光电催化二氧化碳还原反应分析检测系统及其使用方法
【专利摘要】本发明公开光电催化二氧化碳还原反应分析检测系统及其使用方法，包括：光电催化二氧化碳还原反应装置、二氧化碳提供装置和气体定量分析检测系统，反应器主体由两个半反应器主体构成，其中一个带有光照窗口，窗口处设置密封片，两个半反应器通过夹紧装置相互连接固定。所述旋盖的两端分别设置进气口和出气口，旋盖通过螺纹与反应器主体连接密封，旋盖上设置有电极铜柱分别为工作电极、对电极和参比电极提供偏压，并且设有一个液相取样孔。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，通过气体定量分析检测系统进行产物定量分析。本发明结构简单，体积小巧，实施方便，便于快速准确进行气体定量分析检测。
【专利说明】光电催化二氧化碳还原反应分析检测系统及其使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光照和电解反应【技术领域】以及光电化学反应产物分析检测【技术领域】， 具体地说，涉及一种光电催化二氧化碳还原反应分析检测系统及其使用方法。
【背景技术】
[0002] 近些年来，随着经济的飞速发展，资源能源的快速消耗，大气中以CO2为主的温室 气体的浓度持续增加，如何稳定控制大气中CO2气体浓度迅速成为研宄热点。在自然界中， 植物的光合作用无处不在。从能量角度出发，绿色植物利用太阳光能将大气中的CO2转化 为糖类等有机物，同时将太阳能转换并存储为化学能，这对开发低能耗的CO2转化和利用技 术具有一定的启发。光催化反应是利用太阳能激发半导体光催化材料产生光生电子一空 穴，以诱发氧化--还原反应，因此可以利用光生电子还原CO2，同时利用光生空穴氧化H2O, 以合成碳氢燃料。然而〇)2被还原后会生成ch4、hcooh、ch3oh等多样复杂的产物，并且产物 的量很少，现有技术很难做到对其产物进行有效的分离以及准确可靠的检测。
【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，气密性 良好，能够施加光照、偏压、二氧化碳以及能分析光电催化二氧化碳还原反应性能的光电催 化二氧化碳还原反应分析检测系统及其使用方法。
[0004] 本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：
[0005] 光电催化二氧化碳还原反应分析检测系统，包括：光电催化二氧化碳还原反应装 置、二氧化碳提供装置和气体定量分析检测系统。
[0006] 所述光电催化二氧化碳还原反应装置，包括：反应器主体、夹紧装置、旋盖和密封 片。所述反应器主体由左半反应器主体和右半反应器主体组成，右半反应器主体的一侧侧 壁设置光照窗口并在光照窗口外侧设置密封片，右半反应器主体的一侧侧壁设置有右半反 应器连通通道，且右半反应器连通通道和光照窗口同轴设置在右半反应器主体的两侧；在 左半反应器主体的侧壁上且与于右半反应器连通通道相等高度的位置上设置有左半反应 器连通通道，左半反应器连通通道和右半反应器连通通道的直径相等，且左半反应器连通 通道和右半反应器连通通道通过夹紧装置进行密闭对接密闭对接，在左半反应器连通通道 和右半反应器连通通道的密闭对接处设置质子交换膜，左半反应器主体的顶端设置有左半 反应器瓶口内螺纹，右半反应器主体的顶端设置有右半反应器瓶口内螺纹；
[0007] 所述旋盖分为两个结构大体相同的左旋盖和右旋盖，两个旋盖的下部侧壁均设置 有旋盖外螺纹，左旋盖和右旋盖分别通过螺纹配合与左半反应器主体和右半反应器主体密 封连接，两个旋盖上部侧壁均设置有进气口和出气口，出气口用于连接气体检测装置，每个 旋盖上设置有一个贯通旋盖的液相取样孔，并在液相取样孔中设置拧紧螺栓，以通过拧紧 螺栓实现密封；右旋盖顶端设置有第一电极柱和第二电极柱，左旋盖顶端设置有第三电极 柱，且第一电极柱、第二电极柱和第三电极柱分别贯穿各自旋盖并与旋盖密封接触，三个电 极柱与工作电极、对电极和参比电极连接，并为工作电极、对电极和参比电极连接提供偏 压；工作电极与右旋盖的第二电极柱相连，参比电极与右旋盖的第一电极柱相连，对电极与 左旋盖的第三电极柱相连。
