專利名稱：光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能電池的設(shè)計及制備方法，具體涉及的是一種將太陽能和光致質(zhì) 子化的光酸分子(光敏物質(zhì))聯(lián)合在一起的具有高效、清潔、可再生等優(yōu)點的光誘導(dǎo)質(zhì)子化 太陽能電池。
背景技術(shù)：
能源與人類社會的生存和發(fā)展休戚相關(guān)，人類社會的高速發(fā)展伴隨著能源消耗 的急劇增加。然而礦藏資源的有限及燃燒后造成對環(huán)境的污染，使得可再生新能源的開 發(fā)及應(yīng)用成為各國政府經(jīng)濟發(fā)展與安全建設(shè)追求的目標(biāo)《Journal of Membrane Science 319(2008)214-222》。新能源如太陽能、潮汐能、風(fēng)能、海洋能及生物質(zhì)能由于具有清潔、可 再生、分布廣泛及儲量巨大等許多無可比擬的優(yōu)勢而備受能源界的關(guān)注、開發(fā)及利用。近年 來，利用太陽能光伏發(fā)電的技術(shù)發(fā)展得相當(dāng)迅猛，包括利用太陽光的單晶硅太陽能電池、多 晶硅太陽能電池、染料敏化太陽能電池以及以有機化合物等為材料的太陽能電池，由于這 些電池具有可再生、清潔，且所利用的太陽能無處不在等特性而備受人們的青睞《二氧化鈦 微納米分級結(jié)構(gòu)的制備及其光電性能》。然而，單晶硅太陽能電池的價格不菲，及染料敏化 太陽能電池和有機太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率相對較低，這些缺陷都直接影響了這些太陽 能電池的廣泛使用《Prog. Photovolt :Res.Appl. 2004 ；12 :113_142》。如果設(shè)計出一種能將 太陽能和光酸分子兩者有機地結(jié)合在一起而得到一種新型光誘導(dǎo)質(zhì)子化電池，并使其能夠 規(guī)?；_發(fā)和使用，這種電池定將能夠成為未來的可再生清潔能源?；谝陨纤悸?，本發(fā)明設(shè)計將太陽能與在水中能離解出氫離子的光酸分子相聯(lián) 合，并且此光酸分子經(jīng)光誘導(dǎo)后氫離子濃度能夠發(fā)生明顯的改變，采用持續(xù)在電池的外部 加光促使電池內(nèi)部的光酸分子和其光解后產(chǎn)生的氫離子在電池內(nèi)部的不斷循環(huán)達(dá)到穩(wěn)定 電流產(chǎn)生的效果，從而提供一種光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池，該電池是一種具有清潔、可再 生、經(jīng)濟適用性強及不受空間位置限制，且能夠被廣泛使用的環(huán)保電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是為了解決不可再生一次能源的短缺問題以及燃燒后又對環(huán) 境造成二次污染的問題，提供一種利用廉價的太陽能分解光酸分子(光敏物質(zhì))產(chǎn)生陰陽 離子，并利用陰陽離子擴散方向和速度的不同，從而制備出可再生清潔環(huán)保的光誘導(dǎo)質(zhì)子 化太陽能電池。本發(fā)明的另一個目的是為了提高傳統(tǒng)一次能源使用效率不高及一次能源不可再 生的問題，提供一種能夠?qū)⒐馑岱肿咏?jīng)光照發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)后產(chǎn)生的陰離子和陽離子及光 酸分子在電池的內(nèi)部進(jìn)行循環(huán)，并使產(chǎn)生的電流持續(xù)恒定的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池。本發(fā)明的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池是一種集太陽能和在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生 氫離子的光酸分子聯(lián)合在一起的太陽能電池。該光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池包括光電化學(xué) 池、陽離子交換隔膜、在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生氫離子和陰離子的光酸分子以及電極。
本發(fā)明的光電化學(xué)池實質(zhì)上是一個密閉容器，所述的密閉容器中有與密閉容器的 四個內(nèi)壁密封相連接的陽離子交換隔膜，并且該陽離子交換隔膜將所述的密閉容器分成體 積不相等的第一容器和第二容器，其中，在第一容器中盛放有在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生氫 離子和陰離子的光酸分子的水溶液，在第二容器中盛放有水。所述的密閉容器只有其中所述的第一容器的一側(cè)壁有部分地方能夠透光，且透過 光與陽離子交換隔膜成90度入射角，其余密閉容器的壁為不能透光。在第一容器中的透光部分處設(shè)置有電極(陽極或陰極)；在第二容器中設(shè)置有電 極(陰極或陽極)；并且第一容器中的電極(陽極或陰極)的導(dǎo)線通向第一容器外，第二容 器中的電極(陽極或陰極)的導(dǎo)線通向第二容器外，兩在密閉容器外的導(dǎo)線可與用電器相 接。所述的第一容器與第二容器的體積比為1/10 1/2。所述的第一容器側(cè)壁能夠透光的部分面積占該側(cè)壁總面積的1/10 1/3。太陽光只能通過第一容器側(cè)壁的透光處輻照第一容器中的極少部分光酸分子，而 絕大部分的光酸分子在避光處存放，其原理如圖1所示。所述的陽離子交換膜只允許光酸分子在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生的氫離子透過，而 不允許光酸分子本身和光酸分子在光照射后產(chǎn)生的陰離子透過。所述的陽離子交換膜指的是在水中能離解出陽離子的離子文換膜，或者說在膜結(jié) 構(gòu)中含有酸性活性基團的陽離子交換膜。所述的酸性活性基團是-so3H活性基團、-opo3h2 活性基團、-PO3H2活性基團、-cooh活性基團、酚羥基活性基團中的一種。所述的含有酸性活性基團的陽離子交換膜是選自-S03H活性基團磺酸化的聚苯乙 烯膜或全氟的聚苯乙烯膜、磺酸化的聚乙烯膜或全氟的聚乙烯膜、磺酸化的聚氯乙烯膜或 全氟的聚氯乙烯膜、磺酸化的聚丙烯膜或全氟的聚丙乙烯膜所組成的組中至少一種；或選自-0P03H2活性基團磷酸化的聚苯乙烯膜或全氟的聚苯乙烯膜、磷酸化的聚乙 烯膜或全氟的聚乙烯膜、磷酸化的聚氯乙烯膜或全氟的聚氯乙烯膜、磷酸化的聚丙烯膜或 全氟的聚丙乙烯膜所組成的組中至少一種；或選自-P03H2活性基團磷酸化的聚苯乙烯膜或全氟的聚苯乙烯膜、磷酸化的聚乙烯 膜或全氟的聚乙烯膜、磷酸化的聚氯乙烯膜或全氟的聚氯乙烯膜、磷酸化的聚丙烯膜或全 氟的聚丙乙烯膜所組成的組中至少一種；或選自-C00H活性基團羧酸化的聚苯乙烯膜或全氟的聚苯乙烯膜、羧酸化的聚乙烯 膜或全氟的聚乙烯膜、羧酸化的聚氯乙烯膜或全氟的聚氯乙烯膜、羧酸化的聚丙烯膜或全 氟的聚丙乙烯膜所組成的組中至少一種；或選自酚羥基活性基團酚羥基化的聚苯乙烯膜或全氟的聚苯乙烯膜、酚羥基化的聚 乙烯膜或全氟的聚乙烯膜、酚羥基化的聚氯乙烯膜或全氟的聚氯乙烯膜、酚羥基化的聚丙 烯膜或全氟的聚丙乙烯膜所組成的組中至少一種；或選自上述各種-SO3H活性基團磺酸化的膜、-opo3H2活性基團磷酸化的膜、-PO3H2活 性基團磷酸化的膜、-C00H活性基團羧酸化的膜、酚羥基活性基團酚羥基化的膜所組成的組 中至少一種。所述的光酸分子的水溶液的濃度為1 P M 飽和溶液的濃度。所述的光酸分子為在水溶液中及光的作用下能夠發(fā)生光解反應(yīng)分解為氫離子及陰離子，且在避光條件下氫離子又能夠與光酸分子光解產(chǎn)生的陰離子重新形成光解前的光 酸分子。
種。
