CN213314913U - 一种双异质结薄膜光催化反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种双异质结薄膜光催化反应器，包括：槽式太阳能聚光装置，所述槽式太阳能聚光装置包括：安装板，所述安装板上设置有安装孔一；所述安装孔一上安装双异质结催化装置；所述双异质结催化装置包括：基体层，所述基体层正面均匀设置有侧面呈倾斜状的槽体；所述基体层上方设置有N型半导体薄膜层一；所述N型半导体薄膜层一正面上方设置有P型半导体薄膜层；所述P型半导体薄膜层上方设置有N型半导体薄膜层二。本实用新型结构简单，易于安装，成本低廉，反应效率高；在能源、环保等领域，可广泛应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及光电子器件技术领域，特别涉及一种双异质结薄膜光催化反应器。
背景技术
随着科学和社会的发展，环境污染日趋严重，能源逐渐匮乏。光催化技术作为一种清洁环保技术在能源和环境领域具有重要的应用前景。光催化的原理是利用化合物半导体在光激发下，电子从价带跃迁到导带，在价带上留下相对稳定的空穴，从而形成电子-空穴对，这些电子-空穴对扩散到微粒表面，从而产生强烈的氧化还原势，可用于降解周围环境中的有机无机污染物、温室气体、光解水等制备H2和O2。目前，光催化技术已经在废水处理、水分解制氢、光催化燃料电池及光催化还原CO2等中得到了广泛的应用。
现如今，大部分光催化反应器都存在光子利用率低，质量传输受限等问题。近年来，微流控技术和光学技术融合诞生的一门新技术——光微流技术，从而为这些问题的解决找到了突破口。光微流技术具有提高反应传播速度，对流体操控有较高的灵敏度，光分布均匀，比表面积高等优点，可以有效地提高光催化反应的效率。
BiFeO3和Bi2Fe4O9两种铁酸铋光催化剂,由于其较窄的带隙(～2.1eV)以及良好的结构稳定性,成为目前广泛研究的可见光光催化材料。BiFeO3(铁酸铋)半导体光催化材料与具有合适能带结构的半导体形成异质结结构(半导体的异质结是一种特殊的PN结，由两层以上不同的半导体材料薄膜依次沉积在同一基体上形成，这些材料具有不同的能带隙，它们可以是砷化镓之类的化合物，也可以是硅-锗之类的半导体合金。)异质结一方面可以叠加两种半导体材料的光吸收范围，从而提高光能的利用率；另一方面与其它半导体形成异质结，在界面处形成内建电场，当半导体材料经入射光辐照受激发所产生的光生电子-空穴对，可以在内建电场的作用下发生高效快速分离，从而实现半导体复合材料光催化性能的提高。在P-N结复合材料中，光生电荷在催化剂间的传输虽然促进了光生电荷的分离，但复合光催化剂的光催化氧化还原能力总体下降。目前，基于BiFeO3的异质结催化剂材料的光生载流子的分离，主要是利用异质结的内建电场或Z体系机制的异质结，使其光生载流子的分离，这种传统异质结只靠单步的分离机制来实现光生载流子的分离，提高其光催化效率仍然是有限的。
另外，目前所采用的光催化器大多结构较为复杂、体积庞大，组装困难。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种结构简单、组装方便的双异质结薄膜光催化反应器。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案，一种双异质结薄膜光催化反应器，包括：槽式太阳能聚光装置，所述槽式太阳能聚光装置包括：安装板，所述安装板上设置有安装孔一；所述安装孔一上安装双异质结催化装置；
所述双异质结催化装置包括：基体层，所述基体层正面均匀设置有侧面呈倾斜状的槽体；所述基体层上方设置有N型半导体薄膜层一；所述N型半导体薄膜层一正面上方设置有P型半导体薄膜层；所述P型半导体薄膜层上方设置有N型半导体薄膜层二。
优选的，所述基体层为透明导电玻璃。
优选的，所述N型半导体薄膜层一、所述P型半导体薄膜层与所述N型半导体薄膜层二结合，形成双异质结结构。
优选的，所述P型半导体薄膜层材质为BiFeO3，所述N型半导体薄膜层一与所述N型半导体薄膜层二为两种相同或不同的N型半导体，材质为ZnO、CdS、AgS、TiO2、SrSO4中任一种。
优选的，还包括导流装置，所述导流装置安装到所述槽式太阳能聚光装置上所述导流装置包括：导流板；
所述导流板正面上方设置有凹槽一，所述凹槽一与所述安装孔一相对应；
所述导流板上分别设置有微流体输入口、导流道一、微流体输出口、导流道二，所述微流体输入口通过所述导流道一与所述凹槽一连接，所述微流体输出口通过导流道二与凹槽一连接。
优选的，所述导流板正面下方设置有凹槽二，所述凹槽二安装有紫外光灯组，所述凹槽二与凹槽一通过透光隔板分隔；
所述导流板在导流道一与微流体输入口的连接处还设置有安装槽；所述安装槽内安装有用于过滤微粒的过滤器。
优选的，还包括设置在所述微流体输入口处的微型气泵，所述微型气泵输出口与所述微流体输入口连通，所述微型气泵输出口连接微流体源。
优选的，所述凹槽一内设置有若干的微凸台阵列；
所述微凸台阵列、导流道一及导流道二采用紫外光刻技术进行PDMS浇筑形成。
优选的，所述导流道一和所述导流道二呈“分支”结构；
