專利名稱：一種光電催化電解水的方法和裝置及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明具體涉及一種可高效節(jié)能地電解水并生成弱堿性水和酸性水的光電催化 電解水方法和裝置及其應(yīng)用。該弱堿性水可以飲用，還原身體中自由基，平衡現(xiàn)代人的酸性 體質(zhì)，有助于人體健康；該酸性水可以用于洗滌蔬菜水果或餐具，起到消毒殺菌的作用，也 可以用作化妝水使用，起到消毒殺菌和收斂皮膚的作用。屬于光輻射應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
國際上最新飲用水的健康標(biāo)準包括(1)不含有害人體健康的物理性、化學(xué)性和 生物性污染；(2)含有適量的有益于人體健康，并呈離子狀態(tài)的礦物質(zhì)(鉀、鎂、鈣等含量在 100mg/L) ； (3)水的分子團小，溶解力和滲透力強；(4)應(yīng)呈現(xiàn)弱堿性(PH值為8 9) ； (5) 水中含有溶解氧(6mg/L左右)，含有碳酸根離子；(6)可以迅速、有效的清除體內(nèi)的酸性代 謝產(chǎn)物和各種有害物質(zhì)；(7)水的硬度適度，介于50 200mg/L(以碳酸鈣計)。為了滿足以上健康飲用水要求，研究人員相繼提出了各種技術(shù)途徑來實現(xiàn)，如各 種膜分離技術(shù)獲得的純凈水；添加各種礦物質(zhì)的礦泉水；通過生物頻譜處理的活化水；通 過電解作用的電解水等。其中，在以往的電解水技術(shù)中，主要是以分離膜為媒介在水中施以直流電壓，利用 電解板使水分解，既而分離出堿性水與酸性水。即在陰極板處氫離子(H+)得到外加電壓負 極輸入的電子發(fā)生反應(yīng)生成氫氣，在陽極板處氫氧離子(0H_)失去電子進入外加電壓的正 極，發(fā)生反應(yīng)生成氧氣。由于水中的鈣、鎂、鈉、鉀等礦物質(zhì)多聚集在陰極，氫氧離子(0H_)增 加而成為堿性水，也稱為還原水；氧、硫酸、硫黃等則被引致陽極，增加氫離子(H+)而生成酸 性水，也稱為氧化水。但是，此電解水技術(shù)需要外加直流電壓，能耗大，不利于節(jié)能減排；而 且此電解水技術(shù)需要比較復(fù)雜的控制電路機構(gòu)，提高了成本，不利于此類產(chǎn)品的普及化。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有通過電解制備符合飲用水健康標(biāo)準的水產(chǎn)品的技術(shù)存在的上述能耗大、 成本高，不易于普及等缺陷，本發(fā)明的目的旨在提出一種光電催化電解水的方法和裝置及 其應(yīng)用，以期大量、穩(wěn)定、低成本地生成弱堿性水和酸性水，滿足工業(yè)和生活健康用水的要 求。本發(fā)明的上述第一個目的，將通過以下方法類技術(shù)方案得以實現(xiàn)—種光電催化電解水的方法，其特征在于將原水注入分隔設(shè)有光電陽極室和光 電陰極室的電解水反應(yīng)器，至少在光能量輻照下分解原水為弱堿性水和酸性水；其中所述 光電陽極室內(nèi)設(shè)有光電陽極電極，所述光電陽極電極為光生電子還原電勢負于H+還原為H2 的電勢，且光生空穴的氧化電勢正于0H_氧化為O2的電勢的催化劑，所述光電陰極室設(shè)有光 電陰極電極，且所述光能量輻照面向光電陽極電極。進一步地，前述一種光電催化電解水的方法，其中該光電陽極電極的制法為通過 物理氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法、分子束外延沉積法、原子沉積法、溶膠_凝膠或高溫?zé)Y(jié)法之一的方法在導(dǎo)電基板上沉積催化劑，其中所述催化劑的形態(tài)包括多孔結(jié)構(gòu)、微納米 顆粒結(jié)構(gòu)或薄膜結(jié)構(gòu)；所述催化劑為金屬氧化物、金屬氮化物、金屬硫化物、金屬硫氧化物、 金屬氮氧化物中的一種或多種組合，或上述該些化合物的摻雜或光敏處理物質(zhì)。該光電陰極電極的制法為通過物理氣相沉積法在導(dǎo)電基板上沉積微納米顆粒結(jié) 構(gòu)或薄膜結(jié)構(gòu)的金屬催化材料。