一种光电化学池制造技术

本发明专利技术提供了一种光电化学池，包括光阴极和光阳极，所述光阴极和光阳极在空间上平行设置，并且所述光阴极和光阳极在与所述光阴极和光阳极所在平面垂直方向上的投影互不重叠。本发明专利技术提供的光电化学池的光阴极和光阳极可同时，并且最大程度的接受垂直太阳光照射，该结构设计的光电化学池的两极可通过涂覆法、印刷等技术制得，工艺简单、具备图案化功能、易于工业化连续生产，且可同时接受光照、无需使用质子膜、可制成柔性器件，对太阳光的利用率较高。本发明专利技术提供的光电化学池可以在光阳极降解有机污染物、在光阴极除去多种重金属离子和进行制氢反应，实现太阳能去污和去除重金属离子、太阳能制氢的双重目的，从而可以解决环境污染和能源危机问题。

A Photochemical Cell

The present invention provides a photochemical cell, including a photocathode and a photocathode, which are arranged parallel in space, and the projections of the photocathode and the photocathode in the vertical direction of the plane where the photocathode and the photocathode are located do not overlap each other. The photocathode and photocathode of the photochemistry cell provided by the invention can receive vertical sunlight at the same time and to the greatest extent. The two poles of the photochemistry cell with the structure design can be prepared by coating method, printing and other technologies. The technology is simple, has patterning function, is easy to be industrialized and continuous production, and can receive light at the same time without using proton film, and can be made into flexible devices. The utilization rate of sunlight is higher. The photochemical cell provided by the invention can degrade organic pollutants in the photocathode, remove various heavy metal ions in the photocathode and conduct hydrogen production reaction, realize the dual purposes of solar energy decontamination and removal of heavy metal ions, and solar energy hydrogen production, thereby solving the problems of environmental pollution and energy crisis.

