一种增强吸收型光催化辅助电解水制氢阳极制造技术

本发明专利技术提供了一种增强吸收型光催化辅助电解水制氢阳极，该阳极包括基底层、支柱、顶催化剂部、底催化剂部；顶催化剂部置于支柱的顶部，底催化剂部置于基底层除支柱占据的表面上，支柱的高度大于底催化剂部的厚度。应用时，该阳极用于光催化辅助电解水制氢装置。在阳极处，入射光被限制在由底催化剂部、支柱、顶催化剂部围成的空间，增强了阳极对入射光的吸收，增强了顶催化剂部和底催化剂部与入射光的作用，顶催化剂部和底催化剂部产生更多的光生空穴和光生电子，提高了阳极的氧化活性和析氧能力，从而提高了装置的制氢效率。本发明专利技术具有制氢效率高的优点，在光催化辅助电解水制氢领域具有重要的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种增强吸收型光催化辅助电解水制氢阳极
本专利技术涉及制氢
，具体涉及一种增强吸收型增强光催化辅助电解水制氢阳极。
技术介绍
近年来，全球经济的快速发展导致的能源危机和环境污染是当今社会各个国家都面临的严峻挑战。因为氢能具有高效和清洁的特点，被普遍认为是最适当的能源载体，成为各国能源产业关注的发展方向。相对于通过电解水的方式制氢，研究发现光催化辅助的电解水制氢具有更高的效率。现有光催化辅助电解水制氢研究中，制氢装置的阳极对光的利用不足，光不能与催化剂充分作用，限制了装置制氢效率的提高。
技术实现思路
为解决以上问题，本专利技术提供了一种增强吸收型光催化辅助电解水制氢阳极，该阳极包括：基底层、支柱、顶催化剂部、底催化剂部；支柱周期性地设置在基底层上，顶催化剂部设置在支柱的顶部，底催化剂部设置在基底层除支柱占据的表面上，支柱的高度大于底催化剂部的厚度。更进一步地，支柱为方形。更进一步地，周期为方形周期。更进一步地，顶催化剂部为方形，方形的边长大于支柱的边长。更进一步地，在相邻支柱的中间位置，底催化剂部的厚度大于靠近支柱位置处，底催化剂部的厚度。更进一步地，基底层的材料为镍。更进一步地，支柱的材料为镍。更进一步地，支柱的材料为贵金属。更进一步地，顶催化剂部和底催化剂部的材料为金属氧化物、金属氮化物、金属硫化物。更进一步地，顶催化剂部和底催化剂部的材料不同。本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种增强吸收型光催化辅助电解水制氢阳极，该阳极包括基底层、支柱、顶催化剂部、底催化剂部；顶催化剂部置于支柱的顶部，底催化剂部置于基底层除支柱占据的表面上，支柱的高度大于底催化剂部的厚度。应用时，该阳极用于光催化辅助电解水制氢装置。在阳极处，入射光被限制在由底催化剂部、支柱、顶催化剂部围成的空间，增强了阳极对入射光的吸收，增强了顶催化剂部和底催化剂部与入射光的作用，顶催化剂部和底催化剂部产生更多的光生空穴和光生电子，提高了阳极的氧化活性和析氧能力，从而提高了装置的制氢效率。本专利技术具有制氢效率高的优点，在光催化辅助电解水制氢领域具有重要的应用价值。以下将结合附图对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1是增强吸收型光催化辅助电解水制氢阳极的示意图。图2是又一种增强吸收型光催化辅助电解水制氢阳极的示意图。图3是再一种增强吸收型光催化辅助电解水制氢阳极的示意图。图中：1、基底层；2、支柱；3、顶催化剂部；4、底催化剂部。具体实施方式为进一步阐述本专利技术达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本专利技术的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。实施例1本专利技术提供了一种增强吸收型光催化辅助电解水制氢阳极。如图1所示，该阳极包括基底层1、支柱2、顶催化剂部3、底催化剂部4。支柱2周期性地设置在基底层1上，周期为方形周期。基底层1的材料为镍。支柱2的材料为镍。支柱2为方形。顶催化剂部3设置在支柱2的顶部。底催化剂部4设置在基底层1除支柱2占据的表面上，也就是说在基底层1的表面，除支柱2外都覆盖有底催化剂部4。支柱2的高度大于底催化剂部4的厚度，以形成由顶催化剂部3、支柱2、底催化剂部4构成的空间。顶催化剂部3和底催化剂部4的材料为金属氧化物、金属氮化物、金属硫化物。应用时，该阳极用于光催化辅助电解水制氢装置。在阳极处，在光的照射下，入射光被限制在由底催化剂部4、支柱2、顶催化剂部3围成的空间，增强了阳极对入射光的吸收，增强了顶催化剂部3和底催化剂部4与入射光的作用，顶催化剂部3和底催化剂部4产生更多的光生空穴和光生电子，提高了阳极的氧化活性和催化性能，提升了阳极的析氧能力，从而提高了装置的制氢效率。