所述的光酸分子為萘酚類光酸分子、芘酚類光酸分子或其它光酸分子等中的-所述的萘酚類光酸分子為
所述的芘酚類光酸分子為 s03Na 所述的其它光酸分子為 本發(fā)明主要是利用光酸分子(光敏物質(zhì))在光照作用下發(fā)生光解反應(yīng)，所產(chǎn)生氫 離子濃度梯度經(jīng)過陽離子交換膜進(jìn)行離子交換而產(chǎn)生電流及電勢差對外做功；此過程中始 終利用光能激發(fā)光酸分子并利用光酸分子光解后產(chǎn)生的離子濃度梯度從而實現(xiàn)光酸分子 和離子的內(nèi)部循環(huán)，此內(nèi)部循環(huán)保證了產(chǎn)生的電流持續(xù)和恒定。如圖1所示。第一容器中的光酸分子有部分不能被光輻照到，如圖1中的避光部分 1的光酸分子；有部分能被光輻照到，如圖1中的透光部分2的光酸分子；能被光輻照的光 酸分子，其光解后產(chǎn)生的部分氫離子及所有光解后產(chǎn)生的陰離子向避光部分1擴散，而另 一部分光解產(chǎn)生的部分氫離子則通過陽離子交換膜向第二容器擴散，致使第二容器中的氫 離子的濃度增大，而光解后產(chǎn)生的陰離子及向避光部分1擴散的部分氫離子到達(dá)避光部分 1后，其中的氫離子和從第二容器擴散來的氫離子匯合與陰離子反應(yīng)并重新形成原始加入 的光酸分子，此時避光部分1的光酸分子濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于透光部分2的光酸分子濃度，因此， 光酸分子從避光部分1向透光部分2轉(zhuǎn)移，從而在第一容器中形成一個內(nèi)循環(huán)回路，此內(nèi)循 環(huán)回路是保持輸出電流持續(xù)和恒定的基礎(chǔ)和保證。對于電池中的光酸分子來說，此光酸分 子在光照的作用下發(fā)生光解反應(yīng)后使光酸分子的水溶液PH值能發(fā)生明顯的變化，避光部 分的氫離子還能與光酸分子產(chǎn)生的陰離子重新形成原始加入的光酸分子。電極材料采用鉬 電極、銀/氯化銀電極、IT0電極等中的任意兩種組合，優(yōu)選采用化學(xué)穩(wěn)定性極高的鉬電極。 該光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池的工作原理為太陽光照射只盛放有光酸分子的水溶液的第一 容器之前，陽離子交換膜兩側(cè)溶液中的離子的種類及濃度相同，第一容器與第二容器中的 離子處于相對平衡狀態(tài)；當(dāng)太陽光照射盛放有光酸分子的水溶液的第一容器中的透光部分 2時，光輻照到的光酸分子在光的作用下發(fā)生光解反應(yīng)，產(chǎn)生氫離子的濃度梯度通過陽離子 交換膜交換到第二容器中，與此同時光解反應(yīng)產(chǎn)生的陰離子和部分氫離子則在濃度梯度的 作用下擴散到第一容器中的避光部分1，第二容器中的氫離子也會在濃度梯度的作用下向 避光部分1擴散，最終氫離子和陰離子在第一容器中的避光部分1形成原始使用的光酸分 子，第一容器中避光部分1的光酸分子濃度又會比第一容器中透光部分2的濃度高，因此在 濃度梯度作用下，光酸分子從避光部分1向透光部分2轉(zhuǎn)移，從而在第一容器中形成一個內(nèi) 循環(huán)回路，由此完成一個循環(huán)。在此循環(huán)過程中，置于陽離子交換膜兩側(cè)的電極就會有電流 及電勢產(chǎn)生，只要連續(xù)光照使循環(huán)進(jìn)行就會有比較恒定的電流產(chǎn)生。其工作原理見圖1。本發(fā)明的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池與傳統(tǒng)薄膜太陽能電池不同，主要是利用光酸 分子在光照的作用下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，之后形成氫離子濃度梯度和陰離子的濃度梯度，形 成的氫離子濃度梯度經(jīng)過陽離子交換膜輸運帶電荷的氫離子從而實現(xiàn)了把分子動能轉(zhuǎn)變 成電能的過程，而陰離子則與擴散過來的氫離子重新形成光解前(原始)的光酸分子，重新 形成的光酸分子又重新擴散到能被光輻照的第一容器中的透光部分2 ；連續(xù)進(jìn)行光照及不 斷產(chǎn)生的氫離子和光酸分子的內(nèi)部循環(huán)運動是實現(xiàn)可再生、持續(xù)發(fā)電的基礎(chǔ)。本發(fā)明的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池能夠有效地解決工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的大量的電力緊張以及根本無電的邊疆和山區(qū)的用電問題，只要光酸分子在太陽光作用下發(fā)生光解反應(yīng) 產(chǎn)生的氫離子經(jīng)過陽離子交換膜就可以發(fā)生交換作用而發(fā)電。本發(fā)明的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池的特點是，不受外界動力和能源的束縛，僅用 太陽光照射光酸分子發(fā)生光化學(xué)分解反應(yīng)就可以發(fā)電。且不受空間限制，應(yīng)用前景非常廣 闊。本發(fā)明的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池，是利用太陽能分解光酸分子產(chǎn)生濃度梯度的 這種發(fā)電方式與傳統(tǒng)的薄膜太陽能電池相比，成本低。本發(fā)明的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池 在新能源的開發(fā)方面更加具有創(chuàng)新性和應(yīng)用價值。利用光酸分子在光照的作用下產(chǎn)生氫離子濃度梯度，再利用氫離子交換原理形成 電勢差， 經(jīng)外電路直接產(chǎn)生電能而制成本發(fā)明的電池，其經(jīng)濟性，環(huán)保性，可再生性效果好。 由于太陽光照射后在電化學(xué)池的內(nèi)部能夠?qū)崿F(xiàn)離子及光酸分子的循環(huán)運動，所以使產(chǎn)生電 流恒定且能不斷向外輸出。可應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、交通、科研以及民用等行業(yè)。特別對 于偏遠(yuǎn)的電力設(shè)施不很完備的地區(qū)使用該電池更有現(xiàn)實意義。本發(fā)明將太陽能與光酸分子聯(lián)合起來制備得到的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池具有 來源廣泛、清潔、可再生等特性。


圖1.本發(fā)明光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池的原理示意圖。圖2.本發(fā)明光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3.光酸分子在光照過程中產(chǎn)生的電流隨時間變化關(guān)系曲線。圖4.光酸分子在光照過程中產(chǎn)生的電壓與時間變化關(guān)系曲線。附圖標(biāo)記1.避光部分 2.透光部分3.第二容器4.電極5.陽離子交換膜 6.光源AH:光酸分子A_:光酸分子分解后產(chǎn)生的陰離子
