
105.52-阳极水位传感器
106.3-阳离子交换膜组件
107.30-智能控制器
108.31-恒电位仪
109.32-反射镜
110.33-转盘
111.34-转轴
112.35-底座
113.36-光源
114.37-入气阀
115.38-分子筛
116.39-氢气出气阀
117.40-氮气出气阀
118.40-导电玻璃
119.41-stf涂层
120.42-引出铜电极箔
121.43-l型电极片支架
122.44-纵向支架
123.45-纵向移动杆
124.46-横向支架
125.47-横向移动杆
126.48-阳离子交换膜夹具
127.49-阳离子交换膜
具体实施方式：
128.下面对本发明的具体实施方式详细说明。
129.为了便于本领域技术人员更加容易连接本技术的技术方案，对于一些相关部件与材料做如下说明：
130.1.阴极片的制备：
131.涂覆有光电催化剂的阴极片制备方法，包括以下步骤：
132.(1)、制备srfe
x
ti
1-xo3-δ
(stf)浆料，其中0≤x≤1，0≤δ≤1：
133.将松油醇/二乙二醇丁醚/乙基纤维素/卵磷脂分别以质量比70.5/25/4/0.5匀搅拌20～40min后得到有机粘合剂；
134.将有机粘合剂与平均粒径在20～40纳米的stf粉体按照质量比30：70～90：10范围内变化，加入浆料搅拌机以60～120rpm的转速搅拌20～50min，获得均匀的stf浆料；
135.(2)、结构如图3所示，将stf浆料用丝网印刷工艺制备在导电玻璃40上，留白1/4长度，膜厚30-50μm；加温450-500℃，保温0.5-1h，之后缓慢降至室温，得到阴极片；
136.(3)、在阴极片的导电玻璃40的留白处焊接引出铜电极箔42。
137.引出铜电极箔42与阴极反应器1中阴极引出端11相连，并接入恒电位仪31。
138.实施例1
139.如图1、图5所示，一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应器，由智能控制器30、恒电位仪31、以及依次相连通的阴极反应器1、阳离子交换膜组件3和阳极反应器23、参比电极组件19组成，其中：
140.所述阳离子交换膜组件3由阳离子交换膜49和两个阳离子交换膜夹具48组成，所述阳离子交换膜夹具48由玻璃制成，两个所述阳离子交换膜夹具48的外侧分别与阴极反应器1、阳极反应器23相接，所述阳离子交换膜夹具48中间设有贯通的腔体，两个阳离子交换膜夹具48与阳离子交换膜49相接触面之间分别设有环形软橡胶垫片，向阴极反应器1及阳极反应器23施加相对力，将阳离子交换膜49固定挤压在两个阳离子交换膜夹具48之间；
141.所述阴极反应器1包括由透明材料制成的阴极反应器壳体，所述阴极反应器壳体设有位于一侧的阴极反应器透明迎光侧面2和位于顶侧的阴极反应器透明顶盖10，所述阴极反应器壳体中设有朝向光源36布设的阴极片组件4、阴极水位传感器51和浓度为0.1m的nacl水溶液，所述nacl水溶液的液面高度为阴极反应器1腔体深度的2/3～3/4，所述阴极反应器壳体的一侧的中上部设有阴极反应器液体注入阀12和阴极引出端11，所述阴极引出端11与所述阴极片组件4相连，所述阴极反应器透明顶盖10上设有氢气导出管、氮气导入管和阴极气压计24，所述氢气导出管设有氢气导出流量计6和氢气流量计导出阀7，所述氮气导入管上设有阴极反应器氮气导入流量计8和阴极反应器氮气导入阀9，所述氮气导入管穿过阴极反应器透明顶盖10插入nacl水溶液的液面之下，所述氢气导出管穿过阴极反应器透明顶盖10，且其进气口位于nacl水溶液的液面上方；
142.所述阳极反应器23包括由钢化玻璃制成的阳极反应器壳体，所述阳极反应器壳体设有阳极反应器顶盖50，所述阳极反应器壳体中设有阳极片组件22、阳极水位传感器52和浓度为0.1m的naoh水溶液，所述naoh水溶液的液面高度为阳极反应器23腔体深度的2/3～3/4，所述阳极反应器23的一侧中上部设有阳极反应器液体注入阀21和阳极引出端20，所述阳极引出端20与所述阳极片组件22相连；阳极反应器23外固定的参比电极组件19，所述参比电极组件19包括参比电极壳体和甘汞电极18，所述参比电极壳体中装有饱和kcl水溶液，所述甘汞电极18插入饱和kcl水溶液液面之下，阳极反应器23与参比电极组件19通过跨接
的盐桥17相通，盐桥17两端分别插入阳极反应器23的液面与参比电极组件19的液面之下；阳极反应器顶盖50设有氧气导出管、第二氮气导入管和阳极气压计25，所述氧气导出管设有氧气导出流量计13和氧气流量计导出阀14；所述第二氮气导入管设有阳极反应器氮气导入流量计15和阳极反应器氮气导入阀16，所述第二氮气导入管穿过阳极反应器顶盖50插入阳极液面之下；氧气导出管穿过阳极反应器顶盖50，且位于naoh水溶液的液面之上；
143.所述阴极气压计24的输出端、所述氢气导出流量计6的输出端、所述阴极反应器氮气导入流量计8的输出端、所述阳极气压计25的输出端、氧气导出流量计13的输出端、阳极反应器氮气导入流量计15的输出端、阴极水位传感器51的输出端、阳极水位传感器52的输出端分别与所述智能控制器30的输入端相连；
