光电催化分解水制氢反应装置和应用
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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 [Fuji shima, A.，Honda, K.，Natu re, 1972, 238(5358)，37-38]首次报道了 1102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】
[0003] 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。
[0004] 本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 在本发明的技术方案中，所述反应器材质为玻璃。
[0009] 在本发明的技术方案中，所述夹套材质为玻璃，厚度为10mm--15mm。
[0010] 在本发明的技术方案中，所述旋盖材质为聚四氟乙烯。
[0011] 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）。
[0012] 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】
[0013] 图1是本发明中的夹套和光反应器的结构示意图；
[0014] 图2是本发明中的夹套和光反应器的俯视效果图；
[0015] 图3是本发明中的旋盖示意图；
[0016] 图4是本发明中的旋盖的俯视效果图；
[0017] 图5是本发明的使用状态示意图；
[0018] 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】
[0019] 下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
[0020] 如附图1-5所示，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2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 5， 反应器下半部分同轴且密闭嵌入在圆筒形夹套1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7-1 ;在所述夹套的底部设置有进水口 4,顶部设置 出水口 3 ;所述旋盖8的外壁表面设置有外螺纹7-2,且旋盖壁两侧分别设置第一出气口 9- 1和第二出气口 9-2,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 10- 1，第二铜电极柱10-2,第三铜电极柱10-3分别贯穿旋盖并与旋盖密封，分别为工作电 极、对电极和参比电极提供偏压；所述光照窗口处设置有石英材质的密封片6,密封片通