本发明专利技术公开了一种光电催化系统，包括：电源、光源、电化学反应单元、光电阳极、阴极和参比电极；电化学反应单元包含阴极室、阳极室，阴极室、阳极室之间通过质子交换膜分隔；光电阳极为蓝色TiO2(B)纳米棒阵列薄膜电极，置于电化学反应单元的阳极室；阴极为铂片电极，置于电化学反应单元的阴极室；参比电极为饱和甘汞电极，置于电化学反应单元的阳极室；的光电阳极连接至电源阳极，阴极连接至电源阴极，电源用于对光电阳极和阴极施加的偏压，光电阳极的一侧设置光源，用于对光电阳极进行照射。还提供了光电催化系统的制备方法和应用。本发明专利技术利用光电催化可直接从海水中生产消毒水及氢能转化为中生产消毒水及氢能，进行了海水资源的高效利用。高效利用。高效利用。
【技术实现步骤摘要】
一种光电催化系统及其制备方法和应用
[0001]本专利技术属于光电催化
，涉及一种光电催化系统及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]目前地球面临着严重的水资源、能源短缺、环境恶化等问题，海水约占地球表面积的71％，储量十分巨大，其中蕴含大量的具有经济价值的化学物质与元素，如Cl、H、O等元素，具有极大地开发潜力。
[0003]近年来，光电催化技术由于其高效稳定、绿色经济、操作控制简便等特点，在环境条件下利用外部偏压与阳光的照射有效地将电荷对分离，为阴极和阳极实现各种光化学转换提供了的理想方法。但如何利用光电催化技术对海水资源或其它蕴含大量的Cl、H、O等元素的水资源进行充分利用，对本领域技术人员提出了技术挑战。
技术实现思路
[0004]针对上述现有技术中的问题，本专利技术的目的在于提供一种光电催化系统及其制备方法和应用。本专利技术利用光电催化可直接从海水中生产消毒水及氢能转化为中生产消毒水及氢能，进行了海水资源的高效利用。
[0005]本专利技术提供的技术方案如下：
[0006]一种光电催化系统，包括：
[0007]电源、光源、电化学反应单元、光电阳极、阴极和参比电极；
[0008]所述电化学反应单元包含阴极室、阳极室，所述阴极室、阳极室之间通过质子交换膜分隔；
[0009]所述光电阳极为蓝色TiO2(B)纳米棒阵列薄膜电极，置于所述电化学反应单元的阳极室；所述阴极为铂片电极，置于所述电化学反应单元的阴极室；所述参比电极为饱和甘汞电极，置于所述电化学反应单元的阳极室；
[0010]所述的光电阳极连接至电源阳极，所述阴极连接至电源阴极，所述电源用于对光电阳极和阴极施加的偏压，所述光电阳极的一侧设置光源，用于对光电阳极进行照射。
[0011]优选的，光电阳极的制备方法为：
[0012]S1、采用微波化学法合成白色TiO2纳米棒阵列薄膜电极；
[0013]先将导电基底清洗干净，称取草酸钛钾，分别加入去离子水和浓盐酸，搅拌后，将此混合溶液转移至微波合成容器中，并将处理好的导电基底的导电面朝下放置于微波合成容器内，在170
‑
210℃下，保持加热60
‑
120min，自然冷却后取出，并冲洗干燥后，最终再于马弗炉中在350
‑
550℃保持100
‑
150min，自然冷却后取出，所得材料即为白色TiO2纳米棒阵列薄膜电极；
[0014]S2、再通过电化学还原法制备蓝色TiO2纳米棒阵列薄膜电极；
[0015]将制备好的白色TiO2纳米棒阵列薄膜电极作阴极连接至电化学工作站，在石英反应容器中，以硫酸钠为电解质溶液，铂片作阳极，饱和甘汞电极作参比电极，用恒电流将其
电化学还原，取出并冲洗再干燥，即获得蓝色TiO2纳米棒阵列薄膜电极。
[0016]进一步的，步骤S1中：
[0017]草酸钛钾的浓度为0.06
‑
0.1M；和/或；
[0018]微波合成容器中控制升温时间为20
‑
40min，温度为170
‑
200℃，保持加热时间为70
‑
100min；和/或；
[0019]通过真空干燥箱在40
‑
80℃下干燥4
‑
8h；和/或；
[0020]于马弗炉中在450℃保持120min。
[0021]进一步的，步骤S2中：
[0022]控制硫酸钠溶液浓度为0.05
‑
0.2M；和/或；
[0023]控制电流强度为0.001
‑
0.006A；和/或；
[0024]控制电化学还原时间为2
‑
5min。
[0025]进一步的，控制所述电源对光电阳极和阴极施加0.2～1.2V的偏压。
[0026]进一步的，所述电化学反应单元采用H型石英反应池。
[0027]本专利技术还提供了一种光电催化系统的制备方法，包括：
[0028]采用微波化学法合成白色TiO2纳米棒阵列薄膜电极；再通过电化学还原法制备蓝色TiO2纳米棒阵列薄膜电极；
[0029]将蓝色TiO2纳米棒阵列薄膜电极作为光电阳极与参比电极分别插入电化学反应单元的阳极室中，将阴极插入电化学反应单元的阴极室中，所述阳极室和阴极室中用于加入待处理的导电溶液，将所述光电阳极连接至电源阳极，将所述阴极连接至电源阴极，所述电源用于对光电阳极和阴极施加偏压，将光源设于所述光电阳极的一侧，用于对光电阳极进行照射。
[0030]本专利技术还提供了一种光电催化系统的应用，用于对海水进行光电催化反应进行回收利用产生消毒水并协同析氢。
[0031]优选的，一种利用前述的光电催化系统对海水进行回收利用的方法，包括：