144.所述智能控制器30的输出端分别与所述氢气流量计导出阀7的输入端、所述阴极反应器氮气导入阀9的输入端、氧气流量计导出阀14的输入端、阳极反应器氮气导入阀16的输入端、恒电位仪31的输入端、所述阴极反应器液体注入阀12的输入端、阳极反应器液体注入阀21的输入端相连；
145.恒电位仪31分别与阴极引出端11、阳极引出端20、甘汞电极18相连。
146.阴极水位传感器51将阴极反应器1中的水位信息输入到智能控制器30，阳极水位传感器52将阳极反应器23的水位信息输入到智能控制器30。
147.进一步地，阴极反应器透明顶盖10为钢化玻璃(光透过率88％)，阴极反应器透明迎光侧面2为钢化玻璃(光透过率88％)，阴极反应器壳体的的剩余面为厚度为8mm的钢化玻璃。
148.如图4所示，进一步地，所述阴极片组件4由l型电极片支架43、与所述l型电极片支架43相连的阴极片组成，其中：
149.所述阴极片包括导电玻璃40，在所述导电玻璃40的一侧的中下部设有厚度为30-50μm的stf涂层41，所述导电玻璃40的留白处设有引出铜电极箔42，所述stf涂层41由srfe
x
ti
1-xo3-δ
浆料涂敷而成，其中：0≤x≤1，0≤δ≤1，所述引出铜电极箔42与所述阴极引出端11相连；
150.所述l型电极片支架43包括纵向支架44和横向支架46，所述纵向支架44的一侧与所述横向支架46一侧焊接并呈l型，所述纵向支架44与所述横向支架46的连接处设有加强筋；
151.所述纵向支架44呈直角拱形，所述纵向支架44的两内侧设有凹槽轨道，所述凹槽轨道等间距设有多个定位孔，纵向移动杆45能够在纵向支架44的凹槽轨道内上下移动，纵向移动杆45移动到预设位置后，通过穿过定位孔的螺栓与纵向支架44相连；
152.所述横向支架46呈直角拱形，所述横向支架46的两内侧设有凹槽轨道，所述凹槽轨道等间距设有多个定位孔，横向移动杆47能够在横向支架46的凹槽轨道内水平移动，横向移动杆47移动到预设位置后，通过穿过定位孔的螺栓与横向支架46相连并卡位固定；
153.所述纵向移动杆45、所述横向移动杆47均凹设有与所述阴极片相适应的卡槽，通过调整纵向移动杆45和横向移动杆47的位置，进而调整不同长度的阴极片及与水平方向的夹角。
154.进一步地，所述阳极片组件22由l型电极片支架43、与所述l型电极片支架43相连的阳极片组成，其中：
155.所述阳极片为pt片，所述阳极片的设有引出铜电极箔42，所述引出铜电极箔42与所述阳极引出端20相连；
156.所述l型电极片支架43包括纵向支架44和横向支架46，所述纵向支架44的一侧与所述横向支架46一侧焊接并呈l型，所述纵向支架44与所述横向支架46的连接处设有加强筋；
157.所述纵向支架44呈直角拱形，所述纵向支架44的两内侧设有凹槽轨道，所述凹槽轨道等间距设有多个定位孔，纵向移动杆45能够在纵向支架44凹槽轨道内上下移动，纵向移动杆45移动到预设位置后，通过穿过定位孔的螺栓与纵向支架44相连并卡位固定；
158.所述横向支架46呈直角拱形，所述横向支架46的两内侧设有凹槽轨道，所述凹槽轨道等间距设有多个定位孔，横向移动杆47能够在横向支架46凹槽轨道内水平移动，横向移动杆47移动到预设位置后，通过穿过定位孔的螺栓与横向支架46相连并卡位固定；
159.所述纵向移动杆45、所述横向移动杆47均凹设有与所述阳极片相适应的卡槽，通过调整纵向移动杆45和横向移动杆47的位置，调整不同长度的阳极片与水平方向的夹角。
160.进一步地，还包括光源跟踪器5和转盘33，所述光源跟踪器5布设于所述阴极反应器壳体的外侧，所述光源跟踪器5的输出端与所述智能控制器30的输入端相连；
161.反应器布设于可转动的转盘33顶侧，转盘33的底侧中部与转轴34的一端相连，所述转轴34通过由钢丝与所述转盘33的底侧四周固定，转轴34与设置于底座35上的驱动电机的输出轴传动相连，所述智能控制器30的输出端与所述驱动电机的输入端相连。
162.进一步地，阴极反应器透明迎光侧面2相对应的外侧倾斜放置一反射镜32，所述反射镜32的倾斜角为45
°
。
163.如图2所示，一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应系统，包括上述的任意一项光电耦合双源激发裂解水产氢反应器和分子筛系统，其中：
164.所述分子筛系统包括分子筛38，所述分子筛38分别外接入气管、氢气出气管、氮气出气管，所述入气管与所述氢气导出管相连通，所述入气管设有入气阀37，所述氢气出气管设有氢气出气阀39，所述氮气出气管设有氮气出气阀40，所述智能控制器30的输出端分别与所述入气阀37的输入端、所述氢气出气阀39的输入端、所述氮气出气阀40的输入端相连。
165.产氢反应前，打开阴极反应器液体注入阀12注入阴极反应器1溶液，到达阴极反应器1的腔体高度的3/4后关闭阴极反应器液体注入阀12；反应过程中，当阴极反应器液体液面到达阴极反应器1的腔体高度的2/3处，打开阴极反应器液体注入阀12注入水，使其阴极液面到达阴极反应器1的腔体高度的3/4后，关闭阴极反应器液体注入阀12。依次循环往复。
