專利名稱：制氫反應器及系統(tǒng)和集氣方法、光氫能轉化效率測量系統(tǒng)及光氫能/光電轉化效率測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制氫反應器，其適于通過光電化學制氫反應分解水來制 氫。本發(fā)明還涉及一種制氫反應系統(tǒng)、光氫能轉化效率在線測量方法、光氫能 轉化效率在線測量系統(tǒng)、光電轉化效率在線測量方法和分開收集光電化學制氬 反應器中生成的氫氣和氧氣的方法。
背景技術：
目前利用太陽光分解水制備氬從而獲得清潔燃料的主要方法有(1 )光 電化學法(Photoelectrochemical Cell, PEC),通過光半導體材料吸收光能 產(chǎn)生電子-空穴對，分別在兩電極分解水；(2)半導體光催化法；(3)均相 光助絡合法，利用金屬配合物組成的氧化還原系統(tǒng)吸收光分解水。在這些方法 中，光電化學制氫是目前公認的比較有前途的一種方法。光電化學制氬系統(tǒng)是 將半導體材料作為光陽極(簡稱陽極)(工作電極)，以貴金屬或貴金屬氧
化物等材料作為陰極(對電極)組成的電化學系統(tǒng)。陰極和陽極之間用質子交 換膜(PEM)隔開。光在陽極上被吸收，然后電子在陽極材料內由價帶躍遷到 導帶，最后被轉移到陰極，最后陰極附近的質子被轉移過來的電子所還原生成 氫氣。
仍然需要開發(fā)一種能夠在線測試光氫能轉化效率的方法，以更好地控制光 氫能轉化過程。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種在線測量光氫能轉化效率的方法，其能 夠用于控制光氫能轉化過程。
通過深入細致的研究，本發(fā)明的發(fā)明人設計了一種光電化學制氫反應器， 該反應器適于在線測試光氫能轉化效率，從而能夠為光電化學制氫提供可靠有效的技術參數(shù)，從而使得能夠實現(xiàn)對光電化學制氫的有效控制。
從而，本發(fā)明的第一個方面，提供了一種光電化學制氫反應器，其包括 用于容納電解質溶液的密封的反應容器 ；
至少一部分由質子交換膜構成的隔板，其位于反應容器內并且用于將反應 容器分成用于生成氧氣的第一反應室和用于生成氫氣的第二反應室； 參比電極，其位于第一反應室內； 其特征在于，所述反應器還包括 與第 一反應室相連的第 一 電解質溶液注入口 ； 與第二反應室相連的第二電解質溶液注入口；
位于第一反應室中的至少一個第 一固定裝置(優(yōu)選卡槽)，用于固定陽極； 位于第二反應室中的至少一個第二固定裝置(優(yōu)選卡槽)，用于固定陰極； 與第一反應室連接的第一儲氣裝置；和 與第二反應室連接的第二儲氣裝置。
本發(fā)明的第二個方面，提供了一種光氫能轉化效率在線測量系統(tǒng)，該系統(tǒng) 包括
光強測試裝置，用于測量照射到由前述第一個方面的光電化學制氫反應器 的所述至少 一 個第 一 固定裝置固定的陽極上的光的強度；
氣相色譜，其與第一或第二儲氣裝置相連，用于在線分析儲氣裝置中氫氣 或氧氣的量；和測壓計，其與第一或第二儲氣裝置相連，用于測量整個體系的壓強。 本發(fā)明的第三個方面，提供了一種光氫能轉化效率在線測量方法，其特征
在于，該方法包括
測量照射到由前述第一個方面的光電化學制氫反應器的所述至少一個第
一固定裝置固定的陽極上的光的強度，并由此計算整個測量時間內照射在陽極
上的光子的摩爾數(shù)；
單獨收集由光電化學制氫反應器產(chǎn)生的氫氣；
利用氣相色譜在線分析在所述測量時間內收集的氬氣的量；
根據(jù)如下公式計算光氫能轉化效率r|尸2Mh2/M沖。
式中，m為光氫能轉化效率，MH2為由所述測量時間內產(chǎn)生氫氣的摩爾數(shù),