[0008] 所述气体定量分析检测系统，包括：检测系统第一进气口，检测系统第二进气口， 第一循环出气口，第二循环出气口，气相色谱，真空压力表，循环泵，真空泵；所述检测系统 第一进气口和检测系统第二进气口分别与两个旋盖的出气口密封相连，所述气相色谱设置 有气相色谱定量管；所述检测系统第一进气口和检测系统第二进气口通过输气管与气相色 谱的气相色谱定量管的进气口相连，气相色谱定量管的出气口通过输气管与三通阀的第一 阀口相连，三通阀的第二阀口通过输气管与真空泵相连，三通阀的第三阀口通过输气管与 循环泵相连，循环泵通过输气管分别与第一循环出气口和第二循环出气口，第一循环出气 口和第二循环出气口分别与两个旋盖的进气口密封相连；在检测系统第一进气口、检测系 统第二进气口与气相色谱定量管进气口相连的输气管上并联真空压力表，用来监测反应体 系内的气体压力；在检测系统第一进气口、检测系统第二进气口与真空压力表相连的输气 管上设置有第一二通阀；在真空压力表与气相色谱定量管的进气口相连的输气管上设置有 第二二通阀；在气相色谱定量管的出气口与三通阀相连的输气管上设置有第三二通阀。
[0009] 所述二氧化碳提供装置，包括：二氧化碳储气罐、二氧化碳提供装置第一出气口和 二氧化碳提供装置第二出气口。所述二氧化碳储气罐通过输气管与二氧化碳提供装置第一 出气口和二氧化碳提供装置第二出气口相联通，且在其输气管上设置有第四二通阀，用于 控制二氧化碳储气罐与二氧化碳提供装置第一出气口和二氧化碳提供装置第二出气口之 间的导通与关闭；
[0010] 左旋盖的进气口通过三通与第一循环出气口和二氧化碳提供装置第一出气口密 闭相连通，右旋盖的进气口通过三通与第二循环出气口和二氧化碳提供装置第二出气口密 闭相连通，二氧化碳提供装置通过三通向旋盖的进气口插入气体导管，从而向反应器主体 内电解液中鼓泡通入反应原料气体CO2，循环泵通过循环出气口使整个体系内的气体在系 统中循环流动，达到充分混合均匀的目的。
[0011] 在上述技术方案中，所述质子交换膜为Nafion膜。
[0012] 在上述技术方案中，所述密封片与光照窗口密封设置，且密封片选择透明材质，例 如玻璃材质或者石英材质。
[0013] 在上述技术方案中，在右半反应器主体内设置工作电极和参比电极，工作电极与 右旋盖的第二电极柱相连，参比电极与右旋盖的第一电极柱相连；在左半反应器主体内设 置对电极，对电极与左旋盖的第三电极柱相连。
[0014] 在上述技术方案中，所述第一电极柱、第二电极柱和第三电极柱为铜电极柱。
[0015] 在上述技术方案中，所述参比电极为Ag/AgCl参比电极。
[0016] 在上述技术方案中，所述对电极为Pt对电极。
[0017] 在上述技术方案中，所述密封片通过环氧树脂与右半反应器连通通道密封连接， 外界光源透过光照窗处的密封片对半导体催化材料施加光照，以实现光催化反应。
[0018] 在上述技术方案中，所述反应器主体材质为玻璃。
[0019] 在上述技术方案中，所述旋盖材质为聚四氟乙烯。
[0020] 在上述技术方案中，所述旋盖材质为聚四氟乙烯，旋盖上的液相取样口处的拧紧 螺栓材质为聚醚醚酮（PEEK)。
[0021] 在上述技术方案中，采用的二通阀和三通阀均为电磁阀。
[0022] 在上述技术方案中，所述真空压力表为量程-IOOkPa--OkPa，精度为2级的数显 压力计。
[0023] 上述光电催化二氧化碳还原反应分析检测系统的使用方法，按照下述步骤进行：
[0024] 步骤1，将反应电解液倒入反应器中，将对电极、参比电极和工作电极分别与第一 电极柱、第二电极柱和第三电极柱连接，将旋盖与反应器通过螺纹连接密封并使对电极、参 比电极和工作电极浸没在反应电解液液面以下，旋紧旋盖并密封；
