[发明专利]一种多功能光电化学测试装置

说明书

技术领域

本发明属于电化学技术领域，更具体地，涉及一种多功能光电化学测试装置。

背景技术

煤炭、石油和其他化石能源的巨量消费已成为全世界大气污染的主要来源。这些常规能源资源的有限性和环境压力的增加，使世界上许多国家加强了对新能源和可再生能源技术发展的支持。在新能源领域中，氢能已普遍被认为是一种最理想的新世纪无污染绿色能源，这是因为氢燃烧，水是它的唯一产物。氢是自然界中最丰富的元素，它广泛地存在于水、矿物燃料和各类碳水化合物中。然而，传统的制氢方法，需要消耗巨大的常规能源，使氢能身价太高，大大限制了氢能的推广应用。

上个世纪70年代，日本科学家们发现了以光催化材料为“媒介”，能利用取之不尽、廉价的太阳能把水裂解为燃料电池所必需的氧和氢，科学家称这种仅用阳光和水生产出氢和氧的技术为“人类的理想技术之一”。同时，利用光裂解水就必须使用光催化材料，科学家们往水中加入一些半导体光催化材料，通过这些物质吸收太阳光能并有效地传给水分子，使水发生光解。光催化制氢和氧气技术的基本原理，以二氧化钛半导体光催化材料为例，当太阳光照射二氧化化钛时，其价带上的电子（e^-）就会受激发跃迁至导带，同时在价带上产生相应的空穴（h^＋）,形成了电子空穴对。产生的电子（e^-）、空穴(h^＋)在内部电场作用下分离并迁移到粒子表面。水在这种电子-空穴对的作用下发生电离生成氢气和氧气。由于电子空穴对的分离步骤是制约产氢气和氧气的关键因素之一，所以近些年来，科学家们将电化学原理与光结合在一起，共同催化水制氢气和氧气，简称光电催化（PEC）,它的原理是在光催化技术基础上，采用电化学三电极测试体系，将光催化剂半导体材料修饰的电极当作工作电极，铂片当作对电极，另外银/氯化银电极作为参比电极以用来设定工作电极的偏压。该方法的优点是，(1)将产氢气和氧气分别在光催化剂工作电极和铂片(丝)对电极上进行，既有利于氢气和氧气和收集，同时，可以有效预防氢气和氧气混合队光催化剂的影响；(2)通过对光催化工作电极施加偏压，可以有效形成一个内部电场，大大提高光生电子空穴对的分离效率，让电子和空穴成功传输到工作电极和对电极表面和水分子反应产生氢气和氧气，从而提高了光电催化制氢气和氧气的转换效率。

尽管光电催化制氢气和氧气已经成为学术界的研究热点，但是市场上很少有适合光电催化测试的专业电解池，很多测试实验都是在简易的石英池或者普通石英烧杯完成，影响了实验结果的准确性和科学性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多功能光电化学测试装置，以解决现有测试装置实验误差较大、数据可靠性不足和功能单一的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种多功能光电化学测试装置，包括化学池组件、前密封盖组件和后密封盖组件，化学池组件用于容纳电解液，前密封盖组件用于对化学池组件前孔进行密封，后密封盖组件用于对化学池组件后孔进行密封。

所述化学池组件包括化学池壳体、第一圆孔、第二圆孔和化学池腔体，所述第一圆孔和第二圆孔设置在所述化学池壳体的侧壁上，分别用于安装Pt丝对电极和参比电极，化学池腔体用于盛放电解质以进行光电化学反应测试；所述化学池壳体的前端面和后端面均设有连通化学池腔体的圆孔；

所述前密封盖组件包括前密封盖和通光圆孔，前密封盖用于覆盖化学池腔体前端面的圆孔，前密封盖与化学池壳体之间形成用于安放导电玻璃工作电极或石英片的间隙，前密封盖的中间部分开有正对导电玻璃工作电极或石英片的通光圆孔；

所述后密封盖组件包括无孔密封盖和开孔密封盖，在进行导电玻璃工作电极光电化学反应测试时，无孔密封盖用于覆盖化学池腔体后端面的圆孔，前密封盖与化学池壳体之间的间隙用于安放导电玻璃工作电极，所述导电玻璃工作电极表面修饰有光电催化剂；在进行玻碳工作电极光电化学反应测试时，前密封盖与壳体之间的间隙用于安放石英片，并安装开孔密封盖，从其开孔处向化学池腔内放入玻碳工作电极，所述玻碳工作电极表面修饰有光电催化剂。

在本发明所述的多功能光电化学测试装置中，所述化学池腔体前端面圆孔上还覆盖有第一O型圈，前密封盖、导电玻璃工作电极或石英片依次覆盖在第一O型圈的上表面，并通过螺钉将其固定在化学池壳体前端面上，以保证前密封盖组件的密封性。