Mph。為所述測量時間內照射在所述陽極上的光子的摩爾數(shù)。
本發(fā)明的第四個方面，提供了一種光電轉化效率在線測量方法，其特征在 于，該方法包括
測量某段測量時間內照射到由前述第一個方面的光電化學制氫反應器的 所述至少一個第一固定裝置固定的陽極上的光子的摩爾數(shù)； 測量在所述測量時間內流過外電路的電子的摩爾數(shù)； 根據(jù)如下公式計算光電轉化效率 r| 2= Me/Mph。
式中，ri2為光電轉化效率，Ms為所述測量時間內流過外電路的電子的摩 爾數(shù)，M一為所述測量時間內照射在所述陽極上的光子的摩爾數(shù)。
本發(fā)明的第五個方面，提供了一種光電化學制氫系統(tǒng)，其包括前述第一個 方面的光電化學制氫反應器和第二個方面的光氬能轉化效率在線測量系統(tǒng)。
本發(fā)明的第六個方面，提供了一種分開收集光電化學制氫反應器中生成的 氫氣和氧氣的方法，該方法包括
對前述第一個方面的光電化學制氫反應器進行抽真空處理，以隔絕空氣；
利用抽真空形成的負壓向反應器中注入電解質溶液；
對由前述第一個方面的光電化學制氫反應器的所述至少一個第一固定裝 置固定的陽極進行光照進行光電化學制氫反應以將水分解成氫氣和氧氣；和
將氧氣和氬氣分別收集到第一儲氣裝置和第二儲氣裝置中。
本發(fā)明中，反應器內產(chǎn)生的氧氣和氫氣可進行分開收集，這樣保證了所收 集氫氣與氧氣的純度，并且可通過氣相色譜來在線分析產(chǎn)生的氫氣與氧氣的 量，在此基礎上可測試體系的光電化學制氫轉化效率


圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的光電化學制氫系統(tǒng)的示意圖。 圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的光電化學制氫反應器的示意圖。 圖3為根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的氫氣儲氣裝置的示意圖。
具體實施例方式
除非另外指明，本發(fā)明中
術語"光氫能轉化效率"是指在光電化學制氫中光能轉化為氫能的效率， 如果是單色光的轉化效率，也叫做量子效率rh。
術語"光電轉化效率"是指光電化學制氫中，光能轉化為電能的效率1！
術語"質子交換膜，，是指只允許質子通過的有機聚合物薄膜。 術語"電化學工作站"是指可對陽極材料進行電化學分析的儀器，也可 作為外加電源^吏用。
術語"析氫反應"是指在陰極電子還原質子產(chǎn)生氫氣的反應。
術語"析氧反應"是指在陽極，水分子或氫氧根離子被氧化為氧氣的反應。
術語"陽極薄膜材料"是指在電解質溶液中，經(jīng)光照可析出氧氣的半導 體薄膜材料。
術語"陰極薄膜材料"是指在光電化學制氫反應中，可析出氫氣的薄膜 材料。
本發(fā)明提供了一種光電化學制氫反應器，其包括 用于容納電解質溶液的密封的反應容器；
至少一部分由質子交換膜構成的隔板，其位于反應容器內并且用于將反應 容器分成彼此不透氣的用于生成氧氣的第一反應室和用于生成氫氣的第二反 應室；
參比電極，其位于第一反應室內； 其特征在于，所述反應器還包括 與第一反應室相連的第一電解質溶液注入口； 與第二反應室相連的第二電解質溶液注入口 ； 位于第一反應室中的至少一個第一固定裝置，用于固定陽極； 位于第二反應室中的至少一個第二固定裝置，用于固定陰極； 與第一反應室連接的第一儲氣裝置；和與第二反應室連接的第二儲氣裝置。
根據(jù)某些優(yōu)選的實施方案，所述第一和第二電解質溶液注入口位于所述反 應容器的底部。
根據(jù)某些優(yōu)選的實施方案，所述第一固定裝置和第二固定裝置中至少之一 為卡槽，更優(yōu)選都為卡槽。
