[发明专利]一种用于研究光热耦合催化分解水产氢的侧照式反应器

说明书

本发明公开了一种用于研究光热耦合催化分解水产氢的侧照式反应器。本发明在侧照式光催化反应器的基础上，设计了一个侧面开口的加热套，可以均匀地提供加热及精准控温；另外将测温传感器内置于反应器内，可以更为准确的监测反应体系的温度；设计了一套集成了采样、密封、测温功能的采样器，和一个可选配的冷凝回流装置，解决了带压及高温气体采样的问题。本发明可以满足从常温到较高温度(100℃以上)等不同反应温度的光催化制氢反应要求。

技术领域

本发明属于太阳能光催化分解水制氢领域，具体涉及一种用于研究光热耦合催化分解水 产氢的侧照式反应器。

背景技术

目前，由于众所周知的化石能源逐渐枯竭以及环境污染日益严重等问题，探索开发新型 可再生能源系统势在必行。太阳能由于其总量巨大，分布广泛，环境友好等优势得到了广泛 的关注，但是其存在能量密度低，不连续，分布不均匀等固有缺陷，极大限制了其大规模使 用。而氢气既是一种清洁燃料，又可以作为能量载体，如果和太阳能组成太阳能-氢能系 统，则可以很好地解决太阳能大规模存储和利用的问题。太阳能-氢能系统的一种典型构想 如下：直接利用太阳能分解水制氢氢气，将氢气存储或输运到需要使用的地方，再通过燃料 电池将氢能转化为电能，而燃料电池消耗完氢气的产物即是纯水，可以再次分解制氢，如此 就可以形成一个可持续的能量系统。

自1972年日本学者Fujishima和Honda使用TiO₂光电极进行光解水实验以来，光催化分 解水制氢技术因其温和的反应条件，过程清洁环保，经济性好等优势，得到了研究者的广泛 关注，成为最具前景的太阳能制氢方式之一。为了实现更高的太阳能产氢效率，大批研究工 作者对于半导体光催化剂材料进行了深入地研究，找到了一系列可以高效利用太阳能紫外及 可见光波段光的催化剂材料，如金属氧化物材料、金属硫化物材料、非金属无机化合物材料 等等。上述催化剂能够利用的太阳能的波段一般只能涵盖到紫外光和可见光波段，但是在在 太阳能波长大于700nm的红外光则占了将近50％，这部分光能因为波长较长，光子能量较 低，很难被半导体材料吸收和利用，因而多数情况下被反应液吸收从而转化成热能。而这一 部分能量的输入在早期的光催化研究中并未被研究者重视。而在近年来，有研究者对于提高 反应体系温度后光催化反应的活性进行了一系列研究，大部分研究工作得出的结论是适当提 高温度能提高光催化反应的活性，Liu X,Ye L,Ma Z,etal.Photothermal effect of infrared light to enhance solar catalytic hydrogengeneration[J].Catalysis Communications,2017,102:13-16.,Li Q,Lu G.SignificantEffect of Pressure on the H2Releasing from Photothermal-Catalytic Water SteamSplitting over TiSi2and Pt/TiO2[J].Catalysis letters,2008,125(3-4):376-379.，张骞,周莹, 张钊,et al.表面等离子体光催化材料[J].化学进展,2013(12)。