[0025] 步骤2,将左旋盖的进气口通过三通与第一循环出气口和二氧化碳提供装置第一 出气口密闭相连通，右旋盖的进气口通过三通与第二循环出气口和二氧化碳提供装置第二 出气口密闭相连通，将二氧化碳气体导入管分别通过二氧化碳提供装置第一出气口和二氧 化碳提供装置第二出气口分别插入两个旋盖中并深入到反应电解液液面以下，打开第一二 通阀、第二二通阀、第三二通阀和三通阀，利用真空泵对对整个体系内抽真空处理，并通过 真空压力表检测体系内真空度；
[0026] 步骤3,关闭三通阀的第二阀口，向反应电解液中鼓泡通入二氧化碳气体，以使反 应电解液达到饱和二氧化碳状态并排除体系内的空气，停止通入二氧化碳；
[0027] 步骤4,利用外界光源通过光照窗口对反应电解液进行照射并利用电化学工作站 施加偏压进行光电催化二氧化碳还原反应，同时保持第一、第二和第三二通阀的打开状态 和三通阀的第一和第二阀口的导通状态，利用循环泵将左右两个半反应器主体中产生的气 体进行混合均匀，以使气相色谱定量管中气体样品混合均匀；
[0028] 步骤5,保持第一二通阀的打开状态，关闭第二和第三二通阀利用气相色谱进行气 体产物检测；
[0029] 步骤6,待气相色谱检测完毕后，保持第一二通阀的打开状态和第二二通阀的关闭 状态，打开第三二通阀，关闭三通阀的第三阀口，打开三通阀的第一和第二阀口，利用真空 泵将气相色谱定量管中残留气体抽走后，关闭三通阀的第二阀口，打开三通阀的第一和第 三阀口，打开第二二通阀并保持第一二通阀和第三二通阀的打开状态，再利用循环泵将左 右两个半反应器主体中产生的气体进行混合均匀，以使气相色谱定量管中气体样品混合均 匀。
[0030] 在上述技术方案中，使用氙灯光源提供强度为lOOmW/cm2的AM1.5光源进行照 射。
[0031] 在上述技术方案中，利用电化学工作站施加0. 14Vvs.Ag/AgCl的偏压。
[0032] 在本发明的技术方案中，所述对电极为Pt对电极；所述参比电极为Ag/AgCl参比 电极；所述工作电极为在导电玻璃上的TiO2纳米棒材料。
[0033] 在上述技术方案中，所述反应电解液为IOOmL的0. 5MKHCCVK溶液。
[0034] 在上述技术方案中，气相色谱定量管中残留气体主要是指在进行气相色谱检测 时，使用的载气和气体产物。
[0035] 在上述技术方案中，所述气相色谱载气为氩气，载气流速为15mL/min，所使用的色 谱柱为TDX-Ol和5A分子筛色谱柱。
[0036] 在上述技术方案中，在反应持续进行过程中，通过重复步骤4一6进行气体产物的 分析检测，以实现对气体产物的时时监测。
[0037] 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，实施方便，同 时可方便的与气体检测系统连接，便于快速准确进行气体定量分析检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0038] 图1是本发明中的反应器主体的结构示意图，
[0039] 图2是本发明中的旋盖示意图，
[0040] 图3是本发明中的旋盖俯视效果图，
[0041]图4是本发明中的光电催化二氧化碳还原反应装置的使用状态示意图，
[0042]图5是本发明中的气体定量分析检测系统，
[0043] 图6是本发明中的二氧化碳提供装置的示意图。
[0044] 其中为左半反应器主体，1-2为右半反应器主体，2-1为左半反应器瓶口内 螺纹，2-2为右半反应器瓶口内螺纹，3-1为左半反应器连通通道，3-2为右半反应器连通通 道，4为光照窗口，5为密封片，6- 1为左旋盖，6-2为右旋盖，7-1为第一电极柱，7-2为第 二电极柱，7-3为第三电极柱，8-1为拧紧螺栓，8- 2为液相取样孔，9-1为进气口，9-2为出 气口，10为旋盖外螺纹，11为外界光源，12为工作电极，13为参比电极，14为质子交换膜， 15为对电极，16-1检测系统第一进气口，16-2检测系统第二进气口，17为真空压力表，18-1 为第一二通阀，18-2为第二二通阀，18-3为第三二通阀，19为三通阀，20为气相色谱，21为 气相色谱定量管，22为循环泵，23为真空泵，24-1为第一循环出气口，24-2为第二循环出气 口，25-1为二氧化碳提供装置第一出气口，25-2为二氧化碳提供装置第二出气口，26为第 四二通阀，27为二氧化碳储气罐。