根據(jù)某些優(yōu)選的實施方案，所述第 一儲氣裝置和第二儲氣裝置中至少 一個 為管狀，更優(yōu)選都為儲氣管形式。
根據(jù)某些優(yōu)選的實施方案，在本發(fā)明反應器中，在第一反應室中進行析氧 反應，在第二反應室中進行析氫反應，兩個室中間用質子交換膜(PEM)隔開。 在兩個反應室的底面分別設置有卡槽，由陽極薄膜材料制成的陽極和由陰極薄 膜材料制成的陰極可分別插在卡槽中，這樣更有利于陽極和陰極的更換。連接 陽極和陰極的導線分別通過中間穿孔的橡膠塞連到外面。第一和第二反應室通 過塑料真空管分別與第一和第二儲氣管相連( 一個儲存氫氣， 一個儲存氧氣)。 另外在兩個室的底部分別設置一個電解質溶液注入口 ，兩個電解質溶液注入口 分別通過吸液管與電解質溶液儲罐連接，在反應器負壓情況下電解質溶液可通 過吸液管直接吸入兩個反應室內。這樣既保證了電解質溶液內盡可能沒有氧氣 分子的存在又保證了整個反應器系統(tǒng)內沒有氧氣分子的存在。儲氣管在本發(fā)明 中起到臨時儲存氣體的作用，這樣可為而后進行的氣體分析做準備，儲氣管共 有五個接口，分別和反應器、機械真空泵、氣相色譜、氬氣瓶、以及圓底燒瓶 相連。經(jīng)機械真空泵抽真空后可將氬氣通入其中作為保護氣體。并且在反應器 中生成的氣體首先在儲存管中被儲存起來，然后通過氣相色譜來分析氣體的成 分以及摩爾數(shù)，進而為計算光轉化效率提供實驗數(shù)據(jù)。為了保證電解質溶液內
盡可能沒有氧氣分子的存在，可以通過如下方式實現(xiàn)向電解質溶液中不斷沖 入氬氣，利用氬氣將電解質溶液中的氧氣分子沖出，然后由機械泵抽取真空， 而后充入一定量的氬氣作為保護氣體，最后將電解質溶液直接導入反應器中。 在本發(fā)明的反應器內，氬氣和氧氣可分開進行收集。在反應器的兩個室內 分別安裝有卡槽，在反應室的底部分別有一個電解質溶液注入口，在反應室的 上部分別有一個氣體出口，所述出口分別與一個儲氣管連接。使用時，將陽極 與陰極材料分別插在反應器兩側的卡槽內并將反應器用蓋子封好，然后對反應器抽取真空后注入電解質溶液(在吸管接口位置注入)，將已知光強的光從左 邊照射到陽極材料上，并記錄下此時陽極材料的受光面積，然后對產(chǎn)生的氫氣 與氧氣進行收集。
根據(jù)某些實施方案，本發(fā)明光電化學制氫反應器還包括由所述至少一個第 一固定裝置固定的陽極和由所述至少一個第二固定裝置固定的陰極。
本發(fā)明還提供了 一種光氫能轉化效率在線測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括
光強測試裝置，用于測量照射到由前述第 一個方面的光電化學制氫反應器
的所述至少一個第一固定裝置固定的陽極上的光的強度；
氣相色譜，其與第一或第二儲氣裝置相連，用于在線分析儲氣裝置中氬氣 或氧氣的量；和
測壓計，其與第一或第二儲氣裝置相連，用于測量整個體系的壓強。 根據(jù)某些優(yōu)選的實施方案，本發(fā)明光氫能轉化效率在線測量系統(tǒng)還包括為
光電化學制氫提供外加偏電壓的電源。例如電化學工作站，用于提供加偏壓并
記錄流過外電路的電流大小。
本發(fā)明還提供了一種光氫能轉化效率在線測量方法，其特征在于，該方法
包括
測量照射到由前述第一個方面的光電化學制氫反應器的所述至少一個第 一固定裝置固定的陽極上的光的強度，并由此計算整個測量時間內照射在陽極 上的光子的摩爾數(shù)；
單獨收集由光電化學制氫反應器產(chǎn)生的氫氣；
利用氣相色譜在線分析在所述測量時間內收集的氫氣的量；
根據(jù)如下公式計算光氫能轉化效率
ri產(chǎn)2MH2/Mph。