166.阳极反应器23侧面设有阳极反应器液体注入阀21，注入溶液可以是阳极反应器溶液或水。阴极水位传感器51将水位信息通过输入智能控制器30，控制阳极反应器23中液体液面为阳极反应器23的腔体高度的3/4-2/3之间：产氧反应前，打开阳极反应器液体注入阀21注入阳极反应器溶液，到达阳极反应器23的腔体高度的3/4后关闭阳极反应器液体注入阀21；反应过程中，当阳极反应器液体液面到达阳极反应器23的腔体高度的2/3处，打开阳极反应器液体注入阀21注入水，使其达到阳极反应器23的腔体高度的3/4后，关闭阳极反应器液体注入阀21。依次循环往复。
167.一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应方法，采用上述任意一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应器，包括以下步骤：
168.步骤(1)、调整阴极片组件4的阴极片与水平面的角度至30
°
，并将阳极片组件22调整至与所述阴极片的角度相同；
169.步骤(2)、在智能控制器30的控制下，控制阴极反应器1和阳极反应器23的液体注入：
170.对于阴极反应器1，反应前：阴极反应器1中的阴极水位传感器51探测阴极反应器1的液面高度并传输到智能控制器30，液面高度低于腔体高度2/3时，通过智能控制器30控制打开阴极反应器液体注入阀12注入浓度范围为0.1m的nacl水溶液,液面达到阴极反应器1腔体高度3/4时，关闭阴极反应器液体注入阀12，并做密封处理；反应中：阴极反应器1中的阴极水位传感器51探测阴极反应器1液面高度传输到智能控制器30，液面高度达到阴极反应器1腔体高度的2/3时，通过智能控制器30打开阴极反应器液体注入阀12注入水，使阴极反应器1的液面达到阴极反应器1腔体高度的3/4时，关闭阴极反应器液体注入阀12，依次循环，控制阴极反应器1的液面高度为阴极反应器1腔体高度的2/3～3/4间变化，循环往复；
171.对于阳极反应器23，反应前：阳极反应器23中的阳极水位传感器52探测阳极反应器23液面高度传输到智能控制器30，液面高度低于腔体高度2/3时，智能控制器30输出控制打开阳极反应器液体注入阀21注入与阴极反应器1对应的相同浓度的naoh水溶液，液面达到阳极反应器23腔体高度的3/4时，关闭阳极反应器液体注入阀21，并做密封处理；反应中：阳极反应器23中的阳极水位传感器52探测阳极反应器23的液面高度并传输到智能控制器30，液面达到阳极反应器23腔体高度的2/3时，通过智能控制器30打开阳极反应器液体注入阀21注入水，使阳极反应器23的液面达到阳极反应器23腔体高度的3/4时关闭阳极反应器液体注入阀21，依次循环，控制阳极反应器23的液面高度为阳极反应器23的腔体高度的2/3～3/4，循环往复；
172.步骤(3)、将阴极反应器1放置于光源36正下方，将阴极引出端11、阳极引出端20、甘汞电极18的引出线分别接到电化学工作站的对电极、工作电极、参比电极上，测试iv特性，获得最大电流时的工作电压vmax；
173.步骤(4)、移走电化学工作站，设置反射镜32的与水平面的角度至45
°
；
174.步骤(5)、阴极引出端11、阳极引出端20、甘汞电极18的引出线分别接到恒电位仪31的对电极、工作电极、参比电极上，设置工作电压为vmax；
175.步骤(6)、通过智能控制器30进行以下操作：
176.(61)、控制阴极反应器氮气导入阀9、氢气流量计导出阀7的开合，保持阴极气压计24气压在1个标准大气压，确保所产氢气顺畅导出；控制阳极反应器氮气导入阀16、氧气流量计导出阀14的开合，保持阳极气压计25气压在1个标准大气压，确保所产氧气顺畅导出；
177.(62)、控制阴极反应器液体注入阀12和阳极反应器液体注入阀21的开合，智能控制器30根据阴极水位传感器51、阳极水位传感器52控制阴极反应器1、阳极反应器23的注水液面高度为各自腔体高度2/3～3/4之间变化周而复始；
178.(63)、反应中，控制恒电位仪31的开合，使阳极引出端20的工作电位加到vmax；
179.(64)、根据光源跟踪器5，控制转轴34，使转盘33上的阴极反应器1中阴极片组件4受光面朝向光源36最佳受光；
180.步骤(7)、阴极反应器1的氢气流量计导出阀7导出的h2+n2混合气体导入气阀37,经分子筛38分离出h2和n2，分别由氢气出气阀39和氮气出气阀40导出。
181.进一步地，还包括步骤(8)，制氢完成后，通过智能控制器30控制阴极反应器液体注入阀12、阳极反应器液体注入阀21、阴极反应器氮气导入阀9、氢气流量计导出阀7、阳极反应器氮气导入阀16、氧气流量计导出阀14，以及恒电位仪31关闭。
182.验证试验：
183.(1)光源采用40w led；
184.阳极工作电压0.75v，阴极片stf(l),阳极片pt，膜电极面积：1cm2；实施上述的一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应方法的步骤(1)～(8)。
185.(2)暗光条件；
186.阳极工作电压0.75v。阴极片stf(d),阳极片pt，膜电极面积：1cm2；实施上述的一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应方法的步骤(1)～(8)。
187.(3)阳极工作电压0.75v
188.阴极片pt,阳极片pt，膜电极面积：1cm2；实施上述的一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应方法的步骤(1)～(8)。
