[發(fā)明專利]一種能高效利用太陽光光解水制氫的納米電解池及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010115041.7
• 申請日: 2010-02-26
• 公開（公告）號: CN102168281A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發(fā)明（設計）人: 余曉錦
• 申請（專利權）人: 上海圖和環(huán)保材料科技有限公司
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發(fā)明涉及一種光解水納米電極池的制備技術，特別涉及能夠利用太陽光中可見光波段和紫外波段光解水制氫的納米電解池。

背景技術

自21世紀以來，能源的問題一直是人們關注的話題?；惸茉吹臏p少和人類日益增長的能量消耗，迫使人們去尋找一種新的能原.清潔，高效使得氫能源成為最為理想的二次能源而備受人們關注。水解制氫多有報道，但是水解制氫的成本也很高。利用太陽能水解制氫更是一個新興的焦點。

但是如何才能有效利用太陽光光解水制氫呢？中國專利CN101143712A公開了一種利用太陽能分解制氫的納米電極，具體的說是利用二氧化鈦微球和其他半導體材料如氧化鋅構建層狀納米電極。該發(fā)明利用紫外光可以激發(fā)二氧化鈦納米微球，引起電子的活化和躍遷從而實現(xiàn)光解水制氫的功能。由于發(fā)明僅能利用紫外光，所以應用時不太方便；同時，從制備納米二氧化鈦到制備電極需要高溫燒結，能量消耗大，而且步驟也比較繁瑣。中國專利CN1899689A公開了一種能相應可見光的固溶體光催化劑的制備方法。發(fā)明的化學式為BixM2-xV2O8的化合物，M＝Y、La、Ce、Pr等中的一種，先加乙醇將固體粉末混合均勻，80℃干燥，800-1000℃固相反應一個小時以上。本發(fā)明可以利用波長小于600nm的可見光和紫外光，具備了光催化活性，能在吸收光譜范圍內有效降解污物和水解制氫，可是發(fā)明存在明顯的成本高，能源消耗大的缺點。中國專利CN1900366A中公開了一種用于光電化學反應的離子膜光電解池結構，實現(xiàn)了無偏亞直接光解水。該發(fā)明的光解池結構包括：用全氟羧酸/磺酸復合離子膜將容器分為兩個室，一個室為“酸室”，一個為“堿室”，半導體材料固定在導電玻璃上作為陽極，另一端惰性電極放入酸室作為陰極，將酸堿短接后，從堿室攝入陽光，在陰極上產(chǎn)生氫氣。發(fā)明結構簡單，但對容器的要求較高，對酸堿液的濃度要求較高，同時酸堿也具有較強的腐蝕性，對電極壽命有很大影響；而且以上電極只能利用太陽光中的紫外部分，效率較低。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對背景技術中存在的問題，提出了一種能高效利用太陽光且能量轉化率高，設備要求低，成本低，生產(chǎn)工藝簡單，能源消耗少的綠色環(huán)保的納米電解池的制備方法。這種能高效利用太陽光光解水制氫的納米電解池及其制備方法，其特征在于：該電解池能夠利用太陽光中可見光波段和紫外波段光解水制氫，本發(fā)明制備的納米電解池是由納米氧化亞銅和納米二氧化鈦混合納米層制備的多層半導體復合光電極陽極，和惰性陰極以及電解液組成，具體包含以下步驟：

(1)將納米氧化亞銅和納米二氧化鈦混合后與經(jīng)過等離子處理或者酸、堿蝕處理后的半導體材料通過旋涂等方式組合，構建層狀架構，通過真空表面燒結制備層狀納米金屬電極；

(2)選擇另一惰性電極作為電解池陰極；

(3)將電極置于電解液內，短接陰陽兩極，引入太陽光照射納米電極陽極即可；

步驟(1)中所述的納米氧化亞銅為油溶性納米氧化亞銅粉體，或者為油溶性納米氧化亞銅正己烷，正庚烷，環(huán)己烷，等5-18烷等至少其中一種非極性溶劑的分散液；

步驟(1)中所用納米二氧化鈦為油溶性納米二氧化鈦粉體，或者為油溶性納米二氧化鈦正己烷，正庚烷，環(huán)己烷，等5-18烷等至少其中一種非極性溶劑分散液；

所述的納米氧化亞銅，納米二氧化鈦，其特征在于其納米顆粒的粒徑均為2-100nm，納米分散液質量濃度均為10-90wt％；

步驟(1)中納米氧化亞銅和納米二氧化鈦的質量比為1∶9-9∶1；

步驟(1)中所用半導體電極為氟代二氧化錫，銦錫氧化物等；

步驟(1)中所述的納米氧化亞銅和二氧化鈦混合后在半導體材料上的組合燒結溫度為40-200℃，燒結時間為0.5-1.5小時，燒結真空度要求為10pa-500pa；

步驟(2)中所用的納米混合層數(shù)為1-6層，納米電極納米層的單層厚度為1-4微米；

步驟(2)中所述的惰性電極陰極為：鉑，金，碳，鈦等電極或者是鉑，金等惰性金屬電鍍電極；

步驟(3)中所述的電解液為氫氧化鉀，氯化鉀，硫酸鉀等，濃度為0.1-1.0mol/L。

有益效果：

1、本發(fā)明采用高技術含量的納米復合光解電極，可有有效利用太陽光，具有較高的光轉化率和光分解效率，提高制氫效率；

2、本發(fā)明制備的納米復合層為憎水層，在電解液中可以保持良好的穩(wěn)定性和較長的壽命；

3、本發(fā)明工藝簡單，節(jié)能減耗，符合綠色環(huán)保的要求，具有極大的推廣價值。

附圖說明