式中，rh為光氫能轉化效率，MH2為由所述測量時間內產(chǎn)生氫氣的摩爾數(shù) (例如，可由圖1中的氣相色譜21測得)，Mph。為所述測量時間內照射在陽極 上的光子的摩爾數(shù)(例如，可由圖1中的測量光強的照度計15測得)。
本發(fā)明還提供了一種光電轉化效率在線測量方法，其特征在于，該方法包
括
測量某段測量時間內照射到由前述第一個方面的光電化學制氫反應器的所述至少一個第一固定裝置固定的陽極上的光子的摩爾數(shù)； 測量在所述測量時間內流過外電路的電子的摩爾數(shù)； 根據(jù)如下公式計算光電轉化效率 ri 2= Me/Mph。
式中，ri2為光電轉化效率，M。為流過外電路的測量時間內電子的摩爾數(shù) (例如，由通過圖1中的恒電位儀9測得的外電流的大小獲得)，M一為測量 時間內照射在所述陽極上的光子的摩爾數(shù)(例如，由圖1中的測量光強的照度 計15測得)。
根據(jù)某些優(yōu)選的實施方案，本發(fā)明光電轉化效率在線測量方法中，所述光 子的摩爾數(shù)是通過照度計測得的。
根據(jù)某些優(yōu)選的實施方案，本發(fā)明光電轉化效率在線測量方法中，所述流 過外電路的電子的摩爾數(shù)是通過測量流過外電路的電流大小計算得出的。
本發(fā)明還提供了 一種光電化學制氫系統(tǒng)，其包括前述光電化學制氫反應器 和前述光氫能轉化效率在線測量系統(tǒng)。
根據(jù)某些優(yōu)選的實施方案，本發(fā)明光電化學制氫系統(tǒng)包括 一個光電化學 制氫反應器(其帶有兩個儲氣管)， 一臺氙燈， 一臺電化學工作站、 一臺照度 計、 一臺氣相色譜儀、 一臺真空機械泵、 一臺壓力表，以及幾個作為連接用的 塑料真空管和銅管等設備。
根據(jù)某些優(yōu)選的實施方案，本發(fā)明光電化學制氫系統(tǒng)中氣相色譜的六通閥 通過毛細銅管分別與兩個儲氣管、載氣瓶、以及分析柱相連，通過閥門控制， 對儲氣管里的氣體進行成分分析。壓力表可以精確的測量系統(tǒng)內的壓強，通過 壓力表和氣相色譜兩者的結合，再利用理想氣體標準方程可計算出儲氣管里的 總氣體量，然后根據(jù)反應時間便可以精確的計算出氣體的生成速率，為進一步 計算光電化學制氳效率提供實驗依據(jù)。
本發(fā)明還提供了一種分開收集光電化學制氫反應器中生成的氫氣和氧氣 的方法，該方法包括
對前述光電化學制氫反應器進行抽真空處理，以隔絕空氣；
利用抽真空形成的負壓向反應器中注入電解質溶液；
對由前述第一個方面的光電化學制氫反應器的所述至少一個第一固定裝置固定的陽極進行光照進行光電化學制氫反應以將水分解成氫氣和氧氣；和 將氧氣和氬氣分別收集到所述第一儲氣裝置和所述第二儲氣裝置中。 根據(jù)某些優(yōu)選的實施方案，本發(fā)明分開收集光電化學制氫反應器中生成的
氫氣和氧氣的方法中，借助于抽真空，電解質溶液通過分別位于第一反應室和
第二反應室底部的第 一 電解質溶液注入口和第二電解質溶液注入口抽入反應器。
圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的光電化學制氬系統(tǒng)的示意圖。
如圖1中所示，陽極材料與陰極材料分別放入反應器13中的陽極位置11 與陰極位置12,參比電極插入?yún)⒈入姌O插口 10中，反應器13通過軟管分別 通過閥門4與第一玻璃儲氣管7 (用于儲存氧氣)和第二玻璃儲氣管8 (用于 儲存氫氣)連接。兩個儲氣管7、 8通過閥門1與2分別與氬(氫)氣瓶17 和真空泵16相連接，儲氣管7、 8的閥門3與體積已知的燒瓶(圖中未示出) 連接，儲氣管7、 8分別通過閥門5和銅管與氣相色譜21相連。載氣瓶20和 色譜柱19分別連接在氣相色傳21上。氙燈14位于反應器13的一側并用于照 射反應器13。照度計15位于氛燈14和反應器13之間，用于測量光強。氣相 色譜21通過壓力表18與真空泵16相連，在壓力表18與真空泵16之間設置 閥門6。插入?yún)⒈入姌O插口 10中的參比電極、位于陽極位置11的陽極、位于 陰極位置12的陰極分別與恒電位儀9電連接。
圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的光電化學制氫反應器的示意圖。 圖2中，陽極材料插入卡槽24 (作為第一固定裝置)中，陰極材料插入 卡槽25 (作為第二固定裝置)中，圖1中恒電位儀9 (作為電化學工作站)的 導線分別通過第一導線入口 22和第二導線入口 23與陽極材料和陰極材料相 連，參比電極插入位于反應器13的上蓋28中的參比電極插口 10中。通過軟 管將氣體出口 29分別與儲氣管相連。工作時，電解質溶液通過第一電解質溶 液注入口 26和第二電解質溶液注入口 32倒吸入反應器13中。質子交換膜27 將反應室隔為兩部分(即第一反應室30和第二反應室31)。
圖3為根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的氫氣儲氣裝置(儲氣管8)的示意圖。 圖3所示的儲氣管8包括儲氣用的管體和5個出口，儲氣管8通過岡門5、 4、 3、 2、 l分別與氣相色譜、反應器、圓底燒瓶、真空泵和氬氣罐相連。反應器內產(chǎn)生的氫氣與氧氣可分別收集在儲氣管內，然后通過定時開關連接氣相色譜 的閥門來對儲氣管8內的氫氣進行定量分析。用于儲存氧氣的儲氣裝置(儲氣 管7)可以采取與上述相同的構造。
下面，結合附圖，描述本發(fā)明的一個優(yōu)選的技術方案
如圖1,首先通過機械泵對整個體系抽取真空，然后關閉與機械泵連接的
所有閥門，使整個系統(tǒng)處于真空狀態(tài)。然后利用氬(氫)氣瓶17,通過儲氣
管的閥門1向體系內充入一定量的氫氣，充完氬氣后關閉閥門l,并記下此時
壓力表18的讀數(shù)，并同時關閉閥門3 (事先在閥門3的下面連接一個體積已 知的燒瓶)，而后再對整個系統(tǒng)抽取真空，抽完真空后關閉閥門2,并打開閥 門3，使燒瓶內儲存的氫氣充滿在整個體系內，然后記錄下此時的壓力表18 讀數(shù)，利用理想氣體的德布羅意方程式(PJ產(chǎn)P2VJ便可得到任意一個儲氣管 的體積。
將氬(氫)氣瓶17換作商用的氫氣與氬氣按一定比例混合的氣體瓶，在 將整個系統(tǒng)抽取真空以后將混合氣體充入氬氣儲氣管內，關閉閥門，記下此時 壓力表的讀數(shù)，然后用連接在系統(tǒng)內的氣相色譜對混合中的氫氣進行分析，記 下此時氫氣峰的積分面積，然后利用理想氣體方程(PV-nRT)計算此時氣相色 譜內的螺旋管內的氬氣的摩爾數(shù)，然后標記在以氪氣峰的積分面積為橫坐標， 氫氣的物摩爾數(shù)為縱坐標的坐標系中，通過多次向體系內充入不同摩爾數(shù)的混 合氣體來獲取坐標系內的一系列點，將所有點連接在一起便組成了一條標準曲 線。
將陽極材料和陰極材料分別放入反應器13的卡槽24和卡槽25內，并將 參比電極固定在參比電極插口 10上，然后將兩電極和參比電極分別連接在電 化學工作站的工作電極、輔助電極和參比電極上，最后將整個反應器密封好， 保證反應器具有較好的氣密性。
打開氙燈，并分別將氙燈調節(jié)到不同的強度對陽極進行照射，然后通過電 化學化學工作站來測試陽極材料的I-V曲線等等一系列測試結果。而后關閉氛 燈，利用電化學工作站測試陽極材料的微分電容曲線，利用微分電容曲線可分 析陽極材料的平帶電位和摻雜濃度等。
將閥門1、 2、 3、 4、 5全部打開，啟動機械泵對整個體系抽取真空，然后關閉閥門2、 3、 5,同時打開閥門2，并打開氬氣瓶閥門向整個體系中通入一 定量氬氣作為保護氣體，完畢后關閉閥門2。最后打開氙燈，將氙燈調節(jié)到一 定光強，對準陽極，對陽極進行照射，同時記錄下此時照度計的數(shù)值和陽極的 受光面積。等穩(wěn)定后記錄電化學工作站的電流大小(1)。