189.具体结果如图6-8所示，从图6和图7可以表明在同等工作电压下(v＝0.75v)stf(l)电极在40w led灯光照下产氢电流密度是pt的1.58倍，产氢量是pt的1.5倍；在暗光条件下，stf(d)电极产氢电流密度是pt的1.16倍，产氢量是pt的1.12倍，可以等同与pt电极产氢量。
190.图8表明stf(l)材料产1kgh2需45.24kwh能量，电能转化为氢能转化率η为87.5％；pt产1kg h2需58.8kwh能量，电能转化为氢能转化率η为66.6％。在同等耗电量下，stf(l)产氢量是pt的1.3倍；电能转化为h2能的转化率比pt高30％。
191.实施例2-6
192.与实施例1大致相同，区别仅仅在于阴极水溶液的溶质以及阳极水溶液的溶质不同：
[0193] 阴极水溶液的溶质阳极水溶液的溶质实施例2kclkoh实施例3becl2be(oh)2实施例4cacl2ca(oh)2实施例5bacl2ba(oh)2实施例6zncl2zn(oh)2[0194]
实施例7
[0195]
一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应器，由智能控制器30、恒电位仪31、以及依次相连通的阴极反应器1、阳离子交换膜组件3和阳极反应器23、参比电极组件19组成，其中：
[0196]
所述阳离子交换膜组件3由阳离子交换膜49和两个阳离子交换膜夹具48组成，所述阳离子交换膜夹具48由玻璃制成，两个所述阳离子交换膜夹具48的外侧分别与阴极反应器1、阳极反应器23相接，所述阳离子交换膜夹具48中间设有贯通的腔体，两个阳离子交换膜夹具48与阳离子交换膜49相接触面之间分别设有环形软橡胶垫片，向阴极反应器1及阳极反应器23施加相对力，将阳离子交换膜49固定挤压在两个阳离子交换膜夹具48之间；
[0197]
所述阴极反应器1包括由透明材料制成的阴极反应器壳体，所述阴极反应器壳体
50μm的stf涂层41，所述导电玻璃40的留白处设有引出铜电极箔42，所述stf涂层41由srfe
x
ti
1-xo3-δ
浆料涂敷而成，其中：0≤x≤1，0≤δ≤1，所述引出铜电极箔42与所述阴极引出端11相连；
[0206]
所述l型电极片支架43包括纵向支架44和横向支架46，所述纵向支架44的一侧与所述横向支架46一侧焊接并呈l型，所述纵向支架44与所述横向支架46的连接处设有加强筋；
[0207]
所述纵向支架44呈直角拱形，所述纵向支架44的两内侧设有凹槽轨道，所述凹槽轨道等间距设有多个定位孔，纵向移动杆45能够在纵向支架44的凹槽轨道内上下移动，纵向移动杆45移动到预设位置后，通过穿过定位孔的螺栓与纵向支架44相连；
[0208]
所述横向支架46呈直角拱形，所述横向支架46的两内侧设有凹槽轨道，所述凹槽轨道等间距设有多个定位孔，横向移动杆47能够在横向支架46的凹槽轨道内水平移动，横向移动杆47移动到预设位置后，通过穿过定位孔的螺栓与横向支架46相连并卡位固定；
[0209]
所述纵向移动杆45、所述横向移动杆47均凹设有与所述阴极片相适应的卡槽，通过调整纵向移动杆45和横向移动杆47的位置，进而调整不同长度的阴极片及与水平方向的夹角。
[0210]
进一步地，所述阳极片组件22由l型电极片支架43、与所述l型电极片支架43相连的阳极片组成，其中：
[0211]
所述阳极片为pt片，所述阳极片的设有引出铜电极箔42，所述引出铜电极箔42与所述阳极引出端20相连；
[0212]
所述l型电极片支架43包括纵向支架44和横向支架46，所述纵向支架44的一侧与所述横向支架46一侧焊接并呈l型，所述纵向支架44与所述横向支架46的连接处设有加强筋；
[0213]
所述纵向支架44呈直角拱形，所述纵向支架44的两内侧设有凹槽轨道，所述凹槽轨道等间距设有多个定位孔，纵向移动杆45能够在纵向支架44凹槽轨道内上下移动，纵向移动杆45移动到预设位置后，通过穿过定位孔的螺栓与纵向支架44相连并卡位固定；
[0214]
所述横向支架46呈直角拱形，所述横向支架46的两内侧设有凹槽轨道，所述凹槽轨道等间距设有多个定位孔，横向移动杆47能够在横向支架46凹槽轨道内水平移动，横向移动杆47移动到预设位置后，通过穿过定位孔的螺栓与横向支架46相连并卡位固定；
[0215]
所述纵向移动杆45、所述横向移动杆47均凹设有与所述阳极片相适应的卡槽，通过调整纵向移动杆45和横向移动杆47的位置，调整不同长度的阳极片与水平方向的夹角。
[0216]
进一步地，还包括光源跟踪器5和转盘33，所述光源跟踪器5布设于所述阴极反应器壳体的外侧，所述光源跟踪器5的输出端与所述智能控制器30的输入端相连；
[0217]
反应器布设于可转动的转盘33顶侧，转盘33的底侧中部与转轴34的一端相连，所述转轴34通过由钢丝与所述转盘33的底侧四周固定，转轴34与设置于底座35上的驱动电机的输出轴传动相连，所述智能控制器30的输出端与所述驱动电机的输入端相连。
[0218]
进一步地，阴极反应器透明迎光侧面2相对应的外侧倾斜放置一反射镜32，所述反射镜32的倾斜角为60
°
。
[0219]