[0032]在电化学反应单元的阴极室与阳极室内均放置相同体积的海水；将光电阳极、参比电极插入电化学反应单元的阳极室溶液中，将阴极插入电化学反应单元的阴极室溶液中，通过电源在所述的光电阳极与阴极之间施加偏压，通过光源照射光电阳极进行光电催化反应使待处理海水中的氯离子活化，在阳极室获得含次氯酸及氯气的消毒水，并在阴极室获得氢气。
[0033]进一步的，待处理海水的酸碱度为4.0～10.0；通过电源在所述的光电阳极与阴极之间施加0.2～1.2V的偏压。
[0034]通过本优选方案，制备了含次氯酸及氯气的消毒水，氯化消毒是杀死各种病原微生物的，防止水致疾病传播的重要方法，广泛的应用于医院、餐厅、公共场所、生活用水及饮用水等的消毒；其中次氯酸分子量小，易扩散到细菌表面并穿透细胞膜，使细菌死亡，并且次氯酸的杀菌效率是次氯酸根的80倍。此外，氢气作为理想的清洁能源，在电力、工业、热力等领域构建未来低碳综合能源体系已被证明拥有巨大潜力，可为各种关键性的能源挑战提供应对策略。
[0035]本专利技术的有益效果体现在：
[0036](1)本专利技术光电催化系统通过光电催化从海水中提取化学资源，将海水中富含的
Cl、H、O元素作为氯气、次氯酸、氢气等的来源，在半导体光电催化材料表面进行催化反应，生产具有较高浓度有效氯的消毒水以及大量清洁能源氢能，为海水资源化利用提供了一种全新且有效的途径。
[0037](2)本专利技术只需要在光电阳极与阴极之间施加较低的偏压，利用太阳光激发光电阳极的半导体材料进行高效的催化反应，将氯离子活化产生消毒水，将水还原产生氢能，实现了光能的利用与转化，同时将对海水进行资源化利用获得高价值产品。
[0038](3)本专利技术以蓝色TiO2纳米棒阵列薄膜电极作为光电阳极，该材料环保无毒害、比表面积大，光吸收能力强，电荷转移迅速，具有极强的氯离子活化能力，在太阳光的激发下，能够高效稳定的生产消毒水与氢能。
[0039](4)本专利技术可采用由质子交换膜分隔的电化学反应单元，优选为H型石英反应池，能够实现消毒水与氢能的单独收集，避免了产本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光电催化系统，其特征在于，包括：电源、光源、电化学反应单元、光电阳极、阴极和参比电极；所述电化学反应单元包含阴极室、阳极室，所述阴极室、阳极室之间通过质子交换膜分隔；所述光电阳极为蓝色TiO2(B)纳米棒阵列薄膜电极，置于所述电化学反应单元的阳极室；所述阴极为铂片电极，置于所述电化学反应单元的阴极室；所述参比电极为饱和甘汞电极，置于所述电化学反应单元的阳极室；所述的光电阳极连接至电源阳极，所述阴极连接至电源阴极，所述电源用于对光电阳极和阴极施加的偏压，所述光电阳极的一侧设置光源，用于对光电阳极进行照射。2.根据权利要求1所述的光电催化系统，其特征在于，光电阳极的制备方法为：S1、采用微波化学法合成白色TiO2纳米棒阵列薄膜电极；先将导电基底清洗干净，称取草酸钛钾，分别加入去离子水和浓盐酸，搅拌后，将此混合溶液转移至微波合成容器中，并将处理好的导电基底的导电面朝下放置于微波合成容器内，在170
‑
210℃下，保持加热60
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120min，自然冷却后取出，并冲洗干燥后，最终再于马弗炉中在350
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550℃保持100
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150min，自然冷却后取出，所得材料即为白色TiO2纳米棒阵列薄膜电极；S2、再通过电化学还原法制备蓝色TiO2纳米棒阵列薄膜电极；将制备好的白色TiO2纳米棒阵列薄膜电极作阴极连接至电化学工作站，在石英反应容器中，以硫酸钠为电解质溶液，铂片作阳极，饱和甘汞电极作参比电极，用恒电流将其电化学还原，取出并冲洗再干燥，即获得蓝色TiO2纳米棒阵列薄膜电极。3.根据权利要求2所述的光电催化系统，其特征在于，步骤S1中：草酸钛钾的浓度为0.06
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0.1M；和/或；微波合成容器中控制升温时间为20
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40min，温度为170
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200℃，保持加热时间为70
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100min；和/或；通过真空干燥箱在40
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【专利技术属性】
技术研发人员：李贵生，吴家宝，陶英，张弛，尚欢，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：
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