[发明专利]一种光电催化分子氧还原反应和燃料电池耦合的叠层发电电池

权利要求书

1.一种光电催化分子氧还原反应和燃料电池耦合的叠层发电电池，其特征在于：其电池组成包括依次顺序设置的：阴极基底电极、阴极半导体催化剂层、膜、阳极催化剂层、阳极基底电极；其以具有光响应的半导体作为燃料电池氧气还原的阴极催化剂层，光从水平或垂直方向直接照射在阴极半导体催化剂层上，半导体受光激发产生的光压和燃料电池化学反应输出的电压能够叠加，构成光电催化和燃料电池耦合的叠层发电电池。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述的燃料电池可以是H₂-O₂燃料电池、甲醇燃料电池、乙醇燃料电池、甲酸燃料电池或葡萄糖燃料电池等阴极反应是氧还原的燃料电池。

3.根据权利要求1或2所述的电池，其特征在于：阴极和阳极由膜隔开，阴极通入O₂和/或空气，阳极通入燃料(如H₂、甲醇、乙醇、甲酸、葡萄糖等中的一种或二种以上)，阴极给予光照，发生O₂还原反应，阳极发生燃料的氧化反应。

4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：

所述阴极催化剂为非贵金属催化剂并具有光响应的半导体材料或是有机半导体中的一种或二种以上。

5.根据权利要求1或4所述的电池，其特征在于：所述阴极催化剂为非贵金属催化剂并具有光响应的半导体材料，包括如CuFeO₂、CuRhO₂、CaFeO₂、CaFe₂O₄、CuNbO₃、CuNb₃O₈、CuO、Cu₂O等无机半导体中的一种或二种以上；

所述的具有光响应的半导体材料可以是有机半导体，包括有机聚合物或有机聚合物的复合物中的一种或二种以上；有机聚合物如聚三噻吩(PTTH)、聚己基噻吩(P3HT)、PCDTBT、PCPDTBT、PSBTBT、PBDTTT-CF、聚苯并二噻吩(PTB7)、PTB7-Th、PDPP3T等单一或二种以上杂交聚合物；有机聚合物的复合物或者是上述这些有机聚合物中的一种或二种以上和富勒烯衍生物(如PCBM)组成的复合材料，例如pTTh:PCBM、P3HT:PCBM、PCDTBT:PCBM、PTB7:PCBM、PDPP3T:PCBM、PTB7-Th:PCBM、PCPDTBT:PCBM、PSBTBT:PCBM、PBDTTT-CF:PCBM等中的一种或二种以上。

6.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述的阴、阳极是将阴极或阳极催化剂以电聚合、旋涂、滴涂、提拉、喷涂、刮涂、丝网印刷等方式中的一种或二种以上担载在基底电极上；

基底电极可以是玻碳电极(GCE)、旋转环盘电极(RRDE)、碳纸、碳箔、石墨板、FTO、ITO、导电金属或合金等中的一种或二种以上。

7.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述阳极催化剂为能将阳极燃料催化氧化的催化剂，如贵金属及其合金催化剂，如Pt/C、Pd/C、Ru/C、Ir/C、PtPd/C、PtRu/C、PtAu/C、AuAg/C、PtPdIr/C、PtCo/C、PtNi/C等中的一种或二种以上。

8.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述的光激发的光源包括氙灯、氙汞灯、汞灯、碘钨灯、激光、LED、太阳能模拟器、太阳光及其聚光等中的一种或二种以上，产业化使用的将主要是太阳光及其聚光中的一种或二种以上。

9.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述电池置于电解质溶液中，所述电解质为HClO₄、H₂SO₄、Na₂SO₄、KCl、NaCl、KOH、NaOH等中的一种或二种以上。