光电催化反应器、光电催化反应装置及光电催化反应系统的制作方法

本实用新型涉及光电催化技术领域，具体而言，涉及一种光电催化反应器、光电催化反应装置及光电催化反应系统。

背景技术：

人工光合作用是利用太阳能将二氧化碳转(CO2)化为其他更有价值的化合物，可减轻由于温室气体过量排放所带来的环境问题，并提高化工生产的经济收益。随着太阳能电池领域的快速发展，以及人们对环境保护的逐渐重视和不断寻求清洁高效的可再生能源利用方式，已经慢慢的将研究中心转向CO2的电催化还原。

电解池是电还原CO2的反应器，其恰当的设计对于表征电极材料、提高转化效率至关重要。目前电解池的电极之间被玻璃片隔开，调节进气量时容易出现倒流，此外，出气口位置较低使得电极材料无法完全被电解质浸润。

技术实现要素：

鉴于此，本实用新型提出了一种光电催化反应器、光电催化反应装置及光电催化反应系统，旨在解决电解池法拉第效率低等问题。

一个方面，本实用新型提出了一种光电催化反应器，该光电催化反应器包括：电解池和电极；其中，电解池的壁面的底部开设有用于向电解池内输送反应物的进口，电解池的壁面的顶部开设有用于将电解池内的气体及反应产物输出的出口；电极设置于电解池内，以电解电解池内的物质；电解池的壁面还开设有至少一个接口，电极与接口的位置相对应。

进一步地，上述光电催化反应器中，进口的位置的高度小于电解池的高度的1/4。

进一步地，上述光电催化反应器中，电解池的壁面还开设有用于使光进入电解池内的光进口。

进一步地，上述光电催化反应器中，电极与光进口的位置相对应，并且，光进口在电极所在的平面上的投影面积大于该电极的面积。

进一步地，上述光电催化反应器中，出口的位置的高度大于电解池的高度的3/4。

进一步地，上述光电催化反应器中，进口连接有进气管，并且，进气管的竖直高度大于电解池内的物质的液面的高度。

进一步地，上述光电催化反应器中，进气管的竖直高度大于电解池的高度的3/4。

进一步地，上述光电催化反应器中，进气管的一端伸入至电解池内，并且，该端的壁面开设有用于使反应物分散进入电解池的通孔。

本实用新型中，电极与接口的位置相对应，从而可在多个光电催化反应器相连通时，提高相邻的两个电解池内的电极的正对面积，从而提高电解池法拉第效率和实验数据精度；同时，电解池的侧壁上还开设有接口，通过接口可以使多个光电催化反应器相连通，从而进行不同的实验研究。

另一方面，本实用新型还提出了一种光电催化反应装置，该光电催化反应装置包括：第一电化学工作站和两个光电催化反应器；其中，两个光电催化反应器的电解池通过各自的接口相连通；两个光电催化反应器的电极分别与第一电化学工作站相连接，其中，两个电极中，一个为第一已知电极，另一个为第一待研究电极。

由于光电催化反应器具有上述效果，所以，具有该光电催化反应器的光电催化反应装置也具有相应的技术效果，同时，两个光电催化反应器通过第一电化学工作站组成电解池系统，可用于研究电极材料的催化性能。

另一方面，本实用新型还提出了一种光电催化反应系统，该光电催化反应系统包括：第二电化学工作站和三个光电催化反应器；其中，三个光电催化反应器的电解池通过各自的接口依次相连通；三个光电催化反应器的电极分别与第二电化学工作站相连接，其中，三个电极中，一个为第二已知电极，一个为参比电极，另一个为第二待研究电极。

由于光电催化反应器具有上述效果，所以，具有该光电催化反应器的光电催化反应系统也具有相应的技术效果，同时，三个光电催化反应器通过第二电化学工作站组成电解池系统，可用于研究电极材料的催化性能，并且，通过参比电极，可以更加精确地控制第二已知电极和第二待研究电极的电极电位。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的光电催化反应器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的光电催化反应装置中，进气管的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的光电催化反应装置的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的光电催化反应系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

光电催化反应器实施例：

参见图1，图中示出了本实施例提供的光电催化反应器的优选结构。如图所示，该反应器包括：电解池1和电极2。其中，电解池1的侧壁的底部开设有进口，通过进口可以向电解池1内输送反应物，例如，如果利用该反应器进行CO2电还原，则可以通过进口向电解池1内输送CO2。电解池1的侧壁的顶部还开设有出口4，通过该出口4可在反应前排出电解池1内滞留的空气，还可在反应过程中及时的排出电解池1内的产物。电解池1的侧壁上还开设有至少一个接口5，通过该接口5可使多个本实施例提供的光电催化反应器相连通，从而进行不同的实验研究。电极2设置在电解池1内，从而电解电解池1内的物质，电极2与接口5的位置相对应，具体地，电极2的位置高度与接口5的位置高度一致，从而可在多个光电催化反应器相连通时，提高相邻的两个电解池1内的电极2的正对面积。电极2与电极引线9的第一端(图1所示的下端)相连接，所述电极引线9的第二端(图1所示的上端)伸出至所述电解池1外。具体实施时，电极2可以采用待研究电极、石墨电极、铂电极、参比电极等。