本专利技术具有制氢效率高的优点，在光催化辅助电解水制氢领域具有重要的应用价值。本专利技术中，支柱2与顶催化剂层3的设置不仅增加了阳极的表面积，增强了阳极与电解液的作用，氧气气泡更容易从阳极脱离，增强了阳极与氧气气泡的脱附能力，而且增强了入射光与阳极的作用，提高了阳极的氧化活性。传统方案是在镍基底上覆盖催化剂层，例如二氧化钛层，二氧化钛层能够实现光催化特性。但是，由于覆盖了镍基底，限制了镍的电解水性能。本方案中，支柱2的材料为镍，支柱2与基底层1接触，保证了基底层1的电解水性能。此外，本专利技术中，能量被限制在由顶催化剂部3、支柱2、底催化剂部4围成的空间，导致阳极吸收更多的光，光也转化为热，提升了阳极的温度，从而提升了阳极的光催化特性，也提升了氧气气泡的脱附能力，这些都有利于提升光催化辅助电解水制氢装置的制氢效率。实施例2在实施例1的基础上，如图2所示，顶催化剂部3为方形，方形的边长大于所述支柱2的边长。也就是说，顶催化剂层3尺寸上突出支柱2，延伸出支柱2的边缘。这样一来，顶催化剂部3对入射光具有更好的聚集作用，将更多能量的光聚集到由顶催化剂部3、支柱2、底催化剂部4围成的区域，提高底催化剂部4、顶催化剂部3、支柱2与光的作用，产生更多的光生空穴和光生电子，增强阳极的氧化活性，提升阳极的析氧能力，最终提升光辅助电解水制氢装置的制氢效率。实施例3在实施例2的基础上，如图3所示，在相邻支柱2的中间位置，底催化剂部4的厚度大于靠近支柱2位置处，底催化剂部4的厚度。也就是说，对于底催化剂部4，靠近支柱2处的厚度小、远离支柱2处的厚度大。这样一来，一方面充分暴露了支柱2，使得基底层1和支柱2的电解水能力得以保证；两一方面减小了顶催化剂部3与底催化剂部4之间的距离，增强了顶催化剂部3与底催化剂部4之间的耦合，将更多的能量聚集在顶催化剂部3与底催化剂部4之间，提升了顶催化剂部3与底催化剂部4的催化能力，产生更多的光生空穴和光生电子，提升阳极的析氧能力，最终提升整个光催化辅助电解水析氢装置的制氢效率。实施例4在实施例3的基础上，支柱2的材料为贵金属，贵金属可以为金、银、铂。由于贵金属层具有良好的表面等离激元共振特性，在入射光的照射下，在贵金属表面聚集很强的电场，这些电场比入射电场强数十倍至数百倍。所以当支柱2的材料为贵金属时，能够在顶催化剂部3的下面形成强电场，这些强电场增强了顶催化剂部3与底催化剂部4的催化能力，从而产生更多的光生空穴与光生电子，从而提升阳极的催化性能。另一方面，贵金属中的表面等离激元共振，也产生了热量，使得阳极的温度升高，进一步提升顶催化剂部3和底催化剂部4的催化特性。同时也提升了基底层1的电解析氢能力，从而最终提升整个光催化辅助电解水装置的制氢效率。优选地，贵金属材料为铂，铂材料不仅能够产生表面等离激元现象，而且本身能够实现光催化，有利于更进一步地提升阳极的催化性能和制氢效率。实施例5在实施例4的基础上，顶催化剂部3和底催化剂部4的材料不同。顶催化剂部3和底催化剂部4选择不同的材料，有利于充分利用入射光在不同波段的能量，以达到充分利用入射光的目的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增强吸收型光催化辅助电解水制氢阳极，其特征在于，包括：基底层、支柱、顶催化剂部、底催化剂部；所述支柱周期性地设置在所述基底层上，所述顶催化剂部设置在所述支柱的顶部，所述底催化剂部设置在所述基底层除所述支柱占据的表面上，所述支柱的高度大于所述底催化剂部的厚度。/n

【技术特征摘要】
1.一种增强吸收型光催化辅助电解水制氢阳极，其特征在于，包括：基底层、支柱、顶催化剂部、底催化剂部；所述支柱周期性地设置在所述基底层上，所述顶催化剂部设置在所述支柱的顶部，所述底催化剂部设置在所述基底层除所述支柱占据的表面上，所述支柱的高度大于所述底催化剂部的厚度。


2.如权利要求1所述的增强吸收型光催化辅助电解水制氢阳极，其特征在于：所述支柱为方形。


3.如权利要求2所述的增强吸收型光催化辅助电解水制氢阳极，其特征在于：所述周期为方形周期。


4.如权利要求3所述的增强吸收型光催化辅助电解水制氢阳极，其特征在于：所述顶催化剂部为方形，所述方形的边长大于所述支柱的边长。


5.如权利要求4所述的增强吸收型光催化辅助电解水制氢阳极，其特征在于：在相邻所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：中山科立特光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44