反應一段時間以后關閉閥門6(機械泵始終開啟)，記下此時反應進行時 間(T),并打開閥門5,等壓力表數(shù)值穩(wěn)定后關閉閥門5,然后用氣相色譜對 充進色譜螺旋管內的氫氣進行分析，分析完畢后對照標準曲線來計算此反應時 間產(chǎn)氫量的多少，并同時計算出產(chǎn)氫速率。對產(chǎn)氧速率也進行同樣的過程。
測試完畢后，利用已記錄的數(shù)據(jù)對光電、光氫轉化效率進行計算。
根據(jù)如下公式計算光氫能轉化效率
r|產(chǎn)2MH2/Mph。
式中，m為光氫能轉化效率，MH2為由測量時間內產(chǎn)生氫氣的摩爾數(shù)(例 如，可由圖1中的氣相色譜21測得)，Mph。為所述測量時間內照射在反應器中 陽極上的光子的摩爾數(shù)(例如，可由圖1中的測量光強的照度計15測得)。
同時利用如下公式也可計算光電轉化效率
r) 2= Me/Mph0
式中，rh為光電轉化效率，M為測量時間內流過外電路的電子的摩爾數(shù) (例如，由通過圖1中的恒電位儀9測得的外電流的大小獲得)，Mph。為測量 時間內照射在光電化學制氫陽極上的光子的摩爾數(shù)(例如，由圖1中的測量光 強的照度計15測得)。
通過本發(fā)明中所設計出的光電化學制氫反應器和系統(tǒng)，既可以保證電解質溶液 中最大可能地排出氧氣分子，從而最大可能地消除氧氣分子對產(chǎn)氫效率的影 響。此外，本發(fā)明中，反應器內產(chǎn)生的氧氣和氫氣可進行分開收集，這樣保證 了所收集氫氣與氧氣的純度，并且可通過氣相色譜來在線分析產(chǎn)生的氫氣與氧 氣的量，在此基礎上可在線測試整個光電化學制氫系統(tǒng)的光電化學制氫轉化效 率，從而實現(xiàn)光電反應的可控操作，并且可為進一步研發(fā)出性能更優(yōu)的電極材 料以及電解質溶液提供直接的實驗依據(jù)。并且在本系統(tǒng)中，反應器內的陽極材 料和陰極材料的更換更加便捷，這樣更有利于對新研制出的電極材料進行更加 快捷的性能和效率測試。
權利要求
1、一種光電化學制氫反應器，其包括用于容納電解質溶液的密封的反應容器；至少一部分由質子交換膜構成的隔板，其位于反應容器內并且用于將反應容器分成彼此不透氣的用于生成氧氣的第一反應室和用于生成氫氣的第二反應室；參比電極，其位于第一反應室內；其特征在于，所述反應器還包括與第一反應室相連的第一電解質溶液注入口；與第二反應室相連的第二電解質溶液注入口；位于第一反應室中的至少一個第一固定裝置，用于固定陽極；位于第二反應室中的至少一個第二固定裝置，用于固定陰極；與第一反應室連接的第一儲氣裝置；和與第二反應室連接的第二儲氣裝置。
2、 根據(jù)權利要求1所述的反應器，其特征在于所述第一和第二電解質 溶液注入口位于所述反應容器的底部。
3、 根據(jù)權利要求1所述的反應器，其特征在于所述第一儲氣裝置和第 二儲氣裝置中至少一個為管狀。
4、 根據(jù)權利要求1所述的反應器，其特征在于所述第一固定裝置和第 二固定裝置為卡槽。
5、 一種光氬能轉化效率在線測量系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括 光強測試裝置，用于測量照射到由前述權利要求1-4中任一權利要求所述的光電化學制氫反應器的所述至少一個第一固定裝置固定的陽極上的光的強 度；氣相色譜，其與第一或第二儲氣裝置相連，用于在線分析儲氣裝置中氫氣 或氧氣的量；和測壓計，其與第一或第二儲氣裝置相連，用于測量整個體系的壓強。