具體實施例方式實施例1.請參見圖1和圖2。光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池包括作為光電化學(xué)池的密閉容器、 只允許光酸分子在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生的氫離子透過，而不允許光酸分子本身和光酸分 子在光照射后產(chǎn)生的陰離子透過的作為陽離子交換膜5的含有_S03H強酸性活性基團的全 氟的聚乙烯陽離子交換膜、在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生氫離子的前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子 (該光酸分子在圖1中以AH表示，AH分解后產(chǎn)生的陰離子用^表示)以及鉬電極4。所述的含有_S03H強酸性活性基團的全氟的聚乙烯陽離子交換膜與密閉容器的 四個內(nèi)壁密封相連接，并且該含有-so3H強酸性活性基團的全氟的聚乙烯陽離子交換膜將 所述的密閉容器分成體積不相等的第一容器和第二容器，此密閉容器由聚四氟乙烯材料制 成，其中，第一容器與第二容器的體積比為1/2 ；在第一容器中盛放的含有2mM前述式4結(jié) 構(gòu)的芘光酸分子的水溶液，在第二容器中盛放有水。所述的2mM前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子的水溶液是將前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子溶解在水中而配制。所述的密閉容器只有其中所述的第一容器的一側(cè)壁有一處地方能夠透光，使第一 容器里包含避光部分1和透光部分2，透過部分由石英玻璃制備，而其余密閉容器的壁為不 能透光，第一容器側(cè)壁能夠透光的部分面積占該側(cè)壁總面積的1/3 ；從側(cè)壁透光處透過的 光與含有_S03H強酸性活性基團的全氟的聚乙烯陽離子交換膜成90度入射角。在第一容器中的透光部分處設(shè)置的電極為鉬陽極；在第二容器中設(shè)置的電極為鉬 陰極；所述的鉬陽極和鉬陰極的導(dǎo)線通向密閉容器外后可與用電器相接。光照前，第一容器中盛放的含有2mM前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子的水溶液與第二 容器中盛放的水經(jīng)過放置一段時間后，陽離子交換膜兩側(cè)的離子的種類及濃度相同，第一 容器與第二容器中的離子處于相對平衡狀態(tài)，此時的電流值接近為零。當(dāng)在第一容器處加 15mffcm-2光后，光從第一容器側(cè)壁的透光處輻照到第一容器里的前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分 子的水溶液，由于前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氫離子及陰離子，致使 第一容器中避光部分1處的含有2mM前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子的水溶液、透光部分2處 的含有2mM前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子光解后生成的陰離子和氫離子的水溶液與第二容器 的水中的氫離子和氫氧根離子濃度不相等，使第一容器與第二容器中的離子處于不平衡狀 態(tài)。如圖1所示，第一容器中的透光部分2處的前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子光解反應(yīng)后產(chǎn) 生的部分氫離子在濃度梯度的作用下經(jīng)含有_S03H強酸性活性基團的全氟的聚乙烯陽離子 交換膜向第二容器擴散，部分氫離子和陰離子分別在濃度梯度作用下擴散到第一容器中的 不能被光輻照的避光部分1處；與此同時，由第一容器的透光部分2處擴散到第二容器3中 的氫離子會進(jìn)一步擴散到第一容器的避光部分1之后再與從第一容器的透光部分2處擴散 過來的陰離子作用重新形成原始加入的光酸分子，最后導(dǎo)致第一容器中的避光部分1處的 光酸分子的濃度又會比第一容器中透光部分2處的光酸分子的濃度高，因此在濃度梯度作 用下，光酸分子又重新擴散到能被光輻照到的透光部分2處，致此完成一個循環(huán)。在此循環(huán) 過程中，置于含有酸性活性基團的全氟的聚乙烯陽離子交換膜兩側(cè)的鉬電極就會 有電流及電勢產(chǎn)生，只要連續(xù)光照使循環(huán)進(jìn)行就會有比較恒定的電流產(chǎn)生。實驗中所用的 電流及電勢的測量儀器分別為美國吉時利儀器公司的6487皮安計和2482A電壓計。圖3表示此光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池的光電流隨時間變化關(guān)系曲線圖第一容器 中盛放的含有2mM前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子的水溶液與第二容器中盛放的水經(jīng)過放置一 段時間后，陽離子交換膜兩側(cè)的離子的種類及濃度相同，第一容器與第二容器中的離子處 于相對平衡狀態(tài)，此時的電流值接近為零。光照同時測電流，15mWcnT2光照，電流隨著光照 時間的延長電流瞬間變大，最大值達(dá)到65微安，說明光照時前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子發(fā) 生了光解反應(yīng)，光解反應(yīng)產(chǎn)生的氫離子在濃度梯度作用下實現(xiàn)跨膜運輸，所以瞬間產(chǎn)生很 大的電流；隨著輻照時間的增長，光解產(chǎn)生的氫離子濃度梯度逐漸降低最后達(dá)到一穩(wěn)定值， 當(dāng)時間足夠長時電流處于定值。圖4表示此光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池的電勢隨時間變化關(guān)系曲線圖第一容器中 盛放的含有2mM前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子的水溶液與第二容器中盛放的水經(jīng)過放置一段 時間后，陽離子交換膜兩側(cè)的離子的種類及濃度相同，第一容器與第二容器中的離子處于 相對平衡狀態(tài)，此時的電勢值接近為零。光照同時測電勢，電勢瞬間變大，說明光照時芘光 酸分子4發(fā)生了光解反應(yīng)，光解反應(yīng)產(chǎn)生的氫離子在濃度梯度作用下實現(xiàn)跨膜運輸，一段時間后含有-30311強酸性活性基團的全氟的聚乙烯陽離子交換膜兩側(cè)帶相反電荷的離子達(dá) 到一定數(shù)值，其值約為340毫伏；隨著輻照時間的增長，光解產(chǎn)生的氫離子濃度梯度逐漸降 低，但含有酸性活性基團的全氟的聚乙烯陽離子交換膜兩側(cè)溶液中電荷卻基本處 于相對平衡狀態(tài)，電勢值基本保持不變。實施例2.改變第一容器與第二容器的體積比為1/10，第一容器中使用的光酸分子為前述式 1結(jié)構(gòu)的萘光酸分子并且其濃度為1 P M,陽離子交換膜為含有_0P03H2活性基團的聚氯乙烯 陽離子交換膜，光照時所用光強為lOmWcm—2。其它條件同實施例1。請參見圖1和圖2。光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池包括作為光電化學(xué)池的密閉容器、只 允許光酸分子在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生的氫離子透過，而不允許光酸分子本身和光酸分子 在光照射后產(chǎn)生的陰離子透過的作為陽離子交換膜5的含有-0P03H2活性基團的聚氯乙烯 陽離子交換膜、在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生氫離子的前述式1結(jié)構(gòu)的萘光酸分子(該光酸分 子在圖1中以AH表示，AH分解后產(chǎn)生的陰離子用々_表示)以及鉬電極4。所述的含有_0P03H2活性基團的聚氯乙烯陽離子交換膜與密閉容器的四個內(nèi)壁密 封相連接，并且該含有-opo3H2活性基團的聚氯乙烯陽離子交換膜將所述的密閉容器分成 體積不相等的第一容器和第二容器，此密閉容器由聚四氟乙烯材料制成，其中，第一容器與 第二容器的體積比為1/10 ；在第一容器中盛放的含有l(wèi)pM前述式1結(jié)構(gòu)的萘光酸分子的 水溶液，在第二容器中盛放有水。