進一步地，前述一種光電催化電解水的方法，其中該光電陽極電極上沉積磁性的 微納米催化劑，或該光電陰極電極上沉積磁性的微納米金屬催化材料，或兩者同時沉積對 應(yīng)的磁性催化劑和磁性金屬催化材料。進一步地，前述一種光電催化電解水的方法，其中該光能量輻照為太陽光，或至少 包括汞燈、商素?zé)艉桶l(fā)光二極管光源的外置人工光源。進一步地，前述一種光電催化電解水的方法，其中該光電陽極電極與光電陰極電 極間加入一外置電壓，所述外置電壓的正極與光電陽極電極相連，且外置電壓的負極與光 電陰極電極相連。該外置電壓為蓄電池、交流市電或太陽能電池中的一種。進一步地，前述一種光電催化電解水的方法，在進行光電催化電解水之前，還包括 向原水中添加鉀、鈉氯化物電解質(zhì)的工藝流程。進一步地，前述一種光電催化電解水的方法，該電解水反應(yīng)器采用不透氣的離子 交換隔膜劃分兩室，或采用導(dǎo)電基板結(jié)合離子交換隔膜劃分兩室，其中該導(dǎo)電基板為光電 陽極電極與光電陰極電極共用。進一步地，前述一種光電催化電解水的方法，其中該光電陽極電極與光電陰極電 極為各自分離的獨立電極，或通過導(dǎo)線或?qū)щ娀逑嗦?lián)接的合成電極，其中光電陽極電極 與光電陰極電極沉積于導(dǎo)電基板的兩側(cè)。本發(fā)明的上述第二個目的，將通過以下結(jié)構(gòu)性技術(shù)方案得以實現(xiàn)一種光電催化電解水裝置，其特征在于所述電解水裝置主體為一個電解水反應(yīng) 器，所述電解水反應(yīng)器具有離子交換隔膜以及由所述隔膜分隔的至少一個光電陽極室和光 電陰極室，所述光電陽極室與光電陰極室分別安置微納米顆粒催化修飾的光電陽極電極和 光電陰極電極，并且所述光電陽極室與光電陰極室分別各自設(shè)有供給原水的進水口、排取 弱堿性水或酸性水的出水口，以及頂部排放氧氣或氫氣的排氣口 ；其中所述光電陽極室正 對光電陽極電極的一面為透明壁面，光能量輻照與光電陽極電極相對。進一步地，前述的一種光電催化電解水裝置，其中該光電陽極電極與光電陰極電 極合成沉積于導(dǎo)電基板兩側(cè)，該導(dǎo)電基板與離子交換隔膜結(jié)合為一體，將電解水反應(yīng)器分 隔為兩室。進一步地，前述的一種光電催化電解水裝置，其中該電解水裝置還包括一個向所 述光電陽極電極和光電陰極電極施加電壓、促進催化劑電子空穴對分離的電壓控制機構(gòu)， 所述電壓控制機構(gòu)的輸出連續(xù)可調(diào)。其中該電壓控制機構(gòu)的電源包括蓄電池、交流市電或 太陽能電池中的一種。進一步地，前述的一種光電催化電解水裝置，其中該光能量輻照為太陽光，或至少 包括汞燈、商素?zé)艉桶l(fā)光二極管光源的外置人工光源。本發(fā)明的上述第三個目的“一種光電催化電解水裝置的應(yīng)用”，其特征方案為將 該電解水裝置與太陽能熱水器或太陽能電池板直接集成為全太陽能弱堿性和酸性熱水器
5直ο本發(fā)明的上述技術(shù)方案應(yīng)用實施后，通過選擇合適的催化劑作為光電陽極材料， 選擇合適的光電陰極材料，并制備成微納顆?；蛳嗨菩螒B(tài)，相比傳統(tǒng)電解水技術(shù)，不需要外 加電能，也不需要復(fù)雜的控制電路，顯著改善了光電催化效率。其優(yōu)點具體來看第一、增加了光電陽極的光吸收有效面積，提高了光能的吸收功率；第二、減少了光電陽極上電子空穴的復(fù)合幾率，從而提高了電解水的能效；第三、增加了光電陽極和光電陰極對水的接觸面積，加快了電解水的速度；第四、優(yōu)選的光電陰極材料使得光電陽極上的光生電子更容易到達光電陰極發(fā)生 還原反應(yīng)；第五、特殊微納米結(jié)構(gòu)的光電陰極及其陰極材料，改善了它們的化學(xué)穩(wěn)定性，大大 提高了耐腐蝕性能。此外，若使用自帶光源(如汞燈、鹵素?zé)艋虬l(fā)光二極管等)，或在光電陽極電極和 光電陰極電極間外加偏置電壓加速電子空穴的分離，所使用的電壓控制機構(gòu)相對于傳統(tǒng)直 流電電解水技術(shù)要簡單得多，本發(fā)明具有綠色環(huán)保，節(jié)能減排的優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明光電催化電解水方法的生成原理示意簡圖；圖2是本發(fā)明光電催化電解水生成裝置實施例二的結(jié)構(gòu)簡圖；圖3是本發(fā)明光電催化電解水生成裝置實施例三的結(jié)構(gòu)簡4是本發(fā)明光電催化電解水生成裝置實施例四的結(jié)構(gòu)簡5是本發(fā)明光電催化電解水生成裝置實施例五的結(jié)構(gòu)簡6是本發(fā)明光電催化電解水生成裝置實施例六的結(jié)構(gòu)簡7是本發(fā)明光電催化電解水生成裝置實施例六反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡圖。
