[发明专利]太阳能燃料电池

权利要求书

1.使用太阳辐射将水和含碳成分转化为烃成分的装置，其包含：

光采集、电荷分离和输送成分，其具有与水接触并暴露于辐射源的第一表面，以及与质子传导膜的第一表面接触的第二表面；

质子传导膜，其具有与光吸收、电荷分离和输送成分的第二表面接触的第一表面，以及与催化剂成分的第一表面接触的第二表面；

催化剂成分，其具有与质子传导膜的第二表面接触的第一表面，以及与含碳成分源接触的第二表面；和

所述光采集、电荷分离和输送成分和所述催化剂成分之间的导电连接。

2.权利要求1的装置，其中所述光采集、电荷分离和输送成分包括基于半导体的组成物。

3.权利要求1的装置，其中所述光采集、电荷分离和输送成分包括带隙为至少1.23V的材料。

4.权利要求1的装置，其中所述光采集、电荷分离和输送成分包括p-型半导体材料，其选自p-SiC、p-GaP、p-InP和p-GaAs。

5.权利要求1的装置，其中所述光采集、电荷分离和输送成分包括n-型半导体材料，其选自n-TiO2、n-WO3、n-SiC、n-SrTiO3、n-CdS、n-GaP和n-GaAs。

6.权利要求1的装置，其中所述光采集、电荷分离和输送成分包括在阳光照射下产生电子和空穴对的有机材料。

7.权利要求6的装置，其中所述有机材料包括带隙为至少1.23V的有机材料。

8.权利要求1的装置，其中所述质子传导膜包括基于陶瓷的膜或基于聚合物的膜。

9.权利要求1的装置，其中所述质子传导膜包括含Nafion的膜或基于烃的膜。

10.权利要求1的装置，其中所述催化剂成分包括含贵金属、碱金属或硫属元素化物的组成物。

11.权利要求1的装置，其中所述催化剂成分包括至少一种选自以下的金属：Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ru、Rh、Pd、Ag、Re、Os、Ir、Pt、Au、Pb、S、Se和Te。

12.权利要求1的装置，其中所述催化剂成分包括氢化催化剂组成物、氢解催化剂组成物或还原催化剂组成物。

13.权利要求1的装置，其中所述含碳成分包括选自一氧化碳和二氧化碳的至少一种。

14.权利要求1的装置，其中电子和空穴对在所述光吸收、电荷分离和输送成分的第一表面产生，并接触水以产生氧气、质子和电子。

15.权利要求14的装置，其中所述电子通过导电连接从所述光采集、电荷分离和输送成分输送至催化剂成分。

16.权利要求14的装置，其中所述质子从所述光采集、电荷分离和输送成分跨过质子传导膜传导至催化剂成分。

17.权利要求16的装置，其中在催化剂成分的第二表面，含碳成分与质子和电子接触以产生烃成分。

18.将含碳成分和水转化为烃成分的方法，其包括：

将光采集、电荷分离和输送成分暴露于足够波长的辐射中，以产生分离的电子和空穴对；

将水与所述电子和空穴对接触，以产生氧气、质子和电子；

排出氧气；

通过导电连接从该光采集、电荷分离和输送成分输送电子至催化剂成分；

跨过质子传导膜传导质子，以接触催化剂成分；

将含碳成分与催化剂成分、质子和电子接触，以产生烃成分；和

取出所述烃成分。

19.权利要求18的方法，其中所述光采集、电荷分离和输送成分包括基于半导体的组成物。

20.权利要求18的方法，其中所述光采集、电荷分离和输送成分包括带隙为至少1.23V的材料。

21.权利要求18的方法，其中所述光采集、电荷分离和输送成分包括p-型半导体材料，其选自p-SiC、p-GaP、p-InP和p-GaAs。

22.权利要求18的方法，其中所述光采集、电荷分离和输送成分包括n-型半导体材料，其选自n-TiO2、n-WO3、n-SiC、n-SrTiO3、n-CdS、n-GaP和n-GaAs。