一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应系统，包括上述的任意一项光电耦合双源激发裂解水产氢反应器和分子筛系统，其中：
[0220]
所述分子筛系统包括分子筛38，所述分子筛38分别外接入气管、氢气出气管、氮气出气管，所述入气管与所述氢气导出管相连通，所述入气管设有入气阀37，所述氢气出气管设有氢气出气阀39，所述氮气出气管设有氮气出气阀40，所述智能控制器30的输出端分别与所述入气阀37的输入端、所述氢气出气阀39的输入端、所述氮气出气阀40的输入端相连。
[0221]
产氢反应前，打开阴极反应器液体注入阀12注入阴极反应器1溶液，到达阴极反应器1的腔体高度的3/4后关闭阴极反应器液体注入阀12；反应过程中，当阴极反应器液体液面到达阴极反应器1的腔体高度的2/3处，打开阴极反应器液体注入阀12注入水，使其阴极液面到达阴极反应器1的腔体高度的3/4后，关闭阴极反应器液体注入阀12。依次循环往复。
[0222]
阳极反应器23侧面设有阳极反应器液体注入阀21，注入溶液可以是阳极反应器溶液或水。阴极水位传感器51将水位信息通过输入智能控制器30，控制阳极反应器23中液体液面为阳极反应器23的腔体高度的3/4-2/3之间：产氧反应前，打开阳极反应器液体注入阀21注入阳极反应器溶液，到达阳极反应器23的腔体高度的3/4后关闭阳极反应器液体注入阀21；反应过程中，当阳极反应器液体液面到达阳极反应器23的腔体高度的2/3处，打开阳极反应器液体注入阀21注入水，使其达到阳极反应器23的腔体高度的3/4后，关闭阳极反应器液体注入阀21。依次循环往复。
[0223]
一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应方法，采用上述任意一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应器，包括以下步骤：
[0224]
步骤(1)、调整阴极片组件4的阴极片与水平面的角度至60
°
，并将阳极片组件22调整至与所述阴极片的角度相同；
[0225]
步骤(2)、在智能控制器30的控制下，控制阴极反应器1和阳极反应器23的液体注入：
[0226]
对于阴极反应器1，反应前：阴极反应器1中的阴极水位传感器51探测阴极反应器1的液面高度并传输到智能控制器30，液面高度低于腔体高度2/3时，通过智能控制器30控制打开阴极反应器液体注入阀12注入浓度范围为4m的nacl水溶液,液面达到阴极反应器1腔体高度3/4时，关闭阴极反应器液体注入阀12，并做密封处理；反应中：阴极反应器1中的阴极水位传感器51探测阴极反应器1液面高度传输到智能控制器30，液面高度达到阴极反应器1腔体高度的2/3时，通过智能控制器30打开阴极反应器液体注入阀12注入水，使阴极反应器1的液面达到阴极反应器1腔体高度的3/4时，关闭阴极反应器液体注入阀12，依次循环，控制阴极反应器1的液面高度为阴极反应器1腔体高度的2/3～3/4间变化，循环往复；
[0227]
对于阳极反应器23，反应前：阳极反应器23中的阳极水位传感器52探测阳极反应器23液面高度传输到智能控制器30，液面高度低于腔体高度2/3时，智能控制器30输出控制打开阳极反应器液体注入阀21注入与阴极反应器1对应的相同浓度的naoh水溶液，液面达到阳极反应器23腔体高度的3/4时，关闭阳极反应器液体注入阀21，并做密封处理；反应中：阳极反应器23中的阳极水位传感器52探测阳极反应器23的液面高度并传输到智能控制器30，液面达到阳极反应器23腔体高度的2/3时，通过智能控制器30打开阳极反应器液体注入阀21注入水，使阳极反应器23的液面达到阳极反应器23腔体高度的3/4时关闭阳极反应器液体注入阀21，依次循环，控制阳极反应器23的液面高度为阳极反应器23的腔体高度的2/3～3/4，循环往复；
[0228]
步骤(3)、将阴极反应器1放置于光源36正下方，将阴极引出端11、阳极引出端20、
甘汞电极18的引出线分别接到电化学工作站的对电极、工作电极、参比电极上，测试iv特性，获得最大电流时的工作电压vmax；
[0229]
步骤(4)、移走电化学工作站，设置反射镜32的与水平面的角度至60
°
；
[0230]
步骤(5)、阴极引出端11、阳极引出端20、甘汞电极18的引出线分别接到恒电位仪31的对电极、工作电极、参比电极上，设置工作电压为vmax；
[0231]
步骤(6)、通过智能控制器30进行以下操作：
[0232]
(61)、控制阴极反应器氮气导入阀9、氢气流量计导出阀7的开合，保持阴极气压计24气压在1.5个标准大气压，确保所产氢气顺畅导出；控制阳极反应器氮气导入阀16、氧气流量计导出阀14的开合，保持阳极气压计25气压在1.5个标准大气压，确保所产氧气顺畅导出；
[0233]
(62)、控制阴极反应器液体注入阀12和阳极反应器液体注入阀21的开合，智能控制器30根据阴极水位传感器51、阳极水位传感器52控制阴极反应器1、阳极反应器23的注水液面高度为各自腔体高度2/3～3/4之间变化周而复始；
[0234]
(63)、反应中，控制恒电位仪31的开合，使阳极引出端20的工作电位加到vmax；
[0235]
(64)、根据光源跟踪器5，控制转轴34，使转盘33上的阴极反应器1中阴极片组件4受光面朝向光源36最佳受光；
