[实用新型]一种LED光解水制氢一体装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及光催化材料制备、洁净新能源开发以及LED发光技术领域。

背景技术

随着世界能源的日益枯竭，人们对于新能源开发的热情空前高涨，其中光解水制氢由于其洁净高效又成为了新能源研究中的焦点。目前国内外通用的光催化材料的检测与评估所用光源均为氙灯，其光电转换效率不到25%，且光源在收氢容器外与测试材料有一定距离，因此光利用率更小。由于氙灯发光光谱为全光谱，真正能使材料响应的光波段很难测定，最致命的是氙灯光源寿命最高只有不到3000小时，且价格昂贵。

LED作为一种新型光源，其光电转换效率高达50%，寿命长达40000小时，具有启动速度快，能控制发光光谱等传统光源无可比拟的优势。将LED与光解水材料有机的结合在一起，可以大大提高光解水制氢的测试效率，并可极大地节约光源成本。

实用新型内容

本实用新型旨在解决现有技术的前述问题，而提供一种结构简单，性能可靠的LED光解水制氢一体装置。

为实现上述目的，本实用新型提供一种光解水制氢一体装置，在陶瓷基板上封装蓝光或紫外LED芯片，在该芯片上面用透明胶体粘结透明基片，在透明基片上沉积有光解水材料，最后在电极处均匀涂覆防水绝缘漆。

所述的透明基片在250nm~780nm波长范围内透过率超过30%。

所述的LED芯片的发射光谱为峰值波长在400-500nm的可见光或峰值波长在250-400nm的紫外光。

所述的蓝光或紫外LED芯片以为垂直、水平或倒装结构。

本实用新型将覆盖有光解水材料的基片直接固定于蓝光或紫外LED芯片之上，将其浸入水中， LED芯片发出的光直接通过基片从背部辐照到光解水材料上，使得材料吸收光子产生电子空穴对使水分解为氢气。由于光源与光解水材料为一体装置，因此避免了传统氙灯光源在光传输距离上的损耗，同时LED可以控制发光光谱，因此可以研究材料对不同光波段的响应。由于基片与封装硅胶折射率都为1.4左右，因此不同介质间界面的损耗大大减小。由于此装置需浸入水中使用，因此水浴为LED提供了良好的散热途径，大大提高了LED光源的使用寿命。通过对比实验，将两片覆有同样光解水材料的基片分别按照传统方式用氙灯辐照和固定于LED芯片之上，辐照时间均为5小时，其中氙灯光源为200W，LED为20W，实验结果为材料的光解水产氢率分别为1123μmol/gh和1362μmol/gh。由此可见使用这种LED光解水一体装置可以显著提高光解水材料的测试效率。

附图说明  

图1 LED光解水制氢一体装置示意图

图2实施例1中石英基片吸收光谱图。

图3实施例1中二氧化钛材料的吸收光谱图。

图4实施列2 中450nm LED芯片发光光谱图

图5实施例3中二氧化钛吸收光谱图。

图6实施列4中白光LED发光光谱图

图7实施例4中K9基片透过率光谱图。

具体实施方式

例1  将LED芯片用不含荧光粉硅胶封装，所采用芯片发光光谱为420nm的单色光，封装后电极用绝缘漆均匀涂覆并在120摄氏度烘烤2h，以起到防水的作用。采用磁控溅射的方法，将石英基片沉积氮掺杂二氧化钛光解水材料，所采用的石英基片吸收光谱如图2所示，所制二氧化钛光解水材料的吸收图谱如图3所示。然后将石英基片用硅胶固定于LED之上并在150摄氏度烘烤3h，最后所得装置结构如图1所示。其中1二氧化钛光解水材料通过磁控溅射沉积在石英玻璃5上，然后将其固定在用硅胶3上面，6为LED芯片，2为电极处7的防水绝缘涂层，4为陶瓷基底。最后将整个装置至于水中，通电光照5小时，并用收集器采集氢气，通过气相色谱来定量分析产氢量。此装置测得材料的产氢率为1362μmol/gh。

例2  将LED芯片用不含荧光粉硅胶封装，所采用芯片发光光谱分别为420nm和450nm的单色光，所采用LED发光光谱图如图4所示。分别封装后电极用绝缘漆均匀涂覆并在120摄氏度烘烤2h，以起到防水的作用。采用磁控溅射的方法，将石英基片沉积氮掺杂二氧化钛光解水材料，。然后将石英基片用硅胶分别固定于不同波段LED之上并在150摄氏度烘烤3h。最后将整个装置至于水中，通电光照5小时，并用收集器采集氢气，通过气相色谱来定量分析产氢量。此装置测得420nm的LED产氢率为1322μmol/gh，而450nm的LED产氢率为0，由于这两种LED均为单色光，因此可以充分说明此光解水材料对450nm以上的光波段不响应。