所述槽体的侧面斜度为30°～60°。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及说明书附图中所特别指出的装置来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1为本实用新型的一种实施例的分解结构示意图。
图2为图1中双异质结催化装置的局部放大示意图。
图3为本实用新型的另一种实施例的分解结构示意图。
图4为图3的组装后的结构示意图。
图5为图3的导流装置的安装示意图。
图6为本实用新型所述的导流装置的分解结构示意图。
图中：1、槽式太阳能聚光装置；11、双异质结催化装置；111、基体层；112、N型半导体薄膜层二；113、P型半导体薄膜层；114、N型半导体薄膜层一；115、槽体；12、安装板；121、安装孔一；2、导流装置；21、导流板；211、凹槽一；212、导流道一；213、微流体输入口；214、安装槽；215、微凸台阵列；216、微流体输出口；217、导流道二；218、凹槽二；22、紫外光灯组；23、过滤器；24、微型气泵。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例1：
本实用新型实施例提供了一种双异质结薄膜光催化反应器，如图1-2所示，包括：槽式太阳能聚光装置1，所述槽式太阳能聚光装置1包括：安装板12，所述安装板12上设置有安装孔一121；所述安装孔一121上安装双异质结催化装置11；
所述双异质结催化装置11包括：基体层(如可为透明导电玻璃,可选的，所述透明导电玻璃116的材质为FTO或ITO导电玻璃)111。
所述基体层111正面均匀设置有侧面呈倾斜状的槽体115；所述基体层111上方设置有N型半导体薄膜层一114；所述N型半导体薄膜层一114正面上方设置有P型半导体薄膜层113；所述P型半导体薄膜层113上方设置有N型半导体薄膜层二112。优选的，其中，所述N型半导体薄膜层一114、所述P型半导体薄膜层113与所述N型半导体薄膜层二112结合，形成双异质结结构。
可选的，所述N型半导体薄膜层一114与所述N型半导体薄膜层二112为两种相同或不同的N型半导体，材质为ZnO、CdS、AgS、TiO2、SrSO4中任一种。所述P型半导体薄膜层113材质为BiFeO3；
上述技术方案工作原理及有益效果是：
本申请结构简单、体积小，本申请组装方便(将双异质结催化装置11安装到所述安装板上的安装一121上即可)。同时，通过在基体层正面设置倾斜状的槽体，利用槽体倾斜面垂直投影面积较小，可以减小遮光损失，同时通过槽体的设计，在相同空间，可有效的提高太阳光受光面积，从而提高催化反应效率。
本申请利用两种相同的或不同的两种n型半导体(比如ZnO，CdS，AgS等)与p型的半导体BiFeO3结合，形成双异质结结构(即p型的半导体BiFeO3分别和两个n型半导体实现电子转移组成异质结结构，即整体形成双异质结结构)，如：n型的半导体/BiFeO3/n型的半导体双异质结来实现多步电子转移行为(即p型的半导体BiFeO3分别和两个n型半导体实现电子转移)，有效提高光生电子和空穴的分离，打破了传统利用单步电子转移(即P-N型的半导体组成的一个异质结结构的电子转移，P-N型的半导体组成异质结结构的电子转移为现有技术，在此不再赘述)行为来分离光生载流子的方法。
实施例2
在实施例1的基础上，如图3-6所示
还包括导流装置2，所述导流装置2安装到所述槽式太阳能聚光装置1上所述导流装置2包括：导流板21；
所述导流板21正面上方设置有凹槽一211，所述凹槽一211与所述安装孔一121相对应，可选的，所述N型半导体薄膜层二112远离凹槽一的底面；
所述导流板21上分别设置有微流体输入口213、导流道一212、微流体输出口216、导流道二217，所述微流体输入口213通过所述导流道一212与所述凹槽一211连接，所述微流体输出口216通过导流道二217与凹槽一211连接。
本申请融合了微流控技术和光学——光微流技术，本申请反应器内有光、流体以及光和流体之间相互作用这三个因素，继承了光学和微流技术的优点。光微流技术技术原理为现有，如CN 107376799 B。
本申请结构简单、体积小，本申请安装时，将所述槽式太阳能聚光装置1安装到所述导流装置2即可，且使得双异质结催化装置11正对凹槽1即可，安装方便；
安装后所述凹槽一封闭形成反应腔室，光透过双异质结催化装置11射入反应腔室内，实现光和流体之间相互作用。
实施例3
在实施例1或2的基础上，如图3-6所示
所述导流板21正面下方设置有凹槽二218，所述凹槽二218安装有紫外光灯组22，所述凹槽二218与凹槽一211通过透光隔板分隔；
所述导流板21在导流道一212与微流体输入口213的连接处还设置有安装槽214；所述安装槽214内安装有用于过滤微粒的过滤器23。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：待处理微流体通过微流体输入口进入导流道一，经过过滤器过滤后流入反应腔，过滤器能够对流体进行预过滤，以过滤掉流体中的微粒，从而防止反应腔内结垢、以及光催化剂的失效。
设置紫外光灯组，便于提高紫外光源，以便于实现光催化反应。
实施例4
在实施例3的基础上，如图3-6所示
