[發明專利]一種光電化學池

有效

• 申請號: 201811214013.3
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109187705B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 夏蘭;陳政;余林頗;胡笛
• 申請（專利權）人: 寧波諾丁漢大學
• 主分類號: G01N27/416
• 分類號: G01N27/416;G01N27/30
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 任美玲;趙青朵

本發明提供了一種光電化學池，包括光陰極和光陽極，所述光陰極和光陽極在空間上平行設置，并且所述光陰極和光陽極在與所述光陰極和光陽極所在平面垂直方向上的投影互不重疊。本發明提供的光電化學池的光陰極和光陽極可同時，并且最大程度的接受垂直太陽光照射，該結構設計的光電化學池的兩極可通過涂覆法、印刷等技術制得，工藝簡單、具備圖案化功能、易于工業化連續生產，且可同時接受光照、無需使用質子膜、可制成柔性器件，對太陽光的利用率較高。本發明提供的光電化學池可以在光陽極降解有機污染物、在光陰極除去多種重金屬離子和進行制氫反應，實現太陽能去污和去除重金屬離子、太陽能制氫的雙重目的，從而可以解決環境污染和能源危機問題。

技術領域

本發明屬于光電化學技術領域，具體涉及一種光電化學池及其制備方法。

背景技術

光電化學池，即通過光電極吸收太陽能并將光能轉化為電能。通常選用半導體作為光電極，n型半導體作為光陽極，P型半導體作為光陰極，其基本原理是：半導體吸收大于其帶系能量的光能后，其價帶的電子被光激發至導帶，產生了光生電子-空穴對；電子-空穴對分離后，由于電極表面能帶向上彎曲的影響和光生電壓的驅動，電子向體相移動，在光生偏壓或外加偏壓下通過外電路到達對電極，電子到達對電極參與還原反應，而空穴則遷移到光陽極表面參與氧化反應。在這整個過程中，形成回路，產生電流。1972年Fujishima和Honda首次報道了半導體TiO₂為光陽極、Pt為光陰極組成的光電化學池，在Pt光陰極上制得氫氣。1976年Carey發現了半導體TiO₂光陽極在紫外光照射下可以降解各種有機污染物。因此，在光電化學池中，光電極的作用是吸收光能，將光能轉化為可以參與化學反應的空穴或電子，在光陽極發生氧化反應、降解有機物，在光陰極發生還原反應、重金屬離子被還原、制取氫氣，同時解決環境污染和能源危機問題。此外，為了有效阻止光生電子-空穴對的復合，以提高有機物的降解率、重金屬離子的沉積率、氫氣的制取率，往往需要在光電極施加一定的偏置偏壓，將光電子通過外電路驅趕至對電極，實現電子-空穴對的高效分離，從而達到廢物降解與生產清潔能源的有機結合。

目前，光電化學池通常采用單室或雙室的結構，往往需要使用質子交換膜，且光陽極、光陰極處于兩面，需要分別制備，工藝復雜，且對太陽光的利用效率低。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種光電化學池，本發明提供的光電化學池制備方法簡單、具備圖案化功能、易于工業化連續生產，且可同時接受光照、無需使用質子膜，對太陽光的利用率較高。

本發明提供了一種光電化學池，包括光陰極和光陽極，所述光陰極和光陽極在空間上平行設置，并且所述光陰極和光陽極在與所述光陰極和光陽極所在平面垂直方向上的投影互不重疊。

優選的，所述光陰極和光陽極中的其中一極為一個環形平面電極或由多個環形平面電極串聯而成，另一極為設置于所述環形平面電極的內環垂直方向上的投影內的任意位置、且形狀為任意形狀的一個或多個電極串聯而成；

或者，

所述光陰極和光陽極隔離設置。

優選的，所述環形平面選自正三角形環、正方形環或正六邊形環，所述由多個環形平面串聯而成的極片為由若干個環形平面組合得到的二級形狀，所述二級形狀選自三角形、梯形、平行四邊形、正方形、長方形、十字形或蜂巢型。

優選的，所述另一極的單個電極的形狀與所述環形平面電極的內環形狀一致，且所述另一極的單個電極的面積小于或等于所述環形平面電極的內環面積。

優選的，所述光陽極和光陰極中的至少一極為光催化電極，優選的，所述光陽極為光催化電極或者光陽極和光陰極都為光催化電極。