具體實施例方式隨著自然界中儲量最大的光能應(yīng)用不斷深入，利用光電催化電解水方法和裝置取 得了技術(shù)上的突破。分解水雖然存在著一定的熱分解阻力，但在光能作用下，從熱力學(xué)理論 角度考慮，分解1個水分子僅需提供1. 23eV的能量，對應(yīng)于 IOOOnm的紅外光。實際上 IOOOnm紅外光不能光解水，究其原因是由于太陽能光解水反應(yīng)過程中存在較大的動力學(xué)阻 力。不過可以通過特定催化劑來克服這種阻力實現(xiàn)水的光催化分解。光催化劑受到能量等 于或大于其能隙的光輻射后分別產(chǎn)生具有一定的還原能力和氧化能力的電子與空穴，水分 子所電離的H+與0H_分別與光電陰極的電子和光電陽極的空穴反應(yīng)生成H2和02，從而在光 電陽極和光電陰極處分別產(chǎn)生酸性水和弱堿性水。該弱堿性水可以飲用或沐浴，起到保健 作用；該酸性水可以用于清洗，起到消毒殺菌的作用。但是，并非所有能被光激發(fā)產(chǎn)生電子和空穴的催化劑都能實現(xiàn)水的分解，催化劑 的光生電子還原電勢必須負于H+還原為H2的電勢，光生空穴的氧化電勢必須正于0H—氧化 為O2的電勢。關(guān)鍵是選擇使水快速分解的高催化活性催化材料。為此，本發(fā)明提出了一種 光電催化電解水的方法及其裝置，通過選擇合適的催化劑作為光電陽極材料，選擇合適的 光電陰極材料，并制備成微納顆?；蛳嗨菩螒B(tài)，相比傳統(tǒng)電解水技術(shù)，不需要外加電能，也
6不需要復(fù)雜的控制電路，顯著改善了光電催化效率。從方法來看，該種光電催化電解水的方法，是先將原水注入分隔設(shè)有光電陽極室 和光電陰極室的電解水反應(yīng)器，至少在光能量輻照下分解原水為弱堿性水和酸性水；其中 光電陽極室內(nèi)設(shè)有光電陽極電極，光電陽極電極為光生電子還原電勢負于H+還原為H2的電 勢，且光生空穴的氧化電勢正于OH—氧化為O2的電勢的催化劑，光電陰極室設(shè)有光電陰極電 極，且光能量輻照面向光電陽極電極。其中，該光電陽極電極的制法為通過物理氣相沉積法(如熱蒸發(fā)沉積、電子束蒸發(fā)沉 積、磁控濺射沉積)、化學(xué)氣相沉積法(等離子體增強化學(xué)氣相沉積、常壓化學(xué)氣相沉積、低 壓化學(xué)氣相沉積、金屬有機物化學(xué)氣相沉積)、分子束外延沉積法、原子沉積法、溶膠_凝 膠或高溫?zé)Y(jié)法之一的方法在導(dǎo)電基板上沉積催化劑，其中所述催化劑的形態(tài)包括多孔結(jié) 構(gòu)、微納米顆粒結(jié)構(gòu)或薄膜結(jié)構(gòu)；所述催化劑為金屬氧化物(如氧化鈦、氧化鋅、氧化鐵、氧 化鎢、氧化鉭、氧化釩、氧化鈮、氧化鉬、氧化鋯、氧化鈰、氧化鎘、氧化銅、氧化銀、氧化鉛、氧 化鉍、氧化鈮鉀、氧化鈮鈣、氧化鍺)、金屬氮化物(如氮化鎵銦、氮化鍺)、金屬硫化物(硫 化鎘、硫化鋅、硫化鉬、硫化鎢)、金屬硫氧化物(硫氧鈦釤、硫氧鎬釤)、金屬氮氧化物(氮 氧鎵鋅、氮氧銦鋅、氮氧鎵鎘)中的一種或多種組合，或上述該些化合物的摻雜或光敏處理 物質(zhì)(摻雜金屬或非金屬元素，改變能帶結(jié)構(gòu))。該光電陰極電極的制法為通過物理氣相沉積法在導(dǎo)電基板上沉積微納米顆粒結(jié) 構(gòu)或薄膜結(jié)構(gòu)的金屬催化材料，包括鉬、鈦、鈦合金、鈀、鐵、鋁、鎬、銀、金、鋁合金、鎳、銅、鋅。該光電陽極電極上沉積磁性的微納米催化劑，或該光電陰極電極上沉積磁性的微 納米金屬催化材料，或兩者同時沉積對應(yīng)的磁性催化劑和磁性金屬催化材料。