所述的1 ii M前述式1結(jié)構(gòu)的萘光酸分子的水溶液是將前述式1結(jié)構(gòu)的萘光酸分 子溶解在水中而配制。所述的密閉容器只有其中所述的第一容器的一側(cè)壁有一處地方能夠透光，使第一 容器里包含避光部分1和透光部分2，透過部分由石英玻璃制備，而其余密閉容器的壁為不 能透光，第一容器側(cè)壁能夠透光的部分面積占該側(cè)壁總面積的1/3 ；從側(cè)壁透光處透過的 光與含有_0P03H2活性基團的聚氯乙烯陽離子交換膜成90度入射角。在第一容器中的透光部分處設(shè)置的電極為鉬陽極；在第二容器中設(shè)置的電極為鉬 陰極；所述的鉬陽極和鉬陰極的導(dǎo)線通向密閉容器外后可與用電器相接。光照前，第一容器中盛放的含有1 P M前述式1結(jié)構(gòu)的萘光酸分子的水溶液與第二 容器中盛放的水經(jīng)過放置一段時間后，陽離子交換膜兩側(cè)的離子的種類及濃度相同，第一 容器與第二容器中的離子處于相對平衡狀態(tài)，此時的電流值接近為零。當(dāng)在第一容器處加 lOmWcm—2光后，光從第一容器側(cè)壁的透光處輻照到第一容器里的前述式1結(jié)構(gòu)的萘光酸分 子的水溶液，由于前述式1結(jié)構(gòu)的萘光酸分子發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氫離子及陰離子，致使 第一容器中避光部分1處的含有1 P M前述式1結(jié)構(gòu)的萘光酸分子的水溶液、透光部分2處 的含有1PM前述式1結(jié)構(gòu)的萘光酸分子光解后生成的陰離子和氫離子的水溶液與第二容 器的水中的氫離子和氫氧根離子濃度不相等，使第一容器與第二容器中的離子處于不平衡 狀態(tài)。如圖1所示，第一容器中的透光部分2處的前述式1結(jié)構(gòu)的萘光酸分子光解反應(yīng)后 產(chǎn)生的部分氫離子在濃度梯度的作用下經(jīng)含有_0P03H2活性基團的聚氯乙烯陽離子交換膜 向第二容器擴散，部分氫離子和陰離子分別在濃度梯度作用下擴散到第一容器中的不能被 光輻照的避光部分1處；與此同時，由第一容器的透光部分2處擴散到第二容器3中的氫離 子會進(jìn)一步擴散到第一容器的避光部分1之后再與從第一容器的透光部分2處擴散過來的陰離子作用重新形成原始加入的光酸分子，最后導(dǎo)致第一容器中的避光部分1處的光酸分 子的濃度又會比第一容器中透光部分2處的光酸分子的濃度高，因此在濃度梯度作用下， 光酸分子又重新擴散到能被光輻照到的透光部分2處，致此完成一個循環(huán)。在此循環(huán)過程 中，置于含有_0P03H2活性基團的聚氯乙烯陽離子交換膜兩側(cè)的鉬電極就會有電流及電勢 產(chǎn)生，只要連續(xù)光照使循環(huán)進(jìn)行就會有比較恒定的電流產(chǎn)生。其中，穩(wěn)定的電流值可達(dá)5微 安，穩(wěn)定的電勢值可達(dá)30毫伏。實驗中所用的電流及電勢的測量儀器分別為美國吉時利儀 器公司的6487皮安計和2482A電壓計。實施例3.當(dāng)?shù)谝蝗萜髋c第二容器的體積比為1/2，改變側(cè)壁透光面積使能夠透光的部分面 積占該側(cè)壁總面積的1/10，同時使用銀/氯化銀電極與外電路連接，其它條件同實施例1。請參見圖1和圖2。光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池包括作為光電化學(xué)池的密閉容器、 只允許光酸分子在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生的氫離子透過，而不允許光酸分子本身和光酸分 子在光照射后產(chǎn)生的陰離子透過的作為陽離子交換膜5的含有_S03H強酸性活性基團的全 氟的聚乙烯陽離子交換膜、在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生氫離子的前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子 (該光酸分子在圖1中以AH表示，AH分解后產(chǎn)生的陰離子用^表示)以及銀/氯化銀電 極4。所述的含有_S03H強酸性活性基團的全氟的聚乙烯陽離子交換膜與密閉容器的 四個內(nèi)壁密封相連接，并且該含有-so3H強酸性活性基團的全氟的聚乙烯陽離子交換膜將 所述的密閉容器分成體積不相等的第一容器和第二容器，此密閉容器由聚四氟乙烯材料制 成，其中，第一容器與第二容器的體積比為1/2 ；在第一容器中盛放的含有2mM前述式4結(jié) 構(gòu)的芘光酸分子的水溶液，在第二容器中盛放有水。所述的2mM前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子的水溶液是將前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子 溶解在水中而配制。所述的密閉容器只有其中所述的第一容器的一側(cè)壁有一處地方能夠透光，使第一 容器里包含避光部分1和透光部分2，透過部分由石英玻璃制備，而其余密閉容器的壁為不 能透光，第一容器側(cè)壁能夠透光的部分面積占該側(cè)壁總面積的1/10 ；從側(cè)壁透光處透過的 光與含有_S03H強酸性活性基團的全氟的聚乙烯陽離子交換膜成90度入射角。在第一容器中的透光部分處設(shè)置的電極為銀/氯化銀陽極；在第二容器中設(shè)置的 電極為銀/氯化銀陰極；所述的銀/氯化銀陽極和銀/氯化銀陰極的導(dǎo)線通向密閉容器外 后可與用電器相接。光照前，第一容器中盛放的含有2mM前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子的水溶液與第二 容器中盛放的水經(jīng)過放置一段時間后，陽離子交換膜兩側(cè)的離子的種類及濃度相同，第一 容器與第二容器中的離子處于相對平衡狀態(tài)，此時的電流值接近為零。當(dāng)在第一容器處加 15mffcm-2光后，光從第一容器側(cè)壁的透光處輻照到第一容器里的前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分 子的水溶液，由于前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氫離子及陰離子，致使 第一容器中避光部分1處的含有2mM前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子的水溶液、透光部分2處 的含有2mM前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子光解后生成的陰離子和氫離子的水溶液與第二容器 的水中的氫離子和氫氧根離子濃度不相等，使第一容器與第二容器中的離子處于不平衡狀 態(tài)。如圖1所示，第一容器中的透光部分2處的前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子光解反應(yīng)后產(chǎn)生的部分氫離子在濃度梯度的作用下經(jīng)含有_S03H強酸性活性基團的全氟的聚乙烯陽離子 交換膜向第二容器擴散，部分氫離子和陰離子分別在濃度梯度作用下擴散到第一容器中的 不能被光輻照的避光部分1處；與此同時，由第一容器的透光部分2處擴散到第二容器3中 的氫離子會進(jìn)一步擴散到第一容器的避光部分1之后再與從第一容器的透光部分2處擴散 過來的陰離子作用重新形成原始加入的光酸分子，最后導(dǎo)致第一容器中的避光部分1處的 光酸分子的濃度又會比第一容器中透光部分2處的光酸分子的濃度高，因此在濃度梯度作 用下，光酸分子又重新擴散到能被光輻照到的透光部分2處，致此完成一個循環(huán)。在此循環(huán) 過程中，置于含有-SO3H強酸性活性基團的全氟的聚乙烯陽離子交換膜兩側(cè)的銀/氯化銀 電極就會有電流及電勢產(chǎn)生，只要連續(xù)光照使循環(huán)進(jìn)行就會有比較恒定的電流產(chǎn)生。其中， 穩(wěn)定的電流值可達(dá)40微安，穩(wěn)定的電勢值可達(dá)200毫伏。