【技术实现步骤摘要】
一种光电化学池
本专利技术属于光电化学
，具体涉及一种光电化学池及其制备方法。
技术介绍
光电化学池，即通过光电极吸收太阳能并将光能转化为电能。通常选用半导体作为光电极，n型半导体作为光阳极，P型半导体作为光阴极，其基本原理是：半导体吸收大于其带系能量的光能后，其价带的电子被光激发至导带，产生了光生电子-空穴对；电子-空穴对分离后，由于电极表面能带向上弯曲的影响和光生电压的驱动，电子向体相移动，在光生偏压或外加偏压下通过外电路到达对电极，电子到达对电极参与还原反应，而空穴则迁移到光阳极表面参与氧化反应。在这整个过程中，形成回路，产生电流。1972年Fujishima和Honda首次报道了半导体TiO2为光阳极、Pt为光阴极组成的光电化学池，在Pt光阴极上制得氢气。1976年Carey发现了半导体TiO2光阳极在紫外光照射下可以降解各种有机污染物。因此，在光电化学池中，光电极的作用是吸收光能，将光能转化为可以参与化学反应的空穴或电子，在光阳极发生氧化反应、降解有机物，在光阴极发生还原反应、重金属离子被还原、制取氢气，同时解决环境污染和能源危机问题。此外，为了有效阻止光生电子-空穴对的复合，以提高有机物的降解率、重金属离子的沉积率、氢气的制取率，往往需要在光电极施加一定的偏置偏压，将光电子通过外电路驱赶至对电极，实现电子-空穴对的高效分离，从而达到废物降解与生产清洁能源的有机结合。目前，光电化学池通常采用单室或双室的结构，往往需要使用质子交换膜，且光阳极、光阴极处于两面，需要分别制备，工艺复杂，且对太阳光的利用效率低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种光电化学池，本专利技术提供的光电化学池制备方法简单、具备图案化功能、易于工业化连续生产，且可同时接受光照、无需使用质子膜，对太阳光的利用率较高。本专利技术提供了一种光电化学池，包括光阴极和光阳极，所述光阴极和光阳极在空间上平行设置，并且所述光阴极和光阳极在与所述光阴极和光阳极所在平面垂直方向上的投影互不重叠。优选的，所述光阴极和光阳极中的其中一极为一个环形平面电极或由多个环形平面电极串联而成，另一极为设置于所述环形平面电极的内环垂直方向上的投影内的任意位置、且形状为任意形状的一个或多个电极串联而成；或者，所述光阴极和光阳极隔离设置。优选的，所述环形平面选自正三角形环、正方形环或正六边形环，所述由多个环形平面串联而成的极片为由若干个环形平面组合得到的二级形状，所述二级形状选自三角形、梯形、平行四边形、正方形、长方形、十字形或蜂巢型。优选的，所述另一极的单个电极的形状与所述环形平面电极的内环形状一致，且所述另一极的单个电极的面积小于或等于所述环形平面电极的内环面积。优选的，所述光阳极和光阴极中的至少一极为光催化电极，优选的，所述光阳极为光催化电极或者光阳极和光阴极都为光催化电极。优选的，所述光阳极包括光阳极导电基底以及复合于所述光阳极导电基底表面的n型半导体层，所述光阴极包括光阴极导电基底以及复合于所述光阴极导电基底表面的p型半导体层，所述光阳极的极片厚度为0.1μm～50cm，所述n型半导体层的厚度为0.1μm～50cm所述光阴极的极片厚度为0.1μm～50cm，所述p型半导体层的厚度为0.1μm～50cm。优选的，所述光阳极的制备方法为：将含有n型半导体的浆料涂覆或打印于光阳极导电基底表面，干燥后得到光阳极，所述n型半导体选自TiO2，V2O5，WO3，Hematite,CuWO4,BiVO4,SnNb2O6,S2TiO4,α-SnWO4,LaTiO2N,Ta3N5,BaTaO2N,ZnO，FeS2，CdS，CdSe，CdTe，ZnS和GaP中的一种或多种，所述光阳极导电基底选自ITO导电基底、FTO导电基底、钛、铂、不锈钢金属、铝、铜、碳材料中的一种或几种；所述光阴极的制备方法为：将含有p型半导体的浆料涂覆或打印于光阴极导电基底表面，干燥后得到光阴极，所述p型半导体选自TiSi2，所述光阴极导电基底选自选自ITO导电基底、FTO导电基底、钛、铂、不锈钢金属、铝、铜、碳材料中的一种或几种。优选的，所述涂覆的方法选自狭缝涂布或刮涂；所述打印的方法选自喷墨打印、喷涂、凹版印刷、凸版印刷、丝网印刷、转移印刷、笔画法和3D打印中的一种或多种。优选的，还包括可透光的外壳、设置于所述外壳内的电解液以及提供外加电压的电化学工作站，所述光阴极和光阳极设置于所述电解液内，且与所述电解液的流动方向平行，所述外壳设有电解液入口和电解液出口以及气体出口，所述气体出口连接有气体回收装置。优选的，所述电解液选自含有机污染物的有机废水，所述含有机污染物的有机废水选自城市生活污水，食品加工和造纸工业废水，油、气田废水中的一种或多种；所述可透光的外壳选自玻璃、石英玻璃和有机玻璃中的一种或多种，所述有机玻璃的材质选自PE、PET、PP、PI、PC、PMMA、PS、EVA、PBS、PA中的一种或多种。与现有技术相比，本专利技术提供了一种光电化学池，包括光阴极和光阳极，所述光阴极和光阳极在空间上平行设置，并且所述光阴极和光阳极在与所述光阴极和光阳极所在平面垂直方向上的投影互不重叠。本专利技术提供的光电化学池的光阴极和光阳极可同时，并且最大程度的接受垂直太阳光照射，该结构设计的光电化学池的两极可通过涂覆法、印刷技术等技术制得，工艺简单、具备图案化功能、易于工业化连续生产，且可同时接受光照、无需使用质子膜、可制成柔性器件，对太阳光的利用率较高。本专利技术提供的光电化学池可以在光阳极降解有机污染物、在光阴极除去多种重金属离子和进行制氢反应，实现太阳能去污和去除重金属离子、太阳能制氢的双重目的，从而可以解决环境污染和能源危机问题。附图说明图1为本专利技术提供的环形平面电极的单电极的结构示意图；图2为由六个正三角形环组合得到的二级形状为平行四边形的电极结构示意图；图3为由六个正方形环组合得到的二级形状为长方形的电极结构示意图；图4为由七个正六边形环组合得到的二级形状为蜂巢型的电极结构示意图；图5为两电极的另一极的形状结构示意图；图6分别为三种不同结构的光阴极和光阳极组合后的俯视图；图7为本专利技术提供的光电化学池的结构示意图；图8为实施例1提供的光阴极和光阳极复合于透光玻璃外壳内部的一侧的表面上的结构示意图；图9为实施例2提供的光阴极和光阳极复合于透光玻璃外壳内部的一侧的表面上的结构示意拆解图；图10为实施例2提供的光阴极和光阳极复合于透光玻璃外壳内部的一侧的表面上的复合后的结构示意图；图11为光电化学电池在模拟太阳光照且1V电压下其电流密度随时间的变化曲线；图12为有机污染物-菲的去除率随电解时间的变化曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种光电化学池，包括光阴极和光阳极，所述光阴极和光阳极在空间上平行设置，并且所述光阴极和光阳极在与所述光阴极和光阳极所在平面垂直方向上的投影互不重叠。在本专利技术的一些具体实施方式中，所述光阴极和光阳极中的其中一极为一个环形平面电极或由多个环形平面电极串联而成，另一极为设置于所述环形平面电极的内环垂直方向上的投影内的任意位置、且形状为任意形状的一个或多个电极串联而成。其中，两极中至少一个是光催化电极，在本专利技术的一些实施例中，所述光阳极为光催化电极；在本专利技术的另一些实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电化学池，包括光阴极和光阳极，其特征在于，所述光阴极和光阳极在空间上平行设置，并且所述光阴极和光阳极在与所述光阴极和光阳极所在平面垂直方向上的投影互不重叠。