【具体实施方式】
[0045]下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
[0046] 结合附图1一6所示，光电催化二氧化碳还原反应分析检测系统，包括：光电催化 二氧化碳还原反应装置、二氧化碳提供装置和气体定量分析检测系统。
[0047] 所述光电催化二氧化碳还原反应装置，包括：反应器主体、夹紧装置、旋盖和密封 片；所述反应器主体由左半反应器主体1-1和右半反应器主体1-2组成，右半反应器主体的 一侧侧壁设置光照窗口 4并在光照窗口外侧设置密封片5,右半反应器主体的一侧侧壁设 置有右半反应器连通通道3-2,且右半反应器连通通道和光照窗口同轴设置在右半反应器 主体的两侧；在左半反应器主体的侧壁上且与于右半反应器连通通道相等高度的位置上设 置有左半反应器连通通道3-1，左半反应器连通通道和右半反应器连通通道的直径相等，且 左半反应器连通通道和右半反应器连通通道通过夹紧装置进行密闭对接（附图中未标出， 例如采用不锈钢夹子）密闭对接，在左半反应器连通通道和右半反应器连通通道的密闭对 接处设置质子交换膜14,左半反应器主体的顶端设置有左半反应器瓶口内螺纹2-1，右半 反应器主体的顶端设置有右半反应器瓶口内螺纹2-2 ;
[0048] 所述旋盖分为两个结构大体相同的左旋盖6-1和右旋盖6-2,两个旋盖的下部侧 壁均设置有旋盖外螺纹10,左旋盖和右旋盖分别通过螺纹配合与左半反应器主体和右半反 应器主体密封连接，两个旋盖上部侧壁均设置有进气口 9-1和出气口 9-2,出气口用于连接 气体检测装置，每个旋盖上设置有一个贯通旋盖的液相取样孔8-2,并在液相取样孔中设置 拧紧螺栓8-1，以通过拧紧螺栓实现密封；右旋盖顶端设置有第一电极柱7-1和第二电极柱 7-2,左旋盖顶端设置有第三电极柱7-3,且第一电极柱、第二电极柱和第三电极柱分别贯穿 各自旋盖并与旋盖密封接触，三个电极柱与工作电极、对电极和参比电极连接，并为工作电 极、对电极和参比电极连接提供偏压；工作电极12与右旋盖的第二电极柱相连，参比电极 13与右旋盖的第一电极柱相连，对电极15与左旋盖的第三电极柱相连。
[0049] 所述气体定量分析检测系统，包括：检测系统第一进气口，检测系统第二进气口， 第一循环出气口，第二循环出气口，气相色谱，真空压力表，循环泵，真空泵；所述检测系统 第一进气口 16-1和检测系统第二进气口 16-2分别与两个旋盖的出气口密封相连，所述气 相色谱20设置有气相色谱定量管21 ;所述检测系统第一进气口和检测系统第二进气口通 过输气管与气相色谱的气相色谱定量管的进气口相连，气相色谱定量管的出气口通过输气 管与三通阀19的第一阀口相连，三通阀的第二阀口通过输气管与真空泵23相连，三通阀的 第三阀口通过输气管与循环泵22相连，循环泵通过输气管分别与第一循环出气口 24-1和 第二循环出气口 24-2,第一循环出气口和第二循环出气口分别与两个旋盖的进气口密封相 连；在检测系统第一进气口、检测系统第二进气口与气相色谱定量管进气口相连的输气管 上并联真空压力表17,用来监测反应体系内的气体压力；在检测系统第一进气口、检测系 统第二进气口与真空压力表相连的输气管上设置有第一二通阀18-1 ;在真空压力表与气 相色谱定量管的进气口相连的输气管上设置有第二二通阀18-2 ;在气相色谱定量管的出 气口与三通阀相连的输气管上设置有第三二通阀18-3。