實驗中所用的電流及電勢的測量 儀器分別為美國吉時利儀器公司的6487皮安計和2482A電壓計。實施例4.使用同時含有-C00H酸性活基團的聚乙烯和含有-C00H酸性活性基團的聚丙烯復(fù) 合膜為陽離子交換膜；第一容器中盛放的光酸分子為10mM前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子的水溶 液，其它條件同實施例1。請參見圖1和圖2。光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池包括作為光電化學(xué)池的密閉容器、只 允許光酸分子在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生的氫離子透過，而不允許光酸分子本身和光酸分子 在光照射后產(chǎn)生的陰離子透過的作為陽離子交換膜5的含有-C00H酸性活基團的聚乙烯和 含有-C00H酸性活性基團的聚丙烯復(fù)合膜為陽離子交換膜、在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生氫離 子的前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子(該光酸分子在圖1中以AH表示，AH分解后產(chǎn)生的陰離子 用A—表示)以及鉬電極4。所述的含有-C00H酸性活基團的聚乙烯和含有-C00H酸性活性基團的聚丙烯復(fù)合 膜為陽離子交換膜與密閉容器的四個內(nèi)壁密封相連接，并且該含有-C00H酸性活基團的聚 乙烯和含有-C00H酸性活性基團的聚丙烯復(fù)合膜為陽離子交換膜將所述的密閉容器分成 體積不相等的第一容器和第二容器，此密閉容器由聚四氟乙烯材料制成，其中，第一容器與 第二容器的體積比為1/2 ；在第一容器中盛放的含有10mM前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子的水溶 液，在第二容器中盛放有水。所述的10mM前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子的水溶液是將前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子子 溶解在水中而配制。所述的密閉容器只有其中所述的第一容器的一側(cè)壁有一處地方能夠透光，使第一 容器里包含避光部分1和透光部分2，透過部分由石英玻璃制備，而其余密閉容器的壁為不 能透光，第一容器側(cè)壁能夠透光的部分面積占該側(cè)壁總面積的1/3 ；從側(cè)壁透光處透過的 光與含有-C00H酸性活基團的聚乙烯和含有-C00H酸性活性基團的聚丙烯復(fù)合膜為陽離子 交換膜成90度入射角。在第一容器中的透光部分處設(shè)置的電極為鉬陽極；在第二容器中設(shè)置的電極為鉬 陰極；所述的鉬陽極和鉬陰極的導(dǎo)線通向密閉容器外后可與用電器相接。光照前，第一容器中盛放的含有10mM前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子的水溶液與第二 容器中盛放的水經(jīng)過放置一段時間后，陽離子交換膜兩側(cè)的離子的種類及濃度相同，第一 容器與第二容器中的離子處于相對平衡狀態(tài)，此時的電流值接近為零。當(dāng)在第一容器處加15mffcm-2光后，光從第一容器側(cè)壁的透光處輻照到第一容器里的前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子 的水溶液，由于前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氫離子及陰離子，致使第一 容器中避光部分1處的含有10mM前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子的水溶液、透光部分2處的含有 10mM前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子光解后生成的陰離子和氫離子的水溶液與第二容器的水中 的氫離子和氫氧根離子濃度不相等，使第一容器與第二容器中的離子處于不平衡狀態(tài)。如 圖1所示，第一容器中的透光部分2處的前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子光解反應(yīng)后產(chǎn)生的部分 氫離子在濃度梯度的作用下經(jīng)含有-C00H酸性活基團的聚乙烯和含有-C00H酸性活性基團 的聚丙烯復(fù)合膜為陽離子交換膜向第二容器擴散，部分氫離子和陰離子分別在濃度梯度作 用下擴散到第一容器中的不能被光輻照的避光部分1處；與此同時，由第一容器的透光部 分2處擴散到第二容器3中的氫離子會進(jìn)一步擴散到第一容器的避光部分1之后再與從第 一容器的透光部分2處擴散過來的陰離子作用重新形成原始加入的光酸分子，最后導(dǎo)致第 一容器中的避光部分1處的光酸分子的濃度又會比第一容器中透光部分2處的光酸分子的 濃度高，因此在濃度梯度作用下，光酸分子又重新擴散到能被光輻照到的透光部分2處，致 此完成一個循環(huán)。在此循環(huán)過程中，置于含有-C00H酸性活基團的聚乙烯和含有-C00H酸 性活性基團的聚丙烯復(fù)合膜為陽離子交換膜兩側(cè)的鉬電極就會有電流及電勢產(chǎn)生，只要連 續(xù)光照使循環(huán)進(jìn)行就會有比較恒定的電流產(chǎn)生。其中，穩(wěn)定的電流值可達(dá)65微安，穩(wěn)定的 電勢值可達(dá)485毫伏。實驗中所用的電流及電勢的測量儀器分別為美國吉時利儀器公司的 6487皮安計和2482A電壓計。實施例5.改變第一容器與第二容器的體積比為1/5，第一容器中使用的光酸分子為前述式 1結(jié)構(gòu)的萘光酸分子并且其濃度為10 PM，陽離子交換膜為含有酚羥基活性基團的聚氯乙 烯陽離子交換膜，光照時所用光強為lOmWcm—2。其它條件同實施例1。請參見圖1和圖2。光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池包括作為光電化學(xué)池的密閉容器、只 允許光酸分子在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生的氫離子透過，而不允許光酸分子本身和光酸分子 在光照射后產(chǎn)生的陰離子透過的作為陽離子交換膜5的含有酚羥基活性基團的聚氯乙烯 陽離子交換膜、在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生氫離子的前述式1結(jié)構(gòu)的萘光酸分子(該光酸分 子在圖1中以AH表示，AH分解后產(chǎn)生的陰離子用A_表示)以及鉬電極4。所述的含有酚羥基活性基團的聚氯乙烯陽離子交換膜與密閉容器的四個內(nèi)壁密 封相連接，并且該含有酚羥基活性基團的聚氯乙烯陽離子交換膜將所述的密閉容器分成體 積不相等的第一容器和第二容器，此密閉容器由聚四氟乙烯材料制成，其中，第一容器與第 二容器的體積比為1/5 ；在第一容器中盛放的含有10yM前述式1結(jié)構(gòu)的萘光酸分子的水 溶液，在第二容器中盛放有水。所述的10 y M前述式1結(jié)構(gòu)的萘光酸分子的水溶液是將前述式1結(jié)構(gòu)的萘光酸分 子溶解在水中而配制。所述的密閉容器只有其中所述的第一容器的一側(cè)壁有一處地方能夠透光，使第一 容器里包含避光部分1和透光部分2，透過部分由石英玻璃制備，而其余密閉容器的壁為不 能透光，第一容器側(cè)壁能夠透光的部分面積占該側(cè)壁總面積的1/3 ；從側(cè)壁透光處透過的 光與含有酚羥基活性基團的聚氯乙烯陽離子交換膜成90度入射角。在第一容器中的透光部分處設(shè)置的電極為鉬陽極；在第二容器中設(shè)置的電極為鉬陰極；所述的鉬陽極和鉬陰極的導(dǎo)線通向密閉容器外后可與用電器相接。