該光能量輻照為太陽光，或至少包括汞燈、鹵素?zé)艉桶l(fā)光二極管光源的外置人工 光源。該光電陽極電極與光電陰極電極間加入一外置電壓，所述外置電壓的正極與光電 陽極電極相連，且外置電壓的負極與光電陰極電極相連。該外置電壓為蓄電池、交流市電或 太陽能電池中的一種。另外，在進行光電催化電解水之前，還包括向原水中添加鉀、鈉氯化物電解質(zhì)的工 藝流程。該電解水反應(yīng)器采用不透氣的離子交換隔膜劃分兩室，或采用導(dǎo)電基板結(jié)合離子 交換隔膜劃分兩室，其中該導(dǎo)電基板為光電陽極電極與光電陰極電極共用，導(dǎo)電基板材料 為鉬、鈦、鈦合金、鈀、鐵、鋁、鎬、銀、金、鋁合金、鎳、銅、鋅。該光電陽極電極與光電陰極電極為各自分離的獨立電極，或通過導(dǎo)線或?qū)щ娀?相聯(lián)接的合成電極，其中光電陽極電極與光電陰極電極沉積于導(dǎo)電基板的兩側(cè)。實施例一如圖1所示的本發(fā)明光電催化電解水的方法生成原理示意簡圖?？梢姳景l(fā)明的光 電催化電解水生成裝置由如下的部分組成。在電解水反應(yīng)器1中設(shè)置隔板2，將電解水反應(yīng) 器1分割成光電陽極室3和光電陰極室4，在光電陽極室3和光電陰極室4中分別放置催 化材質(zhì)且具有微納米結(jié)構(gòu)的光電陽極電極5和光電陰極電極6 (電極形狀可以是各種形狀 如典型的片狀或圓柱狀等)，從進水口 7和8分別向光電陽極室3和光電陰極室4供給原水
7(自來水或飲用水)，流量調(diào)節(jié)器9、10分別控制進水口 7和8的原水流速，太陽光11從光 電陽極室3透光側(cè)輻照到光電陽極電極5面上，在光電陽極室3和光電陰極室4中發(fā)生光 電催化反應(yīng)，分別生成氧氣和氫氣，并分別從出氣口 12、13排出，弱堿性水和酸性水分別從 出水口 14、15取出，流量調(diào)節(jié)器16、17分別控制出水口 14和15的電解水流速，導(dǎo)線18連 接光電陽極納米電極5和光電陰極納米電極6。實施例二如圖2所示為本發(fā)明的光電催化電解水生成裝置的實施例二的結(jié)構(gòu)簡圖。在以圖 1所示的最佳實施例(實施例一)的基礎(chǔ)上(相同部件采用同樣的標(biāo)記)，在光電陽極電極 5和光電陰極電極6上設(shè)置一直流電源101，電源的正極接光電陽極，負極接光電陰極，電壓 在50V以下。該電源可以是家用220V交流電經(jīng)變壓器整流而成，或者是干電池或蓄電池， 或者是太陽能電池，其它部件與作用同最佳的實施例，故不再贅述。通過在兩電極外加偏置 電壓，提高了催化材料電子空穴的分離速度，以便進一步提高光電解原水的能效。實施例三如圖3所示為本發(fā)明的光電催化電解水生成裝置的實施例三的結(jié)構(gòu)簡圖。在以圖 1所示的最佳實施例的基礎(chǔ)上(相同部件采用同樣的標(biāo)記)，使用合成電極201 (即光電陽 極電極和光電陰極電極集成沉積在一塊導(dǎo)電基板上)與離子交換膜202的組合取代隔板2， 其它部件與作用同最佳的實施例，故不再贅述。實施例四如圖4所示為本發(fā)明的光電催化電解水生成裝置的實施例四的結(jié)構(gòu)簡圖。在以圖 1所示的最佳實施例的基礎(chǔ)上(相同部件采用同樣的標(biāo)記)，使用自帶光源(汞燈、鹵素?zé)?或發(fā)光二極管)301取代太陽光11，其它部件與作用同最佳的實施例，故省略說明。實施例五如圖5所示為本發(fā)明的光電催化電解水生成裝置的實施例五的結(jié)構(gòu)簡圖。在以圖 2所示的第1實施例的基礎(chǔ)上(相同部件采用同樣的標(biāo)記)，選用太陽能電池101，在太陽 光11的輻照下提供兩電極間的偏置電壓。其它部件與作用同最佳的實施例，故省去說明， 并將此系統(tǒng)通過一接口部件401與傳統(tǒng)的太陽能熱水器402集成在一起，形成一個全太陽 能弱堿性水和酸性水熱水器。實施例六如圖6所示為本發(fā)明的光電催化電解水生成裝置的實施例六的結(jié)構(gòu)簡圖。在以圖 1所示的最佳實施例的基礎(chǔ)上(相同部件采用同樣的標(biāo)記)，其它部件與作用同最佳的實施 例，故省去說明，501與502分別為光電解反應(yīng)器原水進水口和流量控制器(光電陽極室和 光電陰極室共用一個進水口)，503是螺旋狀光電解反應(yīng)器，具體結(jié)構(gòu)如圖7所示，此裝置可 以直接安裝在自來水龍頭上，即原水進水口 501與水龍頭直接連接。