还包括设置在所述微流体输入口213处的微型气泵24，所述微型气泵24输出口与所述微流体输入口213连通，所述微型气泵24输出口连接微流体源。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：通过设置微型气泵，便于微流体的输送，促进微流体的流动。
实施例5
在实施例3或4的基础上，如图3-6所示
所述凹槽一211内设置有若干的微凸台阵列215；
所述微凸台阵列215、导流道一212及导流道二217采用紫外光刻技术进行PDMS浇筑形成。
所述导流道一212和所述导流道二217呈“分支”结构。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：对导流板上的微凸台阵列和“分支”状的导流道一和导流道二由聚二甲基硅氧烷(PDMS)浇筑。优选的，微凸台阵列优选交叉排列，也可以采用其他排列方式。通过改变微流体的流动路径，增加微流体的受催化反应的时长。流体通过“分支”结构的导流道一和导流道二凹槽，促进微流体充分流入反应腔。
实施例6
在实施例1-5中任一项的基础上，所述槽体115的侧面斜度为30°～60°。
优选的，槽体底面宽度为8～15μm，槽体深度为60～80μm。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：所述基体层上方等距排列有若干侧面倾斜的槽体，在受不同入射角的太阳光时，受光充分，同时增大受光面积，提高催化效率。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种双异质结薄膜光催化反应器，其特征在于，包括：槽式太阳能聚光装置(1)，所述槽式太阳能聚光装置(1)包括：安装板(12)，所述安装板(12)上设置有安装孔一(121)；所述安装孔一(121)上安装双异质结催化装置(11)；
所述双异质结催化装置(11)包括：基体层(111)，所述基体层(111)正面均匀设置有侧面呈倾斜状的槽体(115)；所述基体层(111)上方设置有N型半导体薄膜层一(114)；所述N型半导体薄膜层一(114)正面上方设置有P型半导体薄膜层(113)；所述P型半导体薄膜层(113)上方设置有N型半导体薄膜层二(112)。
2.根据权利要求1所述一种双异质结薄膜光催化反应器，其特征在于，所述基体层(111)为透明导电玻璃。
3.根据权利要求1所述一种双异质结薄膜光催化反应器，其特征在于，所述N型半导体薄膜层一(114)、所述P型半导体薄膜层(113)与所述N型半导体薄膜层二(112)结合，形成双异质结结构。
4.根据权利要求1所述一种双异质结薄膜光催化反应器，其特征在于，所述P型半导体薄膜层(113)材质为BiFeO3，所述N型半导体薄膜层一(114)与所述N型半导体薄膜层二(112)为两种相同或不同的N型半导体，材质为ZnO、CdS、AgS、TiO2、SrSO4中任一种。
5.根据权利要求1所述的一种双异质结薄膜光催化反应器，其特征在于，还包括导流装置(2)，所述导流装置(2)安装到所述槽式太阳能聚光装置(1)上所述导流装置(2)包括：导流板(21)；
所述导流板(21)正面上方设置有凹槽一(211)，所述凹槽一(211)与所述安装孔一(121)相对应；
所述导流板(21)上分别设置有微流体输入口(213)、导流道一(212)、微流体输出口(216)、导流道二(217)，所述微流体输入口(213)通过所述导流道一(212)与所述凹槽一(211)连接，所述微流体输出口(216)通过导流道二(217)与凹槽一(211)连接。
6.根据权利要求5所述的一种双异质结薄膜光催化反应器，其特征在于，所述导流板(21)正面下方设置有凹槽二(218)，所述凹槽二(218)安装有紫外光灯组(22)，所述凹槽二(218)与凹槽一(211)通过透光隔板分隔；
所述导流板(21)在导流道一(212)与微流体输入口(213)的连接处还设置有安装槽(214)；所述安装槽(214)内安装有用于过滤微粒的过滤器(23)。
7.根据权利要求5所述的一种双异质结薄膜光催化反应器，其特征在于，还包括设置在所述微流体输入口(213)处的微型气泵(24)，所述微型气泵(24)输出口与所述微流体输入口(213)连通，所述微型气泵(24)输出口连接微流体源。
8.根据权利要求5所述一种双异质结薄膜光催化反应器，其特征在于，所述凹槽一(211)内设置有若干的微凸台阵列(215)；
所述微凸台阵列(215)、导流道一(212)及导流道二(217)采用紫外光刻技术进行PDMS浇筑形成。
9.根据权利要求5所述一种双异质结薄膜光催化反应器，其特征在于，所述导流道一(212)和所述导流道二(217)呈“分支”结构；
所述槽体(115)的侧面斜度为30°～60°。
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| CN202022049085.6U CN213314913U (zh) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | 一种双异质结薄膜光催化反应器 |
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2020
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