[发明专利]一种太阳光驱动的电氧联产海水电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种太阳光驱动的电氧联产海水电池及其制备方法，该方法包括：1）采用在太阳光激发下光生电子空穴对的N型半导体作为光阳极材料，用于提供电子和空穴源；2）以配位晶体为主，同时为光生电子和海水中的碱金属离子提供存储位点的阴极材料，在充放电过程中展示出二次电池可逆充放电特性；3）以盐度值至少0.1%的海水溶液作为电解液，用以平衡发电和产氧过程中带来的电极内离子浓度的极化，稳定电氧联产装置的工作环境。当光照发生时，光阳极同时产生电子和空穴，电子通过外电路流向阴极，空穴通过与水反应，生成氧气。本发明以太阳光为能量唯一输入源头，科学原理简易，安全稳定，对环境友好，造价低廉，具有可行的实用性，易于推广。

技术领域

本发明涉及光电转换与能源领域，具体地说，是一种太阳光驱动的电氧联产海水电池及其制备方法。

背景技术

海洋供电问题亟待解决，远大陆的离网供电技术虽然能够解决部分海洋供能问题，但仍有不足，例如耗资较大，维护困难等问题。海洋中蕴含着丰富的资源，这其中还包括各种可再生能源，例如潮汐能，波动能。因此开发这些可再生能源在海洋供能方面的应用具有很重要的研究意义。太阳能作为地球上最为丰富的资源，近年来被广泛研究。然而海洋中对太阳能的利用研究一直较少；这主要是因为现有的太阳能电池材料对海洋高腐蚀性的环境较难耐受，因此未寻找到合适的能够利用海洋太阳能的材料。因此需要开发一种新的装置来实现对海洋中太阳能的利用。此外，当前海洋面临的重要环境问题之一就是海水乏氧。海洋乏氧导致动物、植物死亡，破坏海洋生态，严重影响海洋生物多样性和生物地球化学循环。因为如何解决海洋的供能问题并同时为海洋环境修复提供方案是一个亟待解决的问题。

配位晶体是一类以金属离子或团簇作为节点，有机配体作为骨架，形成的三维周期性多孔骨架材料。配位晶体具有高孔隙率、低密度、大比表面积、孔径可调以及拓扑结构多样性和可裁剪性等优点，因此配位晶体可被用于金属离子（如钾离子、钠离子等）的可逆存储。除此之外，其晶体结构可在客体离子嵌入脱出过程中保持稳定。近年来，配位晶体以普鲁士蓝类配位晶体作为典型代表在锂、钠、钾等离子电池展现出巨大的潜力。因此，配位晶体是一种理想海水发电的阴极材料，为制造具有环保型的电氧联产海水发电装置提供可能。

发明内容

本发明的目的是为了优化海洋环境中持续能源供应以及缺氧水体的修复问题而提出的一种太阳光驱动的电氧联产的海水电池及制备方法。本发明以太阳光为能量唯一输入源头，科学原理简易，安全稳定，对环境充分友好，造价低廉，具有可行的实用性，易于推广。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种太阳光驱动的电氧联产海水电池的制备方法，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：阴极的选取与制备

A1：配位晶体的选取

选取普鲁士蓝类晶体以及具有钠离子存储位点的晶体作为配位晶体，所述普鲁士蓝类晶体的分子通式为A_a M^Ⅰ_b M^Ⅱ_c[M^Ⅲ(CN)₆]_d·nH₂O；其中，A为碱金属元素、氢离子或者铵根离子；M^Ⅰ、M^Ⅱ、M^Ⅲ为相同或不同的过渡金属元素；a、b、c、d为[0，2]内的数值；n为[0,20]内的数值；所述碱金属元素为Li、Na、K、Rb或Cs；所述过渡金属元素为Fe、Co、Ni、Mn、Ti、Zn、Cr、Cu或In；