6、 根據(jù)權利要求5所述的光氫能轉化效率在線測量系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括為光電化學制氪提供外加偏電壓的電源。
7、 一種光氫能轉化效率在線測量方法，其特征在于，所述方法包括 測量照射到由前述權利要求1-4中任一項的光電化學制氫反應器的所述至少一個第一固定裝置固定的陽極上的光的強度，并由此計算整個測量時間內 照射在陽極上的光子的摩爾數(shù)；單獨收集由光電化學制氫反應器產(chǎn)生的氫氣；利用氣相色譜在線分析在所述測量時間內收集的氫氣的量；根據(jù)如下公式計算光氫能轉化效率<formula>formula see original document page 3</formula>式中，ill為光氫能轉化效率，MH2為由所述測量時間內產(chǎn)生氫氣的摩爾 數(shù)，Mpho為所述測量時間內照射在所述陽極上的光子的摩爾數(shù)。
8、 一種光電轉化效率在線測量方法，其特征在于，所述方法包括 測量某段測量時間內照射到由前述權利要求1-4中任一項的光電化學制氫反應器的所述至少一個第一固定裝置固定的陽極上的光子的摩爾數(shù)； 測量在所述測量時間內流過外電路的電子的摩爾數(shù)； 根據(jù)如下公式計算光電轉化效率 <formula>formula see original document page 3</formula>式中，i!2為光電轉化效率，Me為所述測量時間內流過外電路的電子的摩 爾數(shù)，Mpho為所述測量時間內照射在所述陽極上的光子的摩爾數(shù)。
9、 根據(jù)權利要求8所述的光電轉化效率在線測量方法，其特征在于所 述光子的摩爾數(shù)是通過照度計測得的。
10、 根據(jù)權利要求8的所述光電轉化效率在線測量方法，其特征在于所 述流過外電路的電子的摩爾數(shù)是通過測量流過外電路的電流大小計算得出的。
11、 一種光電化學制氫系統(tǒng)，其包括前述權利要求1-4中任一權利要求所 述的光電化學制氬反應器和權利要求5-6中任一權利要求所述的光氫能轉化 效率在線測量系統(tǒng)。
12、 一種分開收集光電化學制氫反應器中生成的氫氣和氧氣的方法，所述方法包括對前述權利要求1-4中任一權利要求所述的光電化學制氫反應器進行抽 真空處理，以隔絕空氣；利用抽真空形成的負壓向反應器中注入電解質溶液；對由前述第一個方面的光電化學制氫反應器的所述至少一個第一固定裝 置固定的陽極進行光照進行光電化學制氫反應以將水分解成氳氣和氧氣；和將氧氣和氫氣分別收集到第 一儲氣裝置和第二儲氣裝置中。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光電化學制氫反應器，其包括密封的反應容器，用于容納電解質溶液；至少一部分由質子交換膜構成的隔板，其位于反應容器內并且用于將反應容器分成彼此不透氣的用于生成氧氣的第一反應室和用于生成氫氣的第二反應室；參比電極，其位于第一反應室內；其特征在于，所述反應器還包括與第一反應室相連的第一電解質溶液注入口；與第二反應室相連的第二電解質溶液注入口；位于第一反應室中的至少一個第一固定裝置，用于固定陽極；位于第二反應室中的至少一個第二固定裝置，用于固定陰極；與第一反應室連接的第一儲氣裝置；和與第二反應室連接的第二儲氣裝置。還提供了光電化學制氫系統(tǒng)和氣體收集方法、光氫能轉化效率測量系統(tǒng)、光氫能/光電轉化效率測量方法。
文檔編號C25B15/08GK101586245SQ20091013625
公開日2009年11月25日 申請日期2009年5月4日 優(yōu)先權日2009年5月4日
發(fā)明者偉 趙, 鄭善亮 申請人:新奧科技發(fā)展有限公司