[0050] 所述二氧化碳提供装置，包括：二氧化碳储气罐、二氧化碳提供装置第一出气口和 二氧化碳提供装置第二出气口。所述二氧化碳储气罐27通过输气管与二氧化碳提供装置 第一出气口 25-2和二氧化碳提供装置第二出气口 25-2相联通，且在其输气管上设置有第 四二通阀26，用于控制二氧化碳储气罐与二氧化碳提供装置第一出气口和二氧化碳提供装 置第二出气口之间的导通与关闭；
[0051] 左旋盖的进气口通过三通（附图中未标出）与第一循环出气口 24-1和二氧化碳 提供装置第一出气口 25-1密闭相连通，右旋盖的进气口通过三通（附图中未标出）与第二 循环出气口 24-2和二氧化碳提供装置第二出气口 25-2密闭相连通，二氧化碳提供装置通 过三通向旋盖的进气口插入气体导管，从而向反应器主体内电解液中鼓泡通入反应原料气 体CO2，循环泵通过循环出气口使整个体系内的气体在系统中循环流动，达到充分混合均匀 的目的。
[0052] 在上述技术方案中，所述质子交换膜为Nafion膜。
[0053] 在上述技术方案中，所述密封片与光照窗口密封设置，且密封片选择透明材质，例 如玻璃材质或者石英材质。
[0054] 在上述技术方案中，所述第一电极柱、第二电极柱和第三电极柱为铜电极柱。
[0055] 在上述技术方案中，所述参比电极为Ag/AgCl参比电极。
[0056] 在上述技术方案中，所述对电极为Pt对电极。
[0057] 在上述技术方案中，所述密封片通过环氧树脂与右半反应器连通通道密封连接， 外界光源11透过光照窗处的密封片对半导体催化材料施加光照，以实现光催化反应。
[0058] 在进行使用时，先在左半反应器连通通道和右半反应器连通通道中间加入质子 交换膜14,然后用不锈钢夹子将其密闭对接固定，随后将IOOmL的0. 5MKHCCVK溶液倒 入左右反应器中，并且将生长在FTO导电玻璃上的TiO2纳米棒材料（依照文献Fengli Su,JinlongGong,Nanoscale, 2013, 5, 9001进行制备）作为工作电极12与右半反应器主体 的旋盖上的第二电极柱相连接，将Ag/AgCl参比电极13与右半反应器主体的旋盖上的第一 电极柱相连接，将Pt对电极15与左半反应器主体的旋盖上的第三电极柱相连接。
[0059] 将两根CO2气体导入管（图中未标出）从进气口分别插入两个旋盖中，并将CO2气 体导入管深入到反应液液面以下，并将两个旋盖分别与左半反应器主体和左半反应器主体 密封连接，再将进气口与CO2进气系统连接密封。左半反应器主体和左半反应器主体通过各 自的出气口分别与气相色谱检测系统密闭连接。在反应进行之前，先向左半反应器主体和 左半反应器主体内的反应液内鼓泡通入CO2气体一定时间，使电解液达到饱和CO2以及排除 体系内的空气，以避免氧氮的影响，随后停止通入CO2。然后，使用氙灯作为外界光源提供强 度为lOOmW/cm2的AM1. 5光源进行照射，并且利用电化学工作站施加0. 14Vvs.Ag/AgCl的 偏压开始进行反应。
[0060] 在反应的过程中，每隔一个小时利用气相色谱检测系统进行一次产物气体的分析 检测。反应过程中外界光源透过光照窗处的石英片（本实施例中选用石英片作为密封片， 与玻璃相比，石英片可以减少玻璃对入射光的过滤作用，能够更好地促进反应进行）照射 到工作电极表面，同时外界施加的电压通过旋盖上的铜柱电极传导至工作电极，促进反应 的进行。反应过程中可打开微量气体循环泵，使体系内的气体在系统中循环流动达到充分 混合均匀的目的，反应一定时间之后可通过气相色谱检测系统对产物气体进行定量分析检 测，液相产物的检测则通过液相取样口进行取样检测。
[0061] 由于质子交换膜隔开左右两侧液体，并保持密封，其为体系提供氢离子，即允许氢 离子来回移动，并阻止其他相关物质的来回移动，在光照的一侧，通入二氧化碳发生反应， 在这一侧生成氧气，氢离子通过设置在中间的Nafion膜进入另一侧，在通入二氧化碳的条 件下进行反应，生成C0、CH4(g)、CH30H、HC00H(l)等。气相中主要定量分析检测C0(-氧化 碳）和CH4 (甲烷），液相中主要定量分析检测CH3OH(甲醇）和HCOOH(甲酸）。经过5个小 时的反应，可以检测出每个小时CO和CH4以及CH30H的产量（累积量）如下表所示：