光照前，第一容器中盛放的含有l(wèi)OyM前述式1結(jié)構(gòu)的萘光酸分子的水溶液與第 二容器中盛放的水經(jīng)過放置一段時間后，陽離子交換膜兩側(cè)的離子的種類及濃度相同，第 一容器與第二容器中的離子處于相對平衡狀態(tài)，此時的電流值接近為零。當(dāng)在第一容器處 加lOmWcm—2光后，光從第一容器側(cè)壁的透光處輻照到第一容器里的前述式1結(jié)構(gòu)的萘光酸 分子的水溶液，由于前述式1結(jié)構(gòu)的萘光酸分子發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氫離子及陰離子，致 使第一容器中避光部分1處的含有l(wèi)OyM前述式1結(jié)構(gòu)的萘光酸分子的水溶液、透光部分 2處的含有10 y M前述式1結(jié)構(gòu)的萘光酸分子光解后生成的陰離子和氫離子的水溶液與第 二容器的水中的氫離子和氫氧根離子濃度不相等，使第一容器與第二容器中的離子處于不 平衡狀態(tài)。如圖1所示，第一容器中的透光部分2處的前述式1結(jié)構(gòu)的萘光酸分子光解反 應(yīng)后產(chǎn)生的部分氫離子在濃度梯度的作用下經(jīng)含有酚羥基活性基團的聚氯乙烯陽離子交 換膜向第二容器擴散，部分氫離子和陰離子分別在濃度梯度作用下擴散到第一容器中的不 能被光輻照的避光部分1處；與此同時，由第一容器的透光部分2處擴散到第二容器3中的 氫離子會進(jìn)一步擴散到第一容器的避光部分1之后再與從第一容器的透光部分2處擴散過 來的陰離子作用重新形成原始加入的光酸分子，最后導(dǎo)致第一容器中的避光部分1處的光 酸分子的濃度又會比第一容器中透光部分2處的光酸分子的濃度高，因此在濃度梯度作用 下，光酸分子又重新擴散到能被光輻照到的透光部分2處，致此完成一個循環(huán)。在此循環(huán)過 程中，置于含有酚羥基活性基團的聚氯乙烯陽離子交換膜兩側(cè)的鉬電極就會有電流及電勢 產(chǎn)生，只要連續(xù)光照使循環(huán)進(jìn)行就會有比較恒定的電流產(chǎn)生。其中，穩(wěn)定的電流值可達(dá)23 微安，穩(wěn)定的電勢值可達(dá)286毫伏。實驗中所用的電流及電勢的測量儀器分別為美國吉時 利儀器公司的6487皮安計和2482A電壓計。實施例6.當(dāng)?shù)谝蝗萜髋c第二容器的體積比為1/2，改變側(cè)壁透光面積使能夠透光的部分面 積占該側(cè)壁總面積的1/5，同時使用IT0電極與外電路連接，其它條件同實施例1。請參見圖1和圖2。光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池包括作為光電化學(xué)池的密閉容器、 只允許光酸分子在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生的氫離子透過，而不允許光酸分子本身和光酸分 子在光照射后產(chǎn)生的陰離子透過的作為陽離子交換膜5的含有-S03H強酸性活性基團的全 氟的聚乙烯陽離子交換膜、在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生氫離子的前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子 (該光酸分子在圖1中以AH表示，AH分解后產(chǎn)生的陰離子用A_表示)以及IT0電極4。所述的含有_S03H強酸性活性基團的全氟的聚乙烯陽離子交換膜與密閉容器的 四個內(nèi)壁密封相連接，并且該含有-so3H強酸性活性基團的全氟的聚乙烯陽離子交換膜將 所述的密閉容器分成體積不相等的第一容器和第二容器，此密閉容器由聚四氟乙烯材料制 成，其中，第一容器與第二容器的體積比為1/2 ；在第一容器中盛放的含有2mM前述式4結(jié) 構(gòu)的芘光酸分子的水溶液，在第二容器中盛放有水。所述的2mM前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子的水溶液是將前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子 溶解在水中而配制。所述的密閉容器只有其中所述的第一容器的一側(cè)壁有一處地方能夠透光，使第一 容器里包含避光部分1和透光部分2，透過部分由石英玻璃制備，而其余密閉容器的壁為不 能透光，第一容器側(cè)壁能夠透光的部分面積占該側(cè)壁總面積的1/5 ；從側(cè)壁透光處透過的光與含有_S03H強酸性活性基團的全氟的聚乙烯陽離子交換膜成90度入射角。在第一容器中的透光部分處設(shè)置的電極為IT0陽極；在第二容器中設(shè)置的電極為 IT0陰極；所述的IT0陽極和IT0陰極的導(dǎo)線通向密閉容器外后可與用電器相接。光照前，第一容器中盛放的含有2mM前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子的水溶液與第二 容器中盛放的水經(jīng)過放置一段時間后，陽離子交換膜兩側(cè)的離子的種類及濃度相同，第一 容器與第二容器中的離子處于相對平衡狀態(tài)，此時的電流值接近為零。當(dāng)在第一容器處加 15mffcm-2光后，光從第一容器側(cè)壁的透光處輻照到第一容器里的前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分 子的水溶液，由于前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氫離子及陰離子，致使 第一容器中避光部分1處的含有2mM前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子的水溶液、透光部分2處 的含有2mM前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子光解后生成的陰離子和氫離子的水溶液與第二容器 的水中的氫離子和氫氧根離子濃度不相等，使第一容器與第二容器中的離子處于不平衡狀 態(tài)。如圖1所示，第一容器中的透光部分2處的前述式4結(jié)構(gòu)的芘光酸分子光解反應(yīng)后產(chǎn) 生的部分氫離子在濃度梯度的作用下經(jīng)含有_S03H強酸性活性基團的全氟的聚乙烯陽離子 交換膜向第二容器擴散，部分氫離子和陰離子分別在濃度梯度作用下擴散到第一容器中的 不能被光輻照的避光部分1處；與此同時，由第一容器的透光部分2處擴散到第二容器3中 的氫離子會進(jìn)一步擴散到第一容器的避光部分1之后再與從第一容器的透光部分2處擴散 過來的陰離子作用重新形成原始加入的光酸分子，最后導(dǎo)致第一容器中的避光部分1處的 光酸分子的濃度又會比第一容器中透光部分2處的光酸分子的濃度高，因此在濃度梯度作 用下，光酸分子又重新擴散到能被光輻照到的透光部分2處，致此完成一個循環(huán)。在此循環(huán) 過程中，置于含有_S03H強酸性活性基團的全氟的聚乙烯陽離子交換膜兩側(cè)的IT0電極就 會有電流及電勢產(chǎn)生，只要連續(xù)光照使循環(huán)進(jìn)行就會有比較恒定的電流產(chǎn)生。其中，穩(wěn)定的 電流值可達(dá)16微安，穩(wěn)定的電勢值可達(dá)110毫伏。實驗中所用的電流及電勢的測量儀器分 別為美國吉時利儀器公司的6487皮安計和2482A電壓計。實施例7.使用同時含有-C00H酸性活基團的聚乙烯和含有-C00H酸性活性基團的聚丙烯復(fù) 合膜為陽離子交換膜；第一容器中盛放的光酸分子為4mM前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子的水溶 液，其它條件同實施例1。請參見圖1和圖2。光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池包括作為光電化學(xué)池的密閉容器、只 允許光酸分子在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生的氫離子透過，而不允許光酸分子本身和光酸分子 在光照射后產(chǎn)生的陰離子透過的作為陽離子交換膜5的含有-C00H酸性活基團的聚乙烯和 含有-C00H酸性活性基團的聚丙烯復(fù)合膜為陽離子交換膜、在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生氫離 子的前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子(該光酸分子在圖1中以AH表示，AH分解后產(chǎn)生的陰離子 用A—表示)以及鉬電極4。所述的含有-C00H酸性活基團的聚乙烯和含有-C00H酸性活性基團的聚丙烯復(fù)合 膜為陽離子交換膜與密閉容器的四個內(nèi)壁密封相連接，并且該含有-C00H酸性活基團的聚 乙烯和含有-C00H酸性活性基團的聚丙烯復(fù)合膜為陽離子交換膜將所述的密閉容器分成 體積不相等的第一容器和第二容器，此密閉容器由聚四氟乙烯材料制成，其中，第一容器與 第二容器的體積比為1/2 ；在第一容器中盛放的含有4mM前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子的水溶 液，在第二容器中盛放有水。
