[實用新型]一種LED光解水制氫器件

有效

• 申請號: 201320158555.X
• 申請日: 2013-04-01
• 公開（公告）號: CN203284200U
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 曹永革;王充;劉著光;陳東川;陳劍;黃集權;胡倩倩;吳嵐
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: C01B3/04
• 分類號: C01B3/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及LED發光技術領域以及光催化材料領域。

背景技術

隨著世界能源的日益枯竭，人們對于新能源開發的熱情空前高漲，其中光解水制氫由于其潔凈高效又成為了新能源研究中的焦點。目前國內外通用的光催化材料的檢測與評估所用光源均為氙燈，其光電轉換效率不到25%，且光源在收氫容器外與測試材料有一定距離，因此光利用率更小。由于氙燈發光光譜為全光譜，真正能使材料響應的光波段只是其中的一小部分，最致命的是氙燈光源壽命最高只有不到3000小時，且價格昂貴。

LED作為一種新型光源，價格便宜其光電轉換效率高達50%，壽命長達40000小時，具有啟動速度快，能控制發光光譜等傳統光源無可比擬的優勢。將LED與光解水材料有機的結合在一起，可以大大提高光解水制氫的測試效率，并可極大地節約光源成本。

實用新型內容

本實用新型旨在解決現有技術的前述問題，而提供一種結構簡單，性能可靠的LED光解水器件。

為實現上述目的，本實用新型提供一種LED光解水制氫器件，在封裝基板上進行LED芯片封裝，并采用透明膠體將封裝好的LED光源與沉積有光解水材料的透明陶瓷基片粘結為一個整體，在LED電極處通過濺射鍍有二氧化硅絕緣薄膜。

所述的透明陶瓷為多晶YAG陶瓷。

所述的透明陶瓷為摻雜稀土元素的多晶YAG陶瓷，所述稀土元素選自Ce、Eu、Er、Nd、Tb、Sm、Tm、Dy或Yb中的一種或幾種。

所述的LED芯片的發射光譜為峰值波長在250-500nm波長范圍。

本實用新型將覆蓋有光解水材料的YAG陶瓷直接固定于藍光或紫外LED芯片之上，將其浸入水中，?LED芯片發出的光直接通YAG陶瓷輻照到光解水材料上，使得材料吸收光子產生電子空穴對使水分解為氫氣。由于光源與光解水材料為一體設計，因此避免了傳統氙燈光源在光傳輸距離上的損耗。同時可以利用YAG陶瓷的摻雜來控制發光光譜為單色光或是白光，因此可用不同光波段來激發光解水材料。陶瓷封裝避免了熒光粉的使用，從而有效的避免了因為高溫造成的熒光粉量子效率下降、光源的色溫，色坐標漂移；同時也避免了硅膠的使用，長時間的光輻照會使硅膠老化發黃。由于此裝置需浸入水中使用，因此水浴為LED提供了良好的散熱途徑，大大提高了LED光源的使用壽命。通過實驗對比，將同樣的光解水材料的分別按照傳統方式用氙燈輻照和利用YAG陶瓷封裝于LED芯片之上，輻照時間均為5小時，其中氙燈光源為200W，LED為20W，實驗結果為材料的光解水產氫率分別為1123μmol/gh和1432μmol/gh。由此可見使用這種LED光解水器件可以顯著提高光解水材料的測試效率。

附圖說明

圖1?LED光解水制氫器件置示意圖

圖2實施例1中YAG陶瓷燒結后的XRD圖譜。

圖3實施例1中二氧化鈦材料的吸收光譜圖。

圖4實施列2中二氧化鈦材料的吸收光譜圖

圖5實施列2中450nm?LED芯片發光光譜圖

圖6實施例3中Ce:YAG熒光陶瓷燒結后的XRD圖譜。

圖7實施列3中白光LED發光光譜圖

圖8實施例4中二氧化鈦材料的吸收光譜圖。

具體實施方式

例1??將YAG粉體原料通過冷等靜壓成型為直徑略大于4英寸的胚體。將胚體放入真空高溫燒結爐中，燒結溫度為1450^oC，燒結時間10小時。圖2為該YAG陶瓷燒結后的XRD圖譜，圖中的每個峰位均與YAG相的標準峰位相吻合，且沒有雜峰，說明該樣品經過此燒結過程已經完全轉變為YAG相。將燒結完成的樣品經表面拋光并減薄到厚度為0.9mm。采用磁控濺射的方法，在陶瓷片上沉積氮摻雜二氧化鈦光解水材料，所制二氧化鈦光解水材料的吸收圖譜如圖3所示。所采用芯片發光光譜為420nm的單色光，封裝后背面用絕緣漆均勻涂覆并在120攝氏度烘烤2h，然后利用磁控濺射在電極處鍍有二氧化硅，以起到防水的作用。最后所得結構如圖1所示。其中二氧化鈦光解水材料1通過磁控濺射沉積在YAG陶瓷5上，然后將其固定在LED芯片6上面，3為背部的絕緣漆涂層，2為電極處7的防水絕緣涂層，4為陶瓷基底。最后將整個器件至于水中，通電光照5小時，并用收集器采集氫氣，通過氣相色譜來定量分析產氫量。此裝置測得材料的產氫率為1301μmol/gh。