[发明专利]一种光催化分解水反应的高聚光系统及其使用方法

说明书

本发明提供了一种光催化分解水反应高聚光系统及使用方法，系统包括光催化分解水循环子系统，所述光催化分解水循环子系统包括光催化分解水反应器、聚光光源、气液分离装置和反应液集中器；所述光催化分解水反应器包括上层的迎光板、中层的反应板和下层的冷却板；所述冷却板和反应板之间设置有薄膜状光催化剂；所述聚光光源设置在所述光催化分解水反应器的迎光板上方；所述光催化分解水反应器的反应板、气液分离装置和反应液集中器的液体管路依次连接形成水循环回路；气液分离装置具有气体出口。本发明提供的实验装置是在实验研究的基础上，设计并搭建了具备高聚光光源光催化反应系统，将光照强度提高至几百个太阳光亮常数，是研究光催化剂在高光强下催化分解水反应的重要实践。

技术领域

本发明涉及光催化分解水产氢技术领域，具体涉及一种光催化分解水反应的高聚光系统及其使用方法。

背景技术

从1972年Fujishima和Honda报道TiO₂单晶电极上的光解水产氢气现象以来，光电化学分解水制氢以及随后发展起来的光催化分解水制氢已成为能源领域研究的热点。美国能源部(DOE)报告指出太阳能光化学分解水制氢是最理想也是未来最主要的氢能生产技术。光催化制氢技术经过近十年来的快速发展已取得了重大的进展，挑选出了许多高效稳定的光催化剂。比如本课题组刘茂昌等人根据“碰撞理论”，利用悬浮的NiS_x作为助催化剂的Cd_0.5Zn_0.5S孪晶异质结，在Na₂S/Na₂SO₃牺牲剂体系中，420nm处的光催化分解水制氢的量子效率达到100％；日本Domen课题组在无牺牲剂体系中，采用GaN/ZnO固溶体光催化剂，在420nm处的光催化完全分解水量子效率达到5.9％；美国Mi课题组，利用分子外延生长技术，制备出GaN/InGaN纳米线，在400nm处的光催化完全分解水量子效率达到12.3％，太阳能-氢能转换效率达到2.7％。

虽然，目前的研究成果距实际应用效率的目标还存在差距，即600nm处的太阳能-氢能转换效率达到10％，但全世界众多科研工作者的积极关注，确实在推动着该领域持续快速发展。然而值得注意的一点，自该领域成立并发展至今，研究的热点一直在于寻求高效稳定的催化剂，而对于光催化系统的关注却少之又少。作为另一种太阳能的利用技术——太阳能光热转换技术的核心在于聚光，该技术已经成熟并应用实际生产中。而太阳能光催化制氢却更倾向使用一个最多不超过几十个太阳光常数的光强。光强决定了参与光催化反应的光子数，因此，发展几十至几百数量级的高聚光光催化反应系统，对于追求光催化反应高能量转换效率是十分必要的。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于针对现阶段高聚光光催化分解水反应系统能量转换效率不高的问题，追求更高效的能量转换效率，提供了一种光催化分解水反应的高聚光系统及其使用方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的的技术方案是：

一种光催化分解水反应高聚光系统，包括：

光催化分解水循环子系统，所述光催化分解水循环子系统包括光催化分解水反应器、聚光光源、气液分离装置和反应液集中器；所述光催化分解水反应器包括上层的迎光板、中层的反应板和下层的冷却板；所述冷却板和反应板之间设置有薄膜状光催化剂；所述聚光光源设置在所述光催化分解水反应器的迎光板上方；所述光催化分解水反应器的反应板、气液分离装置和反应液集中器的液体管路依次连接形成水循环回路；气液分离装置具有气体出口。

作为本发明的进一步改进，还包括冷却循环子系统，所述冷却循环子系统包括离心泵和冷却液缓冲器；所述冷却板、冷却液缓冲器和离心泵的液体管路依次连接形成冷却液循环回路。

作为本发明的进一步改进，还包括产物检测子系统，所述产物检测子系统包括真空泵和气相色谱仪，所述气液分离装置的气体出口由真空泵将气体产物注射进入气相色谱仪中进行检测。