所述的4mM前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子的水溶液是將前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子子溶 解在水中而配制。所述的密閉容器只有其中所述的第一容器的一側(cè)壁有一處地方能夠透光，使第一 容器里包含避光部分1和透光部分2，透過部分由石英玻璃制備，而其余密閉容器的壁為不 能透光，第一容器側(cè)壁能夠透光的部分面積占該側(cè)壁總面積的1/3 ；從側(cè)壁透光處透過的 光與含有-C00H酸性活基團的聚乙烯和含有-C00H酸性活性基團的聚丙烯復(fù)合膜為陽離子 交換膜成90度入射角。在第一容器中的透光部分處設(shè)置的電極為鉬陽極；在第二容器中設(shè)置的電極為鉬 陰極；所述的鉬陽極和鉬陰極的導(dǎo)線通向密閉容器外后可與用電器相接。光照前，第一容器中盛放的含有4mM前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子的水溶液與第二 容器中盛放的水經(jīng)過放置一段時間后，陽離子交換膜兩側(cè)的離子的種類及濃度相同，第一 容器與第二容器中的離子處于相對平衡狀態(tài)，此時的電流值接近為零。當(dāng)在第一容器處加 15mffcm-2光后，光從第一容器側(cè)壁的透光處輻照到第一容器里的前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子 的水溶液，由于前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氫離子及陰離子，致使第一 容器中避光部分1處的含有4mM前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子的水溶液、透光部分2處的含有 4mM前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子光解后生成的陰離子和氫離子的水溶液與第二容器的水中的 氫離子和氫氧根離子濃度不相等，使第一容器與第二容器中的離子處于不平衡狀態(tài)。如圖 1所示，第一容器中的透光部分2處的前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子光解反應(yīng)后產(chǎn)生的部分氫 離子在濃度梯度的作用下經(jīng)含有-C00H酸性活基團的聚乙烯和含有-C00H酸性活性基團的 聚丙烯復(fù)合膜為陽離子交換膜向第二容器擴散，部分氫離子和陰離子分別在濃度梯度作用 下擴散到第一容器中的不能被光輻照的避光部分1處；與此同時，由第一容器的透光部分2 處擴散到第二容器3中的氫離子會進(jìn)一步擴散到第一容器的避光部分1之后再與從第一容 器的透光部分2處擴散過來的陰離子作用重新形成原始加入的光酸分子，最后導(dǎo)致第一容 器中的避光部分1處的光酸分子的濃度又會比第一容器中透光部分2處的光酸分子的濃度 高，因此在濃度梯度作用下，光酸分子又重新擴散到能被光輻照到的透光部分2處，致此完 成一個循環(huán)。在此循環(huán)過程中，置于含有-C00H酸性活基團的聚乙烯和含有-C00H酸性活 性基團的聚丙烯復(fù)合膜為陽離子交換膜兩側(cè)的鉬電極就會有電流及電勢產(chǎn)生，只要連續(xù)光 照使循環(huán)進(jìn)行就會有比較恒定的電流產(chǎn)生。其中，穩(wěn)定的電流值可達(dá)23微安，穩(wěn)定的電勢 值可達(dá)225毫伏。實驗中所用的電流及電勢的測量儀器分別為美國吉時利儀器公司的6487 皮安計和2482A電壓計。實施例8.使用同時含有-C00H酸性活基團的聚乙烯和含有-C00H酸性活性基團的聚丙烯復(fù) 合膜為陽離子交換膜；第一容器中盛放的光酸分子為前述式7結(jié)構(gòu)的飽和的光酸分子的水 溶液，其它條件同實施例1。請參見圖1和圖2。光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池包括作為光電化學(xué)池的密閉容器、只 允許光酸分子在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生的氫離子透過，而不允許光酸分子本身和光酸分子 在光照射后產(chǎn)生的陰離子透過的作為陽離子交換膜5的含有-C00H酸性活基團的聚乙烯和 含有-C00H酸性活性基團的聚丙烯復(fù)合膜為陽離子交換膜、在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生氫離 子的前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子(該光酸分子在圖1中以AH表示，AH分解后產(chǎn)生的陰離子用A_表示)以及鉬電極4。所述的含有-C00H酸性活基團的聚乙烯和含有-C00H酸性活性基團的聚丙烯復(fù)合 膜為陽離子交換膜與密閉容器的四個內(nèi)壁密封相連接，并且該含有-C00H酸性活基團的聚 乙烯和含有-C00H酸性活性基團的聚丙烯復(fù)合膜為陽離子交換膜將所述的密閉容器分成 體積不相等的第一容器和第二容器，此密閉容器由聚四氟乙烯材料制成，其中，第一容器與 第二容器的體積比為1/2 ；在第一容器中盛放的含有前述式7結(jié)構(gòu)的飽和的光酸分子的水 溶液，在第二容器中盛放有水。所述的前述式7結(jié)構(gòu)的飽和的光酸分子的水溶液是將前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子子 溶解在水中而配制。所述的密閉容器只有其中所述的第一容器的一側(cè)壁有一處地方能夠透光，使第一 容器里包含避光部分1和透光部分2，透過部分由石英玻璃制備，而其余密閉容器的壁為不 能透光，第一容器側(cè)壁能夠透光的部分面積占該側(cè)壁總面積的1/3 ；從側(cè)壁透光處透過的 光與含有-C00H酸性活基團的聚乙烯和含有-C00H酸性活性基團的聚丙烯復(fù)合膜為陽離子 交換膜成90度入射角；在第一容器中的透光部分處設(shè)置的電極為鉬陽極；在第二容器中設(shè)置的電極為鉬 陰極；所述的鉬陽極和鉬陰極的導(dǎo)線通向密閉容器外后可與用電器相接。 光照前，第一容器中盛放的含有前述式7結(jié)構(gòu)的飽和的光酸分子的水溶液與第 二容器中盛放的水經(jīng)過放置一段時間后，陽離子交換膜兩側(cè)的離子的種類及濃度相同，第 一容器與第二容器中的離子處于相對平衡狀態(tài)，此時的電流值接近為零。