如圖7所示，螺旋狀的 光電解反應(yīng)器503中任意一段503-1是圓柱狀光源，典型光源是使用發(fā)光二極管制作，且集 成光電電極503-2是圓環(huán)柱狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)是光電陽極電極，外側(cè)是光電陰極電極，光電解反 應(yīng)器503具有起保護作用的外壁503-3，其中503-1與503-2間的中空環(huán)狀水柱流出的是酸 性水，連接酸性出水口 15，503-2與503-3間的中空環(huán)狀水柱流出的是弱堿性水水，連接弱 堿性出水口 14。以上僅是本發(fā)明眾多具體應(yīng)用范例中的頗具代表性的幾個實施例詳細描述，旨在
8凸顯本發(fā)明提供的方法和裝置對改善光電催化電解原水生成弱堿性水和酸性水的效率具 有的提升效果。對本發(fā)明的保護范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用等同變換而形成的技術(shù)方案， 均落在本發(fā)明權(quán)利保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種光電催化電解水的方法，其特征在于將原水注入分隔設(shè)有光電陽極室和光電陰極室的電解水反應(yīng)器，至少在光能量輻照下分解原水為弱堿性水和酸性水；其中所述光電陽極室內(nèi)設(shè)有光電陽極電極，所述光電陽極電極為光生電子還原電勢負于H+還原為H2的電勢，且光生空穴的氧化電勢正于OH 氧化為O2的電勢的催化劑，所述光電陰極室設(shè)有光電陰極電極，且所述光能量輻照面向光電陽極電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光電催化電解水的方法，其特征在于所述光電陽極 電極的制法為通過物理氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法、分子束外延沉積法、原子沉積法、溶 膠_凝膠或高溫?zé)Y(jié)法之一的方法在導(dǎo)電基板上沉積催化劑，其中所述催化劑的形態(tài)包括 多孔結(jié)構(gòu)、微納米顆粒結(jié)構(gòu)或薄膜結(jié)構(gòu)；所述催化劑為金屬氧化物、金屬氮化物、金屬硫化 物、金屬硫氧化物、金屬氮氧化物中的一種或多種組合，或上述該些化合物的摻雜或光敏處 理物質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光電催化電解水的方法，其特征在于所述光電陰極電 極的制法為通過物理氣相沉積法在導(dǎo)電基板上沉積微納米顆粒結(jié)構(gòu)或薄膜結(jié)構(gòu)的金屬催 化材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光電催化電解水的方法，其特征在于所述光電陽極電 極上沉積磁性的微納米催化劑，或所述光電陰極電極上沉積磁性的微納米金屬催化材料， 或兩者同時沉積對應(yīng)的磁性催化劑和磁性金屬催化材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光電催化電解水的方法，其特征在于所述光能量輻照 為太陽光，或至少包括汞燈、鹵素?zé)艉桶l(fā)光二極管光源的外置人工光源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光電催化電解水的方法，其特征在于所述光電陽極電 極與光電陰極電極間加入一外置電壓，所述外置電壓的正極與光電陽極電極相連，且外置 電壓的負極與光電陰極電極相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種光電催化電解水的方法，其特征在于所述外置電壓為 蓄電池、交流市電或太陽能電池中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光電催化電解水的方法，其特征在于在進行光電催化 電解水之前，還包括向原水中添加鉀、鈉氯化物電解質(zhì)的工藝流程。