一种用于光解水产氢的三电极式光电化学电池

本发明涉及光电化学分解水产氢领域，具体涉及一种用于光解水产氢的三电极式光电化学电池。

背景技术：

1、光电化学分解水产氢作为一种清洁高效的新型制取氢气方式受到研究者们的广泛关注。而在光电化学分解水领域，将光阴极与光阳极用导线串联连接形成的光电化学电池是实现无偏压全分解水的主要途径。传统的两电极式光电化学电池对太阳光的吸收利用存在局限，电池的整体光转氢效率较低。因而，增强串联式光电化学电池的光吸收能力是提升光电化学电池的整体制氢效率的一条重要途径。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的技术问题，本发明的首要目的是提供一种用于光解水产氢的三电极式光电化学电池，其包括光阳极、第一光阴极和第二光阴极，光阳极选用bivo4光阳极，第一光阴极选用cu2o光阴极，第二光阴极选用sb2se3光阴极，该光阳极、第一光阴极和第二光阴极吸收不同波段的太阳光，在无需偏压的情况下，有效提升了光电化学电池的整体光转氢效率。

2、为了达到上述目的，本发明至少采用如下技术方案：

3、一种用于光解水产氢的三电极式光电化学电池，包括光阴极和光阳极，光阴极和光阳极之间通过导线连接，所述光阴极包括第一光阴极和第二光阴极；

4、太阳光传输至所述光阳极，第一波长范围的太阳光被光阳极吸收，包含有第二波长范围和第三波长范围的部分太阳光穿过所述光阳极传输至第一光阴极，第二波长范围的太阳光被第一光阴极吸收，包含第三波长范围的部分太阳光穿过所述第一光阴极传输至所述第二光阴极，第三波长范围的太阳光被第二光阴极吸收；

5、所述光阳极选用bivo4光阳极，所述bivo4光阳极包含第一透明导电基底、bivo4吸光层和析氧助催化剂层；所述第一光阴极选用cu2o光阴极，所述cu2o光阴极包含第二透明导电基底、cu2o吸光层和析氢助催化剂层；所述第二光阴极选用sb2se3光阴极，所述sb2se3光阴极包含第三导电基底和依次层叠于导电基底上的sb2se3吸光层、cds缓冲层和析氢助催化剂层；

6、其中，所述第一波长范围在300nm至450nm之间，所述第二波长范围在450nm至600nm之间，所述第三波长范围在600nm至1000nm之间。

7、进一步地，所述光阳极与所述第一光阴极之间具有间距，所述第一光阴极与所述第二光阴极之间具有间距，所述间距均为1.5～2.0cm。

8、进一步地，所述光阳极、所示第一光阴极及所述第二光阴极之间平行放置。

9、进一步地，所述第一、第二透明导电基底选用fto基底。

10、进一步地，所述第三导电基底选用mo基底。

11、进一步地，所述bivo4吸光层的厚度为1000～1200nm。

12、进一步地，所述sb2se3吸光层的厚度为为1100～1300nm。

13、进一步地，cu2o吸光层采用电沉积法制备，其厚度为800～1000nm。

14、进一步地，所述析氧助催化剂层选用co-pi析氧助催化剂层，其厚度为20～25nm。

15、进一步地，所述析氢助催化剂层选用pt析氢助催化剂层，其厚度为20～25nm。

16、与现有技术相比较，本发明至少具有如下有益效果：

17、本发明采用光阳极、第一光阴极和第二光阴极的三电极结构光电化学电池，在无需施加偏压的条件下，实现了对各个波段太阳光的有效吸收，相较于主流的两电极光电化学电池，本发明的光电化学电池整体的光转氢效率得到有效提升。另一方面，本发明的光电化学电池中电极的吸光材料分别选用了bivo4、cu2o、sb2se3半导体材料，这三种半导体材料包含的元素均属于低毒、高地球丰度元素，在实际应用过程中具有环保、低成本等优势。

技术特征：

1.一种用于光解水产氢的三电极式光电化学电池，包括光阴极和光阳极，光阴极和光阳极之间通过导线连接，其特征在于，所述光阴极包括第一光阴极和第二光阴极；

2.根据权利要求1的所述光电化学电池，其特征在于，所述光阳极与所述第一光阴极之间具有间距，所述第一光阴极与所述第二光阴极之间具有间距，所述间距均为1.5～2.0cm。

3.根据权利要求1或2的所述光电化学电池，其特征在于，所述光阳极、所示第一光阴极及所述第二光阴极之间平行放置。

4.根据权利要求3的所述光电化学电池，其特征在于，所述第一、第二透明导电基底选用fto基底。

5.根据权利要求3的所述光电化学电池，其特征在于，所述第三导电基底选用mo基底。

6.根据权利要求2、4至5任一项的所述光电化学电池，其特征在于，所述bivo4吸光层的厚度为1000～1200nm。

7.根据权利要求2、4至5任一项的所述光电化学电池，其特征在于，所述sb2se3吸光层的厚度为1100～1300nm。

8.根据权利要求2、4至5任一项的所述光电化学电池，其特征在于，cu2o吸光层采用电沉积法制备，其厚度为800～1000nm。

9.根据权利要求2、4至5任一项的所述光电化学电池，其特征在于，所述析氧助催化剂层选用co-pi析氧助催化剂层，其厚度为20～25nm。

10.根据权利要求2、4至5任一项的所述光电化学电池，其特征在于，所述析氢助催化剂层选用pt析氢助催化剂层，其厚度为20～25nm。

技术总结
本发明涉及一种用于光解水产氢的三电极式光电化学电池，其包括光阳极、第一光阴极和第二光阴极，光阳极选用BiVO<subgt;4</subgt;光阳极，第一光阴极选用Cu<subgt;2</subgt;O光阴极，第二光阴极选用Sb<subgt;2</subgt;Se<subgt;3</subgt;光阴极，太阳光传输至所述光阳极，第一波长范围的太阳光被光阳极吸收，第二波长范围的太阳光被第一光阴极吸收，第三波长范围的太阳光被第二光阴极吸收；本发明通过设置吸收不同波段的光阳极、第一光阴极和第二光阴极的三电极结构的光电化学电池，使得该光电化学电池在无偏压条件下实现分解水制氢，实现了对各个波段太阳光的有效吸收，相较于主流的两电极光电化学电池，该光电化学电池整体的光转氢效率得到了有效的提升。

技术研发人员：黄定旺,乔梁,王康,李笑玮,夏鹏飞
受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（湖州）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12