[0236]
步骤(7)、阴极反应器1的氢气流量计导出阀7导出的h2+n2混合气体导入气阀37,经分子筛38分离出h2和n2，分别由氢气出气阀39和氮气出气阀40导出。
[0237]
进一步地，还包括步骤(8)，制氢完成后，通过智能控制器30控制阴极反应器液体注入阀12、阳极反应器液体注入阀21、阴极反应器氮气导入阀9、氢气流量计导出阀7、阳极反应器氮气导入阀16、氧气流量计导出阀14，以及恒电位仪31关闭。
[0238]
验证试验：
[0239]
与实施例1大致相同，区别仅仅是将光源由40w led换成了太阳光光源，
[0240]
太阳光光源:太阳光的平均福照度:1535w/m2‑‑‑‑
153.5mw/cm2；40w led光源的福照度：7.7mw/cm2；太阳光源是40w led福照度的19.9倍。
[0241]
实施例1中光源为40w led，产氢电流密度0.118a/cm2，光电流占产氢电流的26.85％，改为太阳光后，由于照射角度不同(光照50％起作用)，产氢电流密度为0.3632a/cm2；产氢量为：6.89sccm；能量转化率η为256％。
[0242]
实施例8-12
[0243]
与实施例7大致相同，区别仅仅在于阴极水溶液的溶质以及阳极水溶液的溶质不同：
[0244][0245]
[0246]
实施例13
[0247]
一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应器，由智能控制器30、恒电位仪31、以及依次相连通的阴极反应器1、阳离子交换膜组件3和阳极反应器23、参比电极组件19组成，其中：
[0248]
所述阳离子交换膜组件3由阳离子交换膜49和两个阳离子交换膜夹具48组成，所述阳离子交换膜夹具48由玻璃制成，两个所述阳离子交换膜夹具48的外侧分别与阴极反应器1、阳极反应器23相接，所述阳离子交换膜夹具48中间设有贯通的腔体，两个阳离子交换膜夹具48与阳离子交换膜49相接触面之间分别设有环形软橡胶垫片，向阴极反应器1及阳极反应器23施加相对力，将阳离子交换膜49固定挤压在两个阳离子交换膜夹具48之间；
[0249]
所述阴极反应器1包括由透明材料制成的阴极反应器壳体，所述阴极反应器壳体设有位于一侧的阴极反应器透明迎光侧面2和位于顶侧的阴极反应器透明顶盖10，所述阴极反应器壳体中设有朝向光源36布设的阴极片组件4、阴极水位传感器51和浓度为2m的nacl水溶液，所述nacl水溶液的液面高度为阴极反应器1腔体深度的2/3～3/4，所述阴极反应器壳体的一侧的中上部设有阴极反应器液体注入阀12和阴极引出端11，所述阴极引出端11与所述阴极片组件4相连，所述阴极反应器透明顶盖10上设有氢气导出管、氮气导入管和阴极气压计24，所述氢气导出管设有氢气导出流量计6和氢气流量计导出阀7，所述氮气导入管上设有阴极反应器氮气导入流量计8和阴极反应器氮气导入阀9，所述氮气导入管穿过阴极反应器透明顶盖10插入nacl水溶液的液面之下，所述氢气导出管穿过阴极反应器透明顶盖10，且其进气口位于nacl水溶液的液面上方；
[0250]
所述阳极反应器23包括由钢化玻璃制成的阳极反应器壳体，所述阳极反应器壳体设有阳极反应器顶盖50，所述阳极反应器壳体中设有阳极片组件22、阳极水位传感器52和浓度范围为2m的naoh水溶液，所述naoh水溶液的液面高度为阳极反应器23腔体深度的2/3～3/4，所述阳极反应器23的一侧中上部设有阳极反应器液体注入阀21和阳极引出端20，所述阳极引出端20与所述阳极片组件22相连；阳极反应器23外固定的参比电极组件19，所述参比电极组件19包括参比电极壳体和甘汞电极18，所述参比电极壳体中装有饱和kcl水溶液，所述甘汞电极18插入饱和kcl水溶液液面之下，阳极反应器23与参比电极组件19通过跨接的盐桥17相通，盐桥17两端分别插入阳极反应器23的液面与参比电极组件19的液面之下；阳极反应器顶盖50设有氧气导出管、第二氮气导入管和阳极气压计25，所述氧气导出管设有氧气导出流量计13和氧气流量计导出阀14；所述第二氮气导入管设有阳极反应器氮气导入流量计15和阳极反应器氮气导入阀16，所述第二氮气导入管穿过阳极反应器顶盖50插入阳极液面之下；氧气导出管穿过阳极反应器顶盖50，且位于naoh水溶液的液面之上；
[0251]
所述阴极气压计24的输出端、所述氢气导出流量计6的输出端、所述阴极反应器氮气导入流量计8的输出端、所述阳极气压计25的输出端、氧气导出流量计13的输出端、阳极反应器氮气导入流量计15的输出端、阴极水位传感器51的输出端、阳极水位传感器52的输出端分别与所述智能控制器30的输入端相连；
[0252]
所述智能控制器30的输出端分别与所述氢气流量计导出阀7的输入端、所述阴极反应器氮气导入阀9的输入端、氧气流量计导出阀14的输入端、阳极反应器氮气导入阀16的输入端、恒电位仪31的输入端、所述阴极反应器液体注入阀12的输入端、阳极反应器液体注入阀21的输入端相连；
[0253]
恒电位仪31分别与阴极引出端11、阳极引出端20、甘汞电极18相连。
[0254]
阴极水位传感器51将阴极反应器1中的水位信息输入到智能控制器30，阳极水位传感器52将阳极反应器23的水位信息输入到智能控制器30。