[0062]
【权利要求】
1.光电催化二氧化碳还原反应分析检测系统，其特征在于，包括：光电催化二氧化碳 还原反应装置、二氧化碳提供装置和气体定量分析检测系统； 所述光电催化二氧化碳还原反应装置，包括：反应器主体、夹紧装置、旋盖和密封片； 所述反应器主体由左半反应器主体和右半反应器主体组成，右半反应器主体的一侧侧壁设 置光照窗口并在光照窗口外侧设置密封片，右半反应器主体的一侧侧壁设置有右半反应器 连通通道，且右半反应器连通通道和光照窗口同轴设置在右半反应器主体的两侧；在左半 反应器主体的侧壁上且与于右半反应器连通通道相等高度的位置上设置有左半反应器连 通通道，左半反应器连通通道和右半反应器连通通道的直径相等，且左半反应器连通通道 和右半反应器连通通道通过夹紧装置进行密闭对接密闭对接，在左半反应器连通通道和右 半反应器连通通道的密闭对接处设置质子交换膜，左半反应器主体的顶端设置有左半反应 器瓶口内螺纹，右半反应器主体的顶端设置有右半反应器瓶口内螺纹；所述旋盖分为两个 结构大体相同的左旋盖和右旋盖，两个旋盖的下部侧壁均设置有旋盖外螺纹，左旋盖和右 旋盖分别通过螺纹配合与左半反应器主体和右半反应器主体密封连接，两个旋盖上部侧壁 均设置有进气口和出气口，出气口用于连接气体检测装置，每个旋盖上设置有一个贯通旋 盖的液相取样孔，并在液相取样孔中设置拧紧螺栓，以通过拧紧螺栓实现密封；右旋盖顶端 设置有第一电极柱和第二电极柱，左旋盖顶端设置有第三电极柱，且第一电极柱、第二电极 柱和第三电极柱分别贯穿各自旋盖并与旋盖密封接触，三个电极柱与工作电极、对电极和 参比电极连接，并为工作电极、对电极和参比电极连接提供偏压；工作电极与右旋盖的第二 电极柱相连，参比电极与右旋盖的第一电极柱相连，对电极与左旋盖的第三电极柱相连； 所述气体定量分析检测系统，包括：检测系统第一进气口，检测系统第二进气口，第一 循环出气口，第二循环出气口，气相色谱，真空压力表，循环泵，真空泵；所述检测系统第一 进气口和检测系统第二进气口分别与两个旋盖的出气口密封相连，所述气相色谱设置有气 相色谱定量管；所述检测系统第一进气口和检测系统第二进气口通过输气管与气相色谱的 气相色谱定量管的进气口相连，气相色谱定量管的出气口通过输气管与三通阀的第一阀口 相连，三通阀的第二阀口通过输气管与真空泵相连，三通阀的第三阀口通过输气管与循环 泵相连，循环泵通过输气管分别与第一循环出气口和第二循环出气口，第一循环出气口和 第二循环出气口分别与两个旋盖的进气口密封相连；在检测系统第一进气口、检测系统第 二进气口与气相色谱定量管进气口相连的输气管上并联真空压力表，用来监测反应体系内 的气体压力；在检测系统第一进气口、检测系统第二进气口与真空压力表相连的输气管上 设置有第一二通阀；在真空压力表与气相色谱定量管的进气口相连的输气管上设置有第 二二通阀；在气相色谱定量管的出气口与三通阀相连的输气管上设置有第三二通阀； 所述二氧化碳提供装置，包括：二氧化碳储气罐、二氧化碳提供装置第一出气口和二氧 化碳提供装置第二出气口；所述二氧化碳储气罐通过输气管与二氧化碳提供装置第一出气 口和二氧化碳提供装置第二出气口相联通，且在其输气管上设置有第四二通阀，用于控制 二氧化碳储气罐与二氧化碳提供装置第一出气口和二氧化碳提供装置第二出气口之间的 导通与关闭； 左旋盖的进气口通过三通与第一循环出气口和二氧化碳提供装置第一出气口密闭相 连通，右旋盖的进气口通过三通与第二循环出气口和二氧化碳提供装置第二出气口密闭相 连通，二氧化碳提供装置通过三通向旋盖的进气口插入气体导管，从而向反应器主体内电 解液中鼓泡通入反应原料气体。
2. 根据权利要求1所述的光电催化二氧化碳还原反应分析检测系统，其特征在于，所 述质子交换膜为Naf ion膜。
