CN113957466B - 光电催化反应用流动式电解池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光电催化反应用流动式电解池，涉及光电催化设备的技术领域。光电催化反应用流动式电解池包括阴极室、阳极室和气体室；阳极室连接在阴极室的一侧，气体室连接在阴极室的底部，且阳极室与阴极室连通，气体室与阴极室连通；阳极室与阴极室之间设置有质子交换膜；阴极室与气体室之间设置有工作电极和防水透气膜，防水透气膜位于工作电极与气体室之间，工作电极上负载有催化剂；阴极室的顶部开设有光窗口，光窗口处设置有透光板。达到了提高光电催化反应效率的技术效果。

Description

光电催化反应用流动式电解池
技术领域
本发明涉及光电催化设备技术领域，具体而言，涉及光电催化反应用流动式电解池。
背景技术
光电催化反应是指光辐照与电解液接触的半导体表面所产生的光生电子－空穴对被半导体/电解液结的电场所分离后与溶液中离子进行的氧化还原反应。
光电催化反应是一种特殊的催化反应类型，可以将光能直接转化为化学能，常用半导体材料为光电极，起到光吸收和催化的作用。根据半导体种类不同，可分别光电阳极和光电阴极。其中n型半导体是富电子的，有利于催化氧化反应，常被用作光阳极；P型半导体是富空穴型，有利于催化还原反应，常被用作光阴极。在搭建光电催化反应系统时，催化剂被涂布在导电玻璃或者自支撑基底上制备光电极，并浸泡在相应的电解液中实现光电催化反应。
其中，光电催化反应电解池常用H型双室电解池或单池实现。其中H型双室电解池通过质子交换膜或阴离子交换膜分割阴极室和阳极室，实现氧化反应与还原反应的分割。而单池电解池的氧化还原反应在一个电解池中完成，不可避免的存在电子-空穴复合现象，降低催化效率，从而降低光电催化反应效率。
因此，提供一种提高光电催化反应效率的光电催化反应用流动式电解池成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光电催化反应用流动式电解池，以缓解现有技术中光电催化反应效率低的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种光电催化反应用流动式电解池，包括阴极室、阳极室和气体室；
所述阳极室连接在所述阴极室的一侧，所述气体室连接在所述阴极室的底部，且所述阳极室与所述阴极室连通，所述气体室与所述阴极室连通；
所述阳极室与所述阴极室之间设置有质子交换膜；
所述阴极室与所述气体室之间设置有工作电极和防水透气膜，所述防水透气膜位于所述工作电极与所述气体室之间，所述工作电极上设置有催化剂；
所述阴极室的顶部开设有光窗口，所述光窗口处设置有透光板。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述阴极室与所述阳极室之间设置有对电极，且所述对电极上设置有导电引出件。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述阴极室内设置有参比电极。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述工作电极上设置有导电引出件；
所述工作电极采用气体扩散电极。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述导电引出件采用双面铜箔导电胶带。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述阴极室上设置有阴极液进口和阴极液出口。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述阳极室上设置有阳极液进口和阳极液出口。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述气体室上设置有进气口和出气口。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述气体扩散电极采用碳纤维布；
所述防水透气膜采用聚四氟乙烯膜。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能的实施方式，其中，上述透光板采用石英玻璃。
有益效果：
本发明实施例提供了一种光电催化反应用流动式电解池，包括阴极室、阳极室和气体室；阳极室连接在阴极室的一侧，气体室连接在阴极室的底部，且阳极室与阴极室连通，气体室与阴极室连通；阳极室与阴极室之间设置有质子交换膜；阴极室与气体室之间设置有工作电极和防水透气膜，防水透气膜位于工作电极与气体室之间，工作电极上设置有催化剂；阴极室的顶部开设有光窗口，光窗口处设置有透光板。
具体的，将催化剂均匀涂布在工作电极上，将防水透气膜放置在工作电极与气体室之间，既可以使气体室内的气体通过防水透气膜扩散到催化剂的背面，直接实现气固接触，又不会导致阴极室内的电解液进入到气体室内。阴极室中的电解液直接接触催化剂，而阴极室的上方即为光窗口，光窗口正对着催化剂，光通过阴极室的电解液照射到催化剂表面，实现光-液-催化剂-气的协同耦合作用；其中，光源可以透过光窗口直接辐照到催化剂的表面，从而激发催化剂电子-空穴分离，同时催化剂与流动的电解液接触，最大程度的提高催化剂与电解液的接触面积。催化剂的另一侧是气体室，气体通过工作电极与催化剂接触，提高气体与催化剂的接触几率，从而实现高效催化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的光电催化反应用流动式电解池的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的光电催化反应用流动式电解池的爆炸示意图。
图标：
100-阴极室；110-光窗口；
200-阳极室；
300-气体室；310-工作电极。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
参见图1和图2所示，本发明实施例提供了一种光电催化反应用流动式电解池，包括阴极室100、阳极室200和气体室300；阳极室200连接在阴极室100的一侧，气体室300连接在阴极室100的底部，且阳极室200与阴极室100连通，气体室300与阴极室100连通；阳极室200与阴极室100之间设置有质子交换膜；阴极室100与气体室300之间设置有工作电极310和防水透气膜，防水透气膜位于工作电极310与气体室300之间，工作电极310上设置有催化剂；阴极室100的顶部开设有光窗口110，光窗口110处设置有透光板。