[0255]
进一步地，阴极反应器透明顶盖10为线性聚光菲涅尔透镜，阴极反应器透明迎光侧面2为线性聚光菲涅尔透镜，阴极反应器壳体的的剩余面为厚度为10mm的钢化玻璃。
[0256]
进一步地，所述阴极片组件4由l型电极片支架43、与所述l型电极片支架43相连的阴极片组成，其中：
[0257]
所述阴极片包括导电玻璃40，在所述导电玻璃40的一侧的中下部设有厚度为30-50μm的stf涂层41，所述导电玻璃40的留白处设有引出铜电极箔42，所述stf涂层41由srfe
x
ti
1-xo3-δ
浆料涂敷而成，其中：0≤x≤1，0≤δ≤1，所述引出铜电极箔42与所述阴极引出端11相连；
[0258]
所述l型电极片支架43包括纵向支架44和横向支架46，所述纵向支架44的一侧与所述横向支架46一侧焊接并呈l型，所述纵向支架44与所述横向支架46的连接处设有加强筋；
[0259]
所述纵向支架44呈直角拱形，所述纵向支架44的两内侧设有凹槽轨道，所述凹槽轨道等间距设有多个定位孔，纵向移动杆45能够在纵向支架44的凹槽轨道内上下移动，纵向移动杆45移动到预设位置后，通过穿过定位孔的螺栓与纵向支架44相连；
[0260]
所述横向支架46呈直角拱形，所述横向支架46的两内侧设有凹槽轨道，所述凹槽轨道等间距设有多个定位孔，横向移动杆47能够在横向支架46的凹槽轨道内水平移动，横向移动杆47移动到预设位置后，通过穿过定位孔的螺栓与横向支架46相连并卡位固定；
[0261]
所述纵向移动杆45、所述横向移动杆47均凹设有与所述阴极片相适应的卡槽，通过调整纵向移动杆45和横向移动杆47的位置，进而调整不同长度的阴极片及与水平方向的夹角。
[0262]
进一步地，所述阳极片组件22由l型电极片支架43、与所述l型电极片支架43相连的阳极片组成，其中：
[0263]
所述阳极片为pt片，所述阳极片的设有引出铜电极箔42，所述引出铜电极箔42与所述阳极引出端20相连；
[0264]
所述l型电极片支架43包括纵向支架44和横向支架46，所述纵向支架44的一侧与所述横向支架46一侧焊接并呈l型，所述纵向支架44与所述横向支架46的连接处设有加强筋；
[0265]
所述纵向支架44呈直角拱形，所述纵向支架44的两内侧设有凹槽轨道，所述凹槽轨道等间距设有多个定位孔，纵向移动杆45能够在纵向支架44凹槽轨道内上下移动，纵向移动杆45移动到预设位置后，通过穿过定位孔的螺栓与纵向支架44相连并卡位固定；
[0266]
所述横向支架46呈直角拱形，所述横向支架46的两内侧设有凹槽轨道，所述凹槽轨道等间距设有多个定位孔，横向移动杆47能够在横向支架46凹槽轨道内水平移动，横向移动杆47移动到预设位置后，通过穿过定位孔的螺栓与横向支架46相连并卡位固定；
[0267]
所述纵向移动杆45、所述横向移动杆47均凹设有与所述阳极片相适应的卡槽，通过调整纵向移动杆45和横向移动杆47的位置，调整不同长度的阳极片与水平方向的夹角。
[0268]
进一步地，还包括光源跟踪器5和转盘33，所述光源跟踪器5布设于所述阴极反应
器壳体的外侧，所述光源跟踪器5的输出端与所述智能控制器30的输入端相连；
[0269]
反应器布设于可转动的转盘33顶侧，转盘33的底侧中部与转轴34的一端相连，所述转轴34通过由钢丝与所述转盘33的底侧四周固定，转轴34与设置于底座35上的驱动电机的输出轴传动相连，所述智能控制器30的输出端与所述驱动电机的输入端相连。
[0270]
进一步地，阴极反应器透明迎光侧面2相对应的外侧倾斜放置一反射镜32，所述反射镜32的倾斜角为50
°
。
[0271]
一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应系统，包括上述的任意一项光电耦合双源激发裂解水产氢反应器和分子筛系统，其中：
[0272]
所述分子筛系统包括分子筛38，所述分子筛38分别外接入气管、氢气出气管、氮气出气管，所述入气管与所述氢气导出管相连通，所述入气管设有入气阀37，所述氢气出气管设有氢气出气阀39，所述氮气出气管设有氮气出气阀40，所述智能控制器30的输出端分别与所述入气阀37的输入端、所述氢气出气阀39的输入端、所述氮气出气阀40的输入端相连。
[0273]
产氢反应前，打开阴极反应器液体注入阀12注入阴极反应器1溶液，到达阴极反应器1的腔体高度的3/4后关闭阴极反应器液体注入阀12；反应过程中，当阴极反应器液体液面到达阴极反应器1的腔体高度的2/3处，打开阴极反应器液体注入阀12注入水，使其阴极液面到达阴极反应器1的腔体高度的3/4后，关闭阴极反应器液体注入阀12。依次循环往复。
[0274]
阳极反应器23侧面设有阳极反应器液体注入阀21，注入溶液可以是阳极反应器溶液或水。阴极水位传感器51将水位信息通过输入智能控制器30，控制阳极反应器23中液体液面为阳极反应器23的腔体高度的3/4-2/3之间：产氧反应前，打开阳极反应器液体注入阀21注入阳极反应器溶液，到达阳极反应器23的腔体高度的3/4后关闭阳极反应器液体注入阀21；反应过程中，当阳极反应器液体液面到达阳极反应器23的腔体高度的2/3处，打开阳极反应器液体注入阀21注入水，使其达到阳极反应器23的腔体高度的3/4后，关闭阳极反应器液体注入阀21。依次循环往复。
