[发明专利]一种分离式光谱分光太阳能光催化反应系统

说明书

本发明公开一种分离式光谱分光太阳能光催化反应系统，属于太阳能利用技术领域。所述太阳能光催化反应系统包括1个聚光系统、N个分光单元、N+1个反应单元，其中，N≥3；聚光系统位于光催化反应系统的前端，第一分光单元设置于聚光系统后面，具有第一反射端与第一透射端；依次类推，第N分光单元设置于第N‑1分光单元的后面，与第N‑1透射端正对，具有第N反射端与第N透射端；第一反应单元设置于第一分光单元的第一反射端，依次类推，第N反应单元设置于第N分光单元的第N反射端；第N+1反应单元设置于第N分光单元的第N透射端。本发明所述系统光路简单、损耗低、易于实现，实验了光催化反应系统的全光谱响应，提高了光催化反应系统的光‑化学转换效率，拓宽了光催化反应系统的应用范围。

技术领域

本发明涉及一种分离式光谱分光太阳能光催化反应系统，属于太阳能利用技术领域。

背景技术

在太阳能利用的三种常见方式（光-热转换、光-电转换和光-化学转换）中，光催化技术属于光-化学转换方式，其机理类似于自然界的光合作用，主要应用于分解水制氢、CO₂还原制备碳氢化合物、环境净化、有机合成等多个领域。该技术不但增加了可再生能源的供应形式和数量、减轻了对环境的污染和破坏，与此同时还能够对环境污染进行治理，因而成为目前非常值得关注和开发的领域。

太阳能光催化技术发展的关键在于开发高效、廉价、稳定的宽光谱响应半导体光催化材料。受到天然或人工材料能带结构的物理制约，任何单一种类的半导体光催化材料的工作区都不可能匹配并完全覆盖太阳光谱，即：单一材料的光化学转换效率在太阳光谱区内的分布是极不均匀的，其峰值转换效率难以与太阳光谱相匹配，导致在实际光化学转换应用中来自太阳光的大部分能量都被透射、反射或被转换成热而被浪费掉了。若通过减小带隙实现宽光谱响应，通常会导致半导体的氧化还原能力降低的同时也会使光生电子-空穴对更易复合，降低了量子转换效率，因此，单纯的通过减小材料带隙的方式拓展光谱响应区间将会严重影响其光催化效果，是不可取的。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种分离式光谱分光太阳能光催化反应系统，克服了单一材料太阳能利用效率低的问题，从而实现宽光谱范围内的高吸收，同时又保证氧化还原能力及量子转换效率不受负面影响。

本发明通过以下技术方案实现：

一种分离式光谱分光太阳能光催化反应系统，包括1个聚光系统、N个分光单元、N+1个反应单元，其中，N ≥ 3；所述反应单元用于接收对应的反射子波段光谱进行光催化反应；

聚光系统位于光催化反应系统的前端，第一分光单元设置于聚光系统后面，具有第一反射端与第一透射端；第二分光单元设置于第一分光单元的后面，与第一透射端正对，具有第二反射端与第二透射端；依次类推，第N分光单元设置于第N-1分光单元的后面，与第N-1透射端正对，具有第N反射端与第N透射端；

第一反应单元设置于第一分光单元的第一反射端，第二反应单元设置于第二分光单元的第二反射端，依次类推，第N反应单元设置于第N分光单元的第N反射端；第N+1反应单元设置于第N分光单元的第N透射端（即最后一个反应单元设置于与其相邻的分光单元的透射端）

优选的，本发明所述聚光系统为高倍聚光系统，用于将入射的太阳光谱进行汇聚，增加太阳能的能量密度；聚光波段为250-2500nm。

优选的，本发明所述分光单元为分光镜（可采用平板型长波通二向色镜或者平板型长波通二向分束器），分光镜与聚光后的太阳光的光路呈45°倾斜放置。

优选的，本发明反应单元中设有光催化材料，所述光催化材料为响应所对应分光单元的反射子波段的光催化材料；其中第N+1个反应单元中的光催化材料为响应第N个分光单元的透射子波段的光催化材料（即最后一个反应单元中的光催化材料为响应与其相邻的分光单元的透射子波段的光催化材料）。

本发明所述光催化反应系统可以应用于降解污染物、分解水产氢和产氧。