[發明專利]一種分離式光譜分光太陽能光催化反應系統

在審

• 申請號: 201810946443.8
• 申請日: 2018-08-20
• 公開（公告）號: CN109289727A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 劉清路;趙宗彥
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B01J19/12
• 分類號: B01J19/12;B01J27/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種分離式光譜分光太陽能光催化反應系統，屬于太陽能利用技術領域。所述太陽能光催化反應系統包括1個聚光系統、N個分光單元、N+1個反應單元，其中，N≥3；聚光系統位于光催化反應系統的前端，第一分光單元設置于聚光系統后面，具有第一反射端與第一透射端；依次類推，第N分光單元設置于第N?1分光單元的后面，與第N?1透射端正對，具有第N反射端與第N透射端；第一反應單元設置于第一分光單元的第一反射端，依次類推，第N反應單元設置于第N分光單元的第N反射端；第N+1反應單元設置于第N分光單元的第N透射端。本發明所述系統光路簡單、損耗低、易于實現，實驗了光催化反應系統的全光譜響應，提高了光催化反應系統的光?化學轉換效率，拓寬了光催化反應系統的應用范圍。

技術領域

本發明涉及一種分離式光譜分光太陽能光催化反應系統，屬于太陽能利用技術領域。

背景技術

在太陽能利用的三種常見方式（光-熱轉換、光-電轉換和光-化學轉換）中，光催化技術屬于光-化學轉換方式，其機理類似于自然界的光合作用，主要應用于分解水制氫、CO₂還原制備碳氫化合物、環境凈化、有機合成等多個領域。該技術不但增加了可再生能源的供應形式和數量、減輕了對環境的污染和破壞，與此同時還能夠對環境污染進行治理，因而成為目前非常值得關注和開發的領域。

太陽能光催化技術發展的關鍵在于開發高效、廉價、穩定的寬光譜響應半導體光催化材料。受到天然或人工材料能帶結構的物理制約，任何單一種類的半導體光催化材料的工作區都不可能匹配并完全覆蓋太陽光譜，即：單一材料的光化學轉換效率在太陽光譜區內的分布是極不均勻的，其峰值轉換效率難以與太陽光譜相匹配，導致在實際光化學轉換應用中來自太陽光的大部分能量都被透射、反射或被轉換成熱而被浪費掉了。若通過減小帶隙實現寬光譜響應，通常會導致半導體的氧化還原能力降低的同時也會使光生電子-空穴對更易復合，降低了量子轉換效率，因此，單純的通過減小材料帶隙的方式拓展光譜響應區間將會嚴重影響其光催化效果，是不可取的。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種分離式光譜分光太陽能光催化反應系統，克服了單一材料太陽能利用效率低的問題，從而實現寬光譜范圍內的高吸收，同時又保證氧化還原能力及量子轉換效率不受負面影響。

本發明通過以下技術方案實現：

一種分離式光譜分光太陽能光催化反應系統，包括1個聚光系統、N個分光單元、N+1個反應單元，其中，N ≥ 3；所述反應單元用于接收對應的反射子波段光譜進行光催化反應；

聚光系統位于光催化反應系統的前端，第一分光單元設置于聚光系統后面，具有第一反射端與第一透射端；第二分光單元設置于第一分光單元的后面，與第一透射端正對，具有第二反射端與第二透射端；依次類推，第N分光單元設置于第N-1分光單元的后面，與第N-1透射端正對，具有第N反射端與第N透射端；

第一反應單元設置于第一分光單元的第一反射端，第二反應單元設置于第二分光單元的第二反射端，依次類推，第N反應單元設置于第N分光單元的第N反射端；第N+1反應單元設置于第N分光單元的第N透射端（即最后一個反應單元設置于與其相鄰的分光單元的透射端）

優選的，本發明所述聚光系統為高倍聚光系統，用于將入射的太陽光譜進行匯聚，增加太陽能的能量密度；聚光波段為250-2500nm。

優選的，本發明所述分光單元為分光鏡（可采用平板型長波通二向色鏡或者平板型長波通二向分束器），分光鏡與聚光后的太陽光的光路呈45°傾斜放置。

優選的，本發明反應單元中設有光催化材料，所述光催化材料為響應所對應分光單元的反射子波段的光催化材料；其中第N+1個反應單元中的光催化材料為響應第N個分光單元的透射子波段的光催化材料（即最后一個反應單元中的光催化材料為響應與其相鄰的分光單元的透射子波段的光催化材料）。

本發明所述光催化反應系統可以應用于降解污染物、分解水產氫和產氧。