3. 根据权利要求1所述的光电催化二氧化碳还原反应分析检测系统，其特征在于，所 述密封片与光照窗口密封设置，且密封片为玻璃材质或者石英材质。
4. 根据权利要求1所述的光电催化二氧化碳还原反应分析检测系统，其特征在于，所 述第一电极柱、第二电极柱和第三电极柱为铜电极柱。
5. 根据权利要求1所述的光电催化二氧化碳还原反应分析检测系统，其特征在于，所 述参比电极为Ag/AgCl参比电极；所述对电极为Pt对电极，所述工作电极为在导电玻璃上 的Ti02纳米棒材料。
6. 根据权利要求1所述的光电催化二氧化碳还原反应分析检测系统，其特征在于，所 述旋盖材质为聚四氟乙烯，旋盖上的液相取样口处的拧紧螺栓材质为聚醚醚酮。
7. 根据权利要求1所述的光电催化二氧化碳还原反应分析检测系统，其特征在于，采 用的二通阀和三通阀均为电磁阀；所述真空压力表为量程-100kPa-0kPa，精度为2级的数 显压力计。
8. 如权利要求1一7之一所述的光电催化二氧化碳还原反应分析检测系统的使用方 法，其特征在于，按照下述步骤进行： 步骤1，将反应电解液倒入反应器中，将对电极、参比电极和工作电极分别与第一电极 柱、第二电极柱和第三电极柱连接，将旋盖与反应器通过螺纹连接密封并使对电极、参比电 极和工作电极浸没在反应电解液液面以下，旋紧旋盖并密封； 步骤2,将左旋盖的进气口通过三通与第一循环出气口和二氧化碳提供装置第一出气 口密闭相连通，右旋盖的进气口通过三通与第二循环出气口和二氧化碳提供装置第二出气 口密闭相连通，将二氧化碳气体导入管分别通过二氧化碳提供装置第一出气口和二氧化碳 提供装置第二出气口分别插入两个旋盖中并深入到反应电解液液面以下，打开第一二通 阀、第二二通阀、第三二通阀和三通阀，利用真空泵对对整个体系内抽真空处理，并通过真 空压力表检测体系内真空度； 步骤3,关闭三通阀的第二阀口，向反应电解液中鼓泡通入二氧化碳气体，以使反应电 解液达到饱和二氧化碳状态并排除体系内的空气，停止通入二氧化碳； 步骤4,利用外界光源通过光照窗口对反应电解液进行照射并利用电化学工作站施加 偏压进行光电催化二氧化碳还原反应，同时保持第一、第二和第三二通阀的打开状态和三 通阀的第一和第二阀口的导通状态，利用循环泵将左右两个半反应器主体中产生的气体进 行混合均匀，以使气相色谱定量管中气体样品混合均匀； 步骤5,保持第一二通阀的打开状态，关闭第二和第三二通阀利用气相色谱进行气体产 物检测； 步骤6,待气相色谱检测完毕后，保持第一二通阀的打开状态和第二二通阀的关闭状 态，打开第三二通阀，关闭三通阀的第三阀口，打开三通阀的第一和第二阀口，利用真空泵 将气相色谱定量管中残留气体抽走后，关闭三通阀的第二阀口，打开三通阀的第一和第三 阀口，打开第二二通阀并保持第一二通阀和第三二通阀的打开状态，再利用循环泵将左右 两个半反应器主体中产生的气体进行混合均匀，以使气相色谱定量管中气体样品混合均 匀。
9. 根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，使用氙灯光源提供强度为lOOmW/cm2的AM 1. 5光源进行照射；利用电化学工作站施加0. 14V vs. Ag/AgCl的偏压；所述反应电解 液为100mL的0. 5M腿0)3水溶液；气相色谱的载气为氩气，载气流速为15mL/min，所使用的 色谱柱为TDX-01和5A分子筛色谱柱。
10. 根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，在反应持续进行过程中，通过重复 步骤4一6进行气体产物的分析检测，以实现对气体产物的时时监测。
【文档编号】G01N31/10GK104483443SQ201410777273
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月15日 优先权日:2014年12月15日
【发明者】巩金龙, 常晓侠, 王拓, 张鹏, 张冀杰, 李盎 申请人:天津大学