[0275]
一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应方法，采用上述任意一种光电耦合双源激发裂解水产氢反应器，包括以下步骤：
[0276]
步骤(1)、调整阴极片组件4的阴极片与水平面的角度至45
°
，并将阳极片组件22调整至与所述阴极片的角度相同；
[0277]
步骤(2)、在智能控制器30的控制下，控制阴极反应器1和阳极反应器23的液体注入：
[0278]
对于阴极反应器1，反应前：阴极反应器1中的阴极水位传感器51探测阴极反应器1的液面高度并传输到智能控制器30，液面高度低于腔体高度2/3时，通过智能控制器30控制打开阴极反应器液体注入阀12注入浓度范围为2m的nacl水溶液,液面达到阴极反应器1腔体高度3/4时，关闭阴极反应器液体注入阀12，并做密封处理；反应中：阴极反应器1中的阴极水位传感器51探测阴极反应器1液面高度传输到智能控制器30，液面高度达到阴极反应器1腔体高度的2/3时，通过智能控制器30打开阴极反应器液体注入阀12注入水，使阴极反应器1的液面达到阴极反应器1腔体高度的3/4时，关闭阴极反应器液体注入阀12，依次循环，控制阴极反应器1的液面高度为阴极反应器1腔体高度的2/3～3/4间变化，循环往复；
[0279]
对于阳极反应器23，反应前：阳极反应器23中的阳极水位传感器52探测阳极反应器23液面高度传输到智能控制器30，液面高度低于腔体高度2/3时，智能控制器30输出控制
打开阳极反应器液体注入阀21注入与阴极反应器1对应的相同浓度的naoh水溶液，液面达到阳极反应器23腔体高度的3/4时，关闭阳极反应器液体注入阀21，并做密封处理；反应中：阳极反应器23中的阳极水位传感器52探测阳极反应器23的液面高度并传输到智能控制器30，液面达到阳极反应器23腔体高度的2/3时，通过智能控制器30打开阳极反应器液体注入阀21注入水，使阳极反应器23的液面达到阳极反应器23腔体高度的3/4时关闭阳极反应器液体注入阀21，依次循环，控制阳极反应器23的液面高度为阳极反应器23的腔体高度的2/3～3/4，循环往复；
[0280]
步骤(3)、将阴极反应器1放置于光源36正下方，将阴极引出端11、阳极引出端20、甘汞电极18的引出线分别接到电化学工作站的对电极、工作电极、参比电极上，测试iv特性，获得最大电流时的工作电压vmax；
[0281]
步骤(4)、移走电化学工作站，设置反射镜32的与水平面的角度至50
°
；
[0282]
步骤(5)、阴极引出端11、阳极引出端20、甘汞电极18的引出线分别接到恒电位仪31的对电极、工作电极、参比电极上，设置工作电压为vmax；
[0283]
步骤(6)、通过智能控制器30进行以下操作：
[0284]
(61)、控制阴极反应器氮气导入阀9、氢气流量计导出阀7的开合，保持阴极气压计24气压在1.2个标准大气压，确保所产氢气顺畅导出；控制阳极反应器氮气导入阀16、氧气流量计导出阀14的开合，保持阳极气压计25气压在1.2个标准大气压，确保所产氧气顺畅导出；
[0285]
(62)、控制阴极反应器液体注入阀12和阳极反应器液体注入阀21的开合，智能控制器30根据阴极水位传感器51、阳极水位传感器52控制阴极反应器1、阳极反应器23的注水液面高度为各自腔体高度2/3～3/4之间变化周而复始；
[0286]
(63)、反应中，控制恒电位仪31的开合，使阳极引出端20的工作电位加到vmax；
[0287]
(64)、根据光源跟踪器5，控制转轴34，使转盘33上的阴极反应器1中阴极片组件4受光面朝向光源36最佳受光；
[0288]
步骤(7)、阴极反应器1的氢气流量计导出阀7导出的h2+n2混合气体导入气阀37,经分子筛38分离出h2和n2，分别由氢气出气阀39和氮气出气阀40导出。
[0289]
进一步地，还包括步骤(8)，制氢完成后，通过智能控制器30控制阴极反应器液体注入阀12、阳极反应器液体注入阀21、阴极反应器氮气导入阀9、氢气流量计导出阀7、阳极反应器氮气导入阀16、氧气流量计导出阀14，以及恒电位仪31关闭。
[0290]
验证试验：
[0291]
光源：太阳光
[0292]
采用上述的反应器菲涅尔透镜的聚光倍数500倍，光学效率80％。以聚光效率增加1倍计算，产氢电流密度为0.64a/cm2；产氢量12.15sccm；能量转化率η为450％。产氢量：8.7度/kg；0.113kg/度，1.2m3/度。
[0293]
具体结果如图9所示，其中：stf(l)—led：40w led光源，阴极顶盖和迎光面为普通钢化玻璃；stf(s)
‑‑
太阳：太阳光，阴极顶盖和迎光面为普通钢化玻璃；stf(s+fl)：太阳光，顶盖和迎光面为菲涅尔透镜。
[0294]
实施例14-18
[0295]
与实施例13大致相同，区别仅仅在于阴极水溶液的溶质以及阳极水溶液的溶质不
同：
[0296] 阴极水溶液的溶质阳极水溶液的溶质实施例14kclkoh实施例15becl2be(oh)2实施例16cacl2ca(oh)2实施例17bacl2ba(oh)2实施例18zncl2zn(oh)2[0297]
上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。