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光電催化電解水的方法，其特征在于所述電解水反應(yīng) 器采用不透氣的離子交換隔膜劃分兩室。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種光電催化電解水的方法，其特征在于所述電解水反應(yīng) 器采用導(dǎo)電基板結(jié)合離子交換隔膜劃分兩室，其中所述導(dǎo)電基板為光電陽極電極與光電陰 極電極共用。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光電催化電解水的方法，其特征在于所述光電陽極電 極與光電陰極電極為各自分離的獨立電極，或通過導(dǎo)線或?qū)щ娀逑嗦?lián)接的合成電極，其 中光電陽極電極與光電陰極電極沉積于導(dǎo)電基板的兩側(cè)。
12.一種光電催化電解水裝置，其特征在于所述電解水裝置主體為一個電解水反應(yīng) 器，所述電解水反應(yīng)器具有離子交換隔膜以及由所述隔膜分隔的至少一個光電陽極室和光 電陰極室，所述光電陽極室與光電陰極室分別安置微納米顆粒催化修飾的光電陽極電極和 光電陰極電極，并且所述光電陽極室與光電陰極室分別各自設(shè)有供給原水的進水口、排取 弱堿性水或酸性水的出水口，以及頂部排放氧氣或氫氣的排氣口 ；其中所述光電陽極室正對光電陽極電極的一面為透明壁面，光能量輻照與光電陽極電極相對。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種光電催化電解水裝置，其特征在于所述光電陽極電 極與光電陰極電極合成沉積于導(dǎo)電基板兩側(cè)，所述導(dǎo)電基板與離子交換隔膜結(jié)合為一體， 將電解水反應(yīng)器分隔為兩室。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種光電催化電解水裝置，其特征在于所述電解水裝置 還包括一個向所述光電陽極電極和光電陰極電極施加電壓、促進催化劑電子空穴對分離的 電壓控制機構(gòu)，所述電壓控制機構(gòu)的輸出連續(xù)可調(diào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的一種光電催化電解水裝置，其特征在于所述電壓控制機 構(gòu)的電源包括蓄電池、交流市電或太陽能電池中的一種。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種光電催化電解水裝置，其特征在于所述光能量輻照 為太陽光，或至少包括汞燈、鹵素?zé)艉桶l(fā)光二極管光源的外置人工光源。
17.權(quán)利要求12所述的一種光電催化電解水裝置的應(yīng)用，其特征在于所述電解水裝 置與太陽能熱水器或太陽能電池板直接集成為全太陽能弱堿性和酸性熱水器裝置。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種光電催化電解水的方法和裝置及其應(yīng)用，通過將原水注入分隔設(shè)有光電陽極室和光電陰極室的電解水反應(yīng)器，并至少在光能量輻照下分解原水為弱堿性水和酸性水；其中光電陽極室內(nèi)設(shè)有光電陽極電極，陽極材料選用的催化劑，其光生電子還原電勢負于H+還原為H2的電勢，且光生空穴的氧化電勢正于OH-氧化為O2的電勢，而其中光電陰極室設(shè)有光電陰極電極，且光能量輻照面向光電陽極電極。通過分別設(shè)置的進水口、出水口及排氣口，在光能量輻照下電解原水為弱堿性水和酸性水，較之于傳統(tǒng)電解水技術(shù)，不需要外加電能，也不需要復(fù)雜的控制電路，顯著改善了光電催化效率。
文檔編號C02F1/461GK101891283SQ201010210130
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者陸敏 申請人:中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所