[發明專利]三電極反應器及其應用

有效

• 申請號: 201610163606.6
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN105651839B
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 王喜娜;童銳;許揚;周小龍;汪漢斌;王浩
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: G01N27/30
• 分類號: G01N27/30
• 代理公司: 武漢河山金堂專利事務所(普通合伙) 42212
• 代理人: 胡清堂

本發明提供了一種三電極反應器，該三電極反應器整體密封性良好，可有效避免外界空氣的滲入或內部氣體的泄露，既保證了產氣結果的可靠性，也可以實現高純度H₂的制備；該三電極反應器既可外接電化學工作站或電流電壓表，又能對反應器內部進行洗氣和產氣取樣，因而能實現光電解水過程的同步光電化學行為與產氣量分析，從而深入探索光電解水系統內在的光電化學機制，并對光電解水效率進行評價。

技術領域

本發明涉及太陽光電解水領域，尤其涉及一種三電極反應器及其應用。

背景技術

近年來，隨著世界經濟的不斷發展，煤、石油、天然氣等不可再生化石燃料的加速消耗，傳統的能源體系正一步步發生改變，新能源的開發和研制工作已迫在眉睫。太陽能是一種新型綠色能源，利用太陽光分解水制取氫氣，在化石燃料日益枯竭及環境污染嚴重的當今社會備受關注[[1]Guo Liejin,Liu Tao,Ji Jun,et al.Science&TechnologyReview,2005,23(2):29-33]。

另外，在21世紀的能源體系中，氫氣是一種理想的能源，氫能源高效，環保，其能量密度(140MJ/Kg²)是固體燃料(50MJ/Kg²)的兩倍多，放出的熱約為同質量汽油的3倍。同時，氫氣無毒，與其他燃料相比燃燒時最清潔，除生成水和少量氯化氫外不會產生諸如一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物、鉛化物和粉塵顆粒等環境污染物。受此種觀念啟發，將太陽能轉化為高能量密度的氫能，引起了科研人員的廣泛興趣。而且自然界中含氫物質主要是水，通過光電解水是獲得氫能的一條直接途徑。

當電解反應在酸性或中性體系中時，其電極反應式如下，陰極：4H⁺+4e→2H₂，Φ⁰＝0V；陽極：2H₂O→O₂+4H⁺+4e,Φ⁰＝1.23V，在水電解反應中，氧的陽極析出是一個非常復雜的電極過程，該反應涉及到一個四電子參加的電化學反應，過程中常常伴隨著較大的過電位，因此氧的陽極析出反應需要在比氧的平衡電位更正的電位下才能反應，如果能夠友好地利用自然界中的光能，利用半導體材料的光電轉換過程，直接完成“光化學能”的轉換，這樣就可以充分的提高能量的利用效率。

目前，利用太陽光電解水的研究主要集中在各種光(電)催化材料的制備、光電化學特性的表征及載流子傳輸機理的探索等方面，而對用于三電極系統光電產氫或產氧的反應器裝置的研究則較少，還缺乏一種合理可行、既能測試光電流又能同步取樣測試氫氣或氧氣產量的裝置。盡管目前光解水反應器方面有諸多報道，例如，2012年俞紅梅等發明的新型光電解池結構能借助光的激發作用，在堿性溶液中將水分解為氫氣和氧氣的一種裝置[[2]，而中國科學院大連化學物理研究所也制備了一種光電解池分解水產氫裝置【中國發明專利,CN102336453A,2012-02-01]等，然而這些裝置主要用于光催化半導體粉體產氫的制備和測量，無法用于三電極體系。如果不能實現三電極系統的同步測量，就無法將光電流特性與產氫量一一聯系起來，從而進一步去評價光電解水電池的庫倫效率及其析氧、析氫反應動力學機制。因此，開發一種實驗室可行、密封性良好，既能與三電極電化學工作站相連、又能實現同步氫氣或氧氣探測的光電解水反應器非常重要。

發明內容

本發明的目的是提供一種實驗室可行、密封性良好，既能與三電極電化學工作站相連、又能實現同步氫氣或氧氣探測的三電極反應器及其應用。

為了達到上述目的，一方面，本發明提供了一種三電極反應器，其包括一電極固定密封裝置，以及一反應容器，所述反應容器頂部開設有主接口，側壁上分別開設有洗氣入口、洗氣出口和產氣取樣口；所述電極固定密封裝置包括密封法蘭和電極支撐桿，密封法蘭與主接口密封且表面開設有三個貫穿孔，所述電極支撐桿穿過貫穿孔并與之密封、固定，電極支撐桿為導電材質，底部固定、電性連接電極。

優選的，所述反應容器為石英玻璃材質，且設置有一平面側壁。