本实施例中，电极2与接口5的位置相对应，从而可在多个光电催化反应器相连通时，提高相邻的两个电解池1内的电极2的正对面积，从而提高电解池法拉第效率和实验数据精度；同时，电解池1的侧壁上还开设有接口5，通过接口5可以使多个光电催化反应器相连通，从而进行不同的实验研究。

进口的位置的高度小于电解池1的高度的1/4，进口连接有进气管3，进气管3的竖直高度大于电解池1内的电解质溶液的液面的高度，而一般电解池1内的电解质溶液的液面高度小于等于电解池1高度的3/4，所以，出口4的位置的高度大于电解池1的高度的3/4，进气管3的竖直高度也大于电解池1的高度的3/4，这样，可提高电解池1内电解质溶液的液面，保证了电极材料完全被浸润，同时还可保证该出口4在电解质溶液的液面之上，防止了产物气体在电解池1内部的液面上方的空间聚集而导致电解液回流至进口，并可显著降低滞留产物气体对化学平衡的影响。

上述实施例中，进气管3的一端(图1所示的右端)为渐缩式且伸入至电解池1内部，并且，参见图2，该端的壁面开设有呈阵列分布的多个通孔31，单个通孔31的直径小于1mm。通过进气管3端部的通孔31，可以使进气管3输送的CO2进入电解质溶液后以气泡的形式分散，从而提高CO2与电解质溶液的有效接触。

通过对进气口的高度、出气口的高度、进气管3的竖直高度以及进气管3端部的通孔31的设置可进一步提高电解池法拉第效率。

上述实施例中，电解池1的侧壁上还开设有光进口6，光可通过光进口6射入电解池1内，从而在实现CO2的电化学还原研究的同时，还可以进行光电催化CO2还原的研究。具体实施时，光进口6与电极2的位置相对应，即电极2的位置高度与光进口6的位置高度一致；接口5的中心和光进口6的中心均位于电解池1的中心，且光进口6在电极2所在的平面上的投影面积大于该电极2的面积，从而保证光、电充分协同作用。

综上，本实施例中，电极与接口的位置相对应，从而可在多个光电催化反应器相连通时，提高相邻的两个电解池内的电极的正对面积，从而提高电解池法拉第效率和实验数据精度；同时，电解池的侧壁上还开设有接口，通过接口可以使多个光电催化反应器相连通，从而进行不同的实验研究。

光电催化反应装置实施例：

参见图3，图中示出了本实施例提供的光电催化反应装置的优选结构。如图所示，该装置可以包括：第一电化学工作站7和两个光电催化反应器。其中，两个光电催化反应器的电解池1通过各自的接口5相连通，每个电极2通过各自的电极引线9分别与第一电化学工作站7的两个通道相连接。两个光电催化反应器的电极2中，其中一个电极2为第一已知电极21，第一已知电极21的材料可采用石墨电极或铂电极；另一个电极2为第一待研究电极22，第一待研究电极22采用待研究电极材料。两个光电催化反应器通过第一电化学工作站7组成电解池系统，可用于研究电极材料的催化性能。

需要说明的是，光电催化反应器的具体结构参见上述光电催化反应器实施例即可，本实施例在此不再赘述。

由于光电催化反应器具有上述效果，所以，具有该光电催化反应器的光电催化反应装置也具有相应的技术效果，同时，两个光电催化反应器通过第一电化学工作站7组成电解池系统，可用于研究电极材料的催化性能。

光电催化反应系统实施例：

参见图4，图中示出了本实施例提供的光电催化反应系统的优选结构。如图所示，该系统包括：第二电化学工作站8和三个光电催化反应器。其中，三个光电催化反应器的电解池1通过各自的接口5依次相连通，每个电极2通过各自的电极引线9分别与第二电化学工作站8的三个通道相连接。三个光电催化反应器的电极2中，其中一个电极2为第二已知电极23，第二已知电极23的材料可采用石墨电极或铂电极；一个电极2为参比电极24；另一个电极2为第二待研究电极26，第二待研究电极26采用待研究电极材料。三个光电催化反应器通过第二电化学工作站8组成电解池系统，可用于研究电极材料的催化性能。

三个光电催化反应器中，内部设置有参比电极24的光电催化反应器位于内部设置有第二待研究电极25的光电催化反应器和内部设置有第二已知电极23的光电催化反应器之间，通过参比电极24可以更加精确地控制第二已知电极23和第二待研究电极25的电极电位。

需要说明的是，光电催化反应器的具体结构参见上述光电催化反应器实施例即可，本实施例在此不再赘述。

由于光电催化反应器具有上述效果，所以，具有该光电催化反应器的光电催化反应系统也具有相应的技术效果，同时，三个光电催化反应器通过第二电化学工作站8组成电解池系统，可用于研究电极材料的催化性能，并且，通过参比电极24，可以更加精确地控制第二已知电极23和第二待研究电极25的电极电位。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。