具体的，将催化剂均匀涂布在工作电极310上，将防水透气膜放置在工作电极310与气体室300之间，既可以使气体室300内的气体通过防水透气膜扩散到催化剂的背面，直接实现气固接触，又不会导致阴极室100内的电解液进入到气体室内。阴极室100中的电解液直接接触催化剂，而阴极室100的上方即为光窗口110，光窗口110正对着催化剂，光通过阴极室100的电解液照射到催化剂表面，实现光-液-催化剂-气的协同耦合作用；其中，光源可以透过光窗口110直接辐照到催化剂的表面，从而激发催化剂电子-空穴分离，同时催化剂与流动的电解液接触，最大程度的提高催化剂与电解液的接触面积。催化剂的另一侧是气体室300，气体通过工作电极310与催化剂接触，提高气体与催化剂的接触几率，从而实现高效催化。
具体的，通过将气体室300设置在阴极室100的底板，在阴极室100与气体室300之间设置透气阻水膜，并且将催化剂涂覆在透气阻水膜上，可以提高气体和电解液两者与催化剂的接触，其中，气体与催化剂能够直接接触，无需再溶解到电解液内，从而不会受到溶解度的约束。
其中，阴极室100位于光窗口110处开设有内螺纹，在安装透光板时，在光窗口110处设置有用于压紧透光板的固定环，固定环的外壁开设有外螺纹，从而使得固定环能够螺纹连接在光窗口110内。
参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，阴极室100与阳极室200之间设置有对电极，且对电极上设置有导电引出件。
具体的，在阴极室100与阳极室200之间设置有对电极，并且在对电极上设置有导电引出件，以便工作人员监测。
需要指出的是，对电极可以采用泡沫镍，铂，碳材质等，另外，本领域技术人员根据实际需求可以自行选择对电极的材质，在此不再进行赘述。
参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，阴极室100内设置有参比电极。
需要指出的是，参比电极可以采用银-氯化银电极，饱和甘汞电极、铅电极等材质，另外，本领域技术人员根据实际需求可以自行选择参比电极的材质，在此不再进行赘述。
参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，工作电极310上设置有导电引出件；工作电极310采用气体扩散电极。
参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，导电引出件采用双面铜箔导电胶带。
具体的，导电引出件可以采用双面铜箔导电胶带，便于工作人员操作和后期维护。
另外，本领域技术人员根据实际需求可以自行选择导电引出件的材质，在此不再进行赘述。
参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，阴极室100上设置有阴极液进口和阴极液出口。
具体的，通过管路和蠕动泵可以实现为阴极室100的供液工作，以实现阴极室100内的电解液循环。
参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，阳极室200上设置有阳极液进口和阳极液出口。
具体的，通过管路和蠕动泵可以实现为阳极室200的供液工作，以实现阳极室200内的电解液循环。
参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，气体室300上设置有进气口和出气口。
具体的，通过管路可以实现为气体室300的供气工作。
参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，气体扩散电极采用碳纤维布；防水透气膜采用聚四氟乙烯膜。
具体的，防水透气膜可以采用聚四氟乙烯膜。
另外，本领域技术人员根据实际需求可以自行选择气体扩散电极和防水透气膜的材质，在此不再进行赘述。
参见图1和图2所示，本实施例的可选方案中，透光板采用石英玻璃。
具体的，透光板可以采用石英玻璃。
另外，本领域技术人员根据实际需求可以自行选择透光板的材质，在此不再进行赘述。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光电催化反应用流动式电解池，其特征在于，包括：阴极室(100)、阳极室(200)和气体室(300)；
所述阳极室(200)连接在所述阴极室(100)的一侧，所述气体室(300)连接在所述阴极室(100)的底部，且所述阳极室(200)与所述阴极室(100)连通，所述气体室(300)与所述阴极室(100)连通；
所述阳极室(200)与所述阴极室(100)之间设置有质子交换膜；
所述阴极室(100)与所述气体室(300)之间设置有工作电极(310)和防水透气膜，所述防水透气膜位于所述工作电极(310)与所述气体室(300)之间，所述工作电极(310)上设置有催化剂；
所述阴极室(100)的顶部开设有光窗口(110)，所述光窗口(110)处设置有透光板，以使光源可以透过光窗口( 110) 直接辐照到催化剂的表面。
2.根据权利要求1所述的光电催化反应用流动式电解池，其特征在于，所述阴极室(100)与所述阳极室(200)之间设置有对电极，且所述对电极上设置有导电引出件。
3.根据权利要求2所述的光电催化反应用流动式电解池，其特征在于，所述阴极室(100)内设置有参比电极。
4.根据权利要求3所述的光电催化反应用流动式电解池，其特征在于，所述工作电极(310)上设置有导电引出件；
所述工作电极(310)采用气体扩散电极。
5.根据权利要求4所述的光电催化反应用流动式电解池，其特征在于，所述导电引出件采用双面铜箔导电胶带。
6.根据权利要求1所述的光电催化反应用流动式电解池，其特征在于，所述阴极室(100)上设置有阴极液进口和阴极液出口。
7.根据权利要求1所述的光电催化反应用流动式电解池，其特征在于，所述阳极室(200)上设置有阳极液进口和阳极液出口。
8.根据权利要求1所述的光电催化反应用流动式电解池，其特征在于，所述气体室(300)上设置有进气口和出气口。
9.根据权利要求4所述的光电催化反应用流动式电解池，其特征在于，所述气体扩散电极采用碳纤维布；
所述防水透气膜采用聚四氟乙烯膜。
10.根据权利要求1-8任一项所述的光电催化反应用流动式电解池，其特征在于，所述透光板采用石英玻璃。
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