當(dāng)在第一容器處 加15mWcnT2光后，光從第一容器側(cè)壁的透光處輻照到第一容器里的前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分 子的水溶液，由于前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氫離子及陰離子，致使第 一容器中避光部分1處的含有前述式7結(jié)構(gòu)的飽和的光酸分子的水溶液、透光部分2處的 含有前述式7結(jié)構(gòu)的飽和的光酸分子光解后生成的陰離子和氫離子的水溶液與第二容器 的水中的氫離子和氫氧根離子濃度不相等，使第一容器與第二容器中的離子處于不平衡狀 態(tài)。如圖1所示，第一容器中的透光部分2處的前述式7結(jié)構(gòu)的光酸分子光解反應(yīng)后產(chǎn)生 的部分氫離子在濃度梯度的作用下經(jīng)含有-C00H酸性活基團的聚乙烯和含有-C00H酸性活 性基團的聚丙烯復(fù)合膜為陽離子交換膜向第二容器擴散，部分氫離子和陰離子分別在濃度 梯度作用下擴散到第一容器中的不能被光輻照的避光部分1處；與此同時，由第一容器的 透光部分2處擴散到第二容器3中的氫離子會進(jìn)一步擴散到第一容器的避光部分1之后再 與從第一容器的透光部分2處擴散過來的陰離子作用重新形成原始加入的光酸分子，最后 導(dǎo)致第一容器中的避光部分1處的光酸分子的濃度又會比第一容器中透光部分2處的光 酸分子的濃度高，因此在濃度梯度作用下，光酸分子又重新擴散到能被光輻照到的透光部 分2處，致此完成一個循環(huán)。在此循環(huán)過程中，置于含有-C00H酸性活基團的聚乙烯和含 有-C00H酸性活性基團的聚丙烯復(fù)合膜為陽離子交換膜兩側(cè)的鉬電極就會有電流及電勢 產(chǎn)生，只要連續(xù)光照使循環(huán)進(jìn)行就會有比較恒定的電流產(chǎn)生。其中，穩(wěn)定的電流值可達(dá)45 微安，穩(wěn)定的電勢值可達(dá)410毫伏。實驗中所用的電流及電勢的測量儀器分別為美國吉時 利儀器公司的6487皮安計和2482A電壓計。
權(quán)利要求
一種光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池，其包括作為光電化學(xué)池的密閉容器、陽離子交換隔膜、在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生氫離子和陰離子的光酸分子以及電極；其特征是所述的密閉容器中有與密閉容器的四個內(nèi)壁密封相連接的陽離子交換隔膜，并且該陽離子交換隔膜將所述的密閉容器分成體積不相等的第一容器和第二容器，其中，在第一容器中盛放有在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生氫離子和陰離子的光酸分子的水溶液，在第二容器中盛放有水；所述的密閉容器只有其中所述的第一容器的一側(cè)壁有部分地方能夠透光，且透過光與陽離子交換隔膜成90度入射角，其余密閉容器的壁為不能透光；在第一容器中的透光部分處設(shè)置有陽極或陰極；在第二容器中設(shè)置有陰極或陽極；并且第一容器中設(shè)置的陽極或陰極的導(dǎo)線通向第一容器外，對應(yīng)于第二容器中設(shè)置的陰極或陽極的導(dǎo)線通向第二容器外。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池，其特征是所述的電極材料是鉬 電極、銀/氯化銀電極或IT0電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池，其特征是所述的第一容器與第 二容器的體積比為1/10 1/2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池，其特征是所述的第一容器 側(cè)壁能夠透光的部分面積占該側(cè)壁總面積的1/10 1/3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池，其特征是所述的陽離子交換膜 只允許光酸分子在水中經(jīng)光誘導(dǎo)能夠產(chǎn)生的氫離子透過，而不允許光酸分子本身和光酸分 子在光照射后產(chǎn)生的陰離子透過。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池，其特征是所述的陽離子交 換膜是在膜結(jié)構(gòu)中含有酸性活性基團的陽離子交換膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池，其特征是所述的含有酸性活性 基團的陽離子交換膜是選自酸性活性基團磺酸化的、磷酸化的、羧酸化的或酚羥基化的聚 苯乙烯膜或全氟的聚苯乙烯膜，酸性活性基團磺酸化的、磷酸化的、羧酸化的或酚羥基化的 聚乙烯膜或全氟的聚乙烯膜，酸性活性基團磺酸化的、磷酸化的、羧酸化的或酚羥基化的聚 氯乙烯膜或全氟的聚氯乙烯膜，酸性活性基團磺酸化的、磷酸化的、羧酸化的或酚羥基化的 聚丙烯膜或全氟的聚丙乙烯膜所組成的組中至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池，其特征是所述的酸性活性基團 是-S03H活性基團、-opo3H2活性基團、-PO3H2活性基團、-C00H活性基團、酚羥基活性基團中 的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池，其特征是所述的光酸分子的水 溶液的濃度為1 P M 飽和溶液的濃度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、5或9所述的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池，其特征是所述的光酸分 子為在水溶液中及光照的作用下能夠發(fā)生光解反應(yīng)分解為氫離子及陰離子，且在避光條件 下氫離子又能夠與光酸分子光解產(chǎn)生的陰離子重新形成光解前的光酸分子。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池，其特征是所述的光酸分子為萘酚類光酸分子、芘酚類光酸分子或 中的一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池，其特征是所述的光酸分子為萘酚類光酸分子、芘酚類光酸分子或 中的一種。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池，其特征是所述的萘酚類光酸分子為 所述的芘酚類光酸分子為
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池，其特征是 所述的萘酚類光酸分子為 .所述的芘酚類光酸分子為
全文摘要
本發(fā)明屬于太陽能電池的設(shè)計及制備方法，涉及將太陽能和光酸分子聯(lián)合在一起的光誘導(dǎo)質(zhì)子化太陽能電池。本發(fā)明是在作為光電化學(xué)池的密閉容器中設(shè)置有陽離子交換隔膜，該隔膜將密閉容器分成體積不相等的第一容器和第二容器；在第一容器中盛放有光酸分子的水溶液，在第二容器中盛放有水；在第一容器的一側(cè)壁有部分地方能夠透光，且透過光與陽離子交換隔膜成90度入射角，其余密閉容器的壁為不能透光。本發(fā)明主要是利用光酸分子在光作用下發(fā)生光解反應(yīng)，所產(chǎn)生的氫離子濃度梯度經(jīng)過陽離子交換膜進(jìn)行離子交換而產(chǎn)生電流及電勢差對外做功；光酸分子光解后產(chǎn)生的離子濃度梯度實現(xiàn)了光酸分子和離子的內(nèi)部循環(huán)，此內(nèi)部循環(huán)保證了產(chǎn)生的電流持續(xù)和恒定。
文檔編號H01M6/36GK101872866SQ20091008255
公開日2010年10月27日 申請日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者宋延林, 江雷, 翟錦, 聶富強, 聞利平 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所