【技术特征摘要】
1.一种光电化学池，包括光阴极和光阳极，其特征在于，所述光阴极和光阳极在空间上平行设置，并且所述光阴极和光阳极在与所述光阴极和光阳极所在平面垂直方向上的投影互不重叠。2.根据权利要求1所述的光电化学池，其特征在于，所述光阴极和光阳极中的其中一极为一个环形平面电极或由多个环形平面电极串联而成，另一极为设置于所述环形平面电极的内环垂直方向上的投影内的任意位置、且形状为任意形状的一个或多个电极串联而成；或者，所述光阴极和光阳极隔离设置。3.根据权利要求2所述的光电化学池，其特征在于，所述环形平面选自正三角形环、正方形环或正六边形环，所述由多个环形平面串联而成的极片为由若干个环形平面组合得到的二级形状，所述二级形状选自三角形、梯形、平行四边形、正方形、长方形、十字形或蜂巢型。4.根据权利要求2所述的光电化学池，其特征在于，所述另一极的单个电极的形状与所述环形平面电极的内环形状一致，且所述另一极的单个电极的面积小于或等于所述环形平面电极的内环面积。5.根据权利要求1所述的光电化学池，其特征在于，所述光阳极和光阴极中的至少一极为光催化电极，优选的，所述光阳极为光催化电极或者光阳极和光阴极都为光催化电极。6.根据权利要求1所述的光电化学池，其特征在于，所述光阳极包括光阳极导电基底以及复合于所述光阳极导电基底表面的n型半导体层，所述光阴极包括光阴极导电基底以及复合于所述光阴极导电基底表面的p型半导体层，所述光阳极的极片厚度为0.1μm～50cm，所述n型半导体层的厚度为0.1μm～50cm所述光阴极的极片厚度为0.1μm～50cm，所述p型半导体层的厚度为0.1μm～50cm。7.根据权利要求1所述的光电化学池，其特征在于，所述光阳极的制备方法为：将含有n...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏兰，陈政，余林颇，胡笛，
申请(专利权)人：宁波诺丁汉大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33