科普丨光解水制氢技术

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分享： 2024/08/27 10:01:49

在当今全球对可再生能源需求日益增长的背景下，光解水技术作为一种前沿的清洁能源生产方式，正逐渐引起人们的关注。光催化分解水制氢是从根本上解决能源危机和环境污染的途径之一，是众多光催化实验研究者近年来努力攻克的主要课题之一。如何能高效的获取光催化分解水制氢制氧实验成果，一套好的反应系统必不可少。‍

光解水是利用光能将水分子分解为氢气和氧气的过程。这一过程通常依赖于光催化剂，在光照条件下，通过吸收太阳光的能量，促进水分子的化学反应，从而实现氢气的生成。‍

光催化技术是通过光催化剂，利用光子能量将许多需要在苛刻条件下发生的化学反应，转化为可在温和环境下进行的先进技术。利用光催化技术分解水制氢，可以将低密度的太阳光能转化为高密度的化学能，在解决能源短缺问题上具有深远的应用场景。

美国能源部提出如果光催化分解水制氢的太阳能转换氢能效率达到10%，太阳能制氢成本（包括生产和运输）达到2~4美元/kg H2，这项技术就有可能走向大规模应用。

组成部分

光催化分解水的原理

水是一种相对稳定的化合物。水分解生成氢气和氧气的过程，是一个吉布斯自由能增加的过程（▲G>0），也就是说从热力学角度考虑，水分解反应是一个非自发反应，必须有外加能量才能进行。

光催化分解水制氢反应，就是利用光子的能量推动水分解反应的发生，然后转化为化学能。具有高能量的远紫外线（波长小于190nm）可以直接分解水，然而此类远紫外线难以到达地球表面，所以普通太阳光照射难以实现水分解制氢。

光催化分解水制氢是利用一些半导体材料如TiO2的吸光特性，实现光解水反应的发生。半导体材料在受到光子的激发后，会产生具有较强还原能力的光生电子，可以将吸附在半导体表面的质子或水分子还原为氢气，从而实现光催化分解水制氢。

shinsco产品展示

产品详情

近年来半导体行业的快速发展，超高纯316L不锈钢，符合SEMI F20标准，通过真空感应熔炼+真空自耗重熔（VIM+VAR），并使用特殊的工艺处理，对材料进行最大程度的提纯，进一步减少了材料中的的非金属夹杂物和气体成分。EP管（316L，VIM+VAR）是表面经过电解抛光处理，以提高产品内部的平滑性，并在金属表面形成富铬层以提高耐腐蚀性，电解抛光后的产品做钝化处理以去除游离铁离子。EP抛光产品经 SEM、 ESCA/XPS、AES分析，产品质量完全满足半导体协会 SEMI F20 标准。

基于EP抛光（316L，VIM+VAR）技术的发展，鑫视科shinsco采用国内优秀企业生产的EP管（316L，VIM+VAR）和EP自动阀门，替换了光催化活性评价系统的原有玻璃管路和阀门，并实现了PLC全面控制整套系统，实现了SSC-PCAE光催化活性评价系统的全自动化运行。

SSC-PCAE光催化活性评价系统(Photocatalytic activity evaluation system)沿用半导体行业的真空技术，将玻璃管路和阀门替换为EP管和EP自动阀，实现了整个系统的全自动控制实验过程，全自动在线采样分析，实现了实验中真正的全自动运行。SSC-PCAE光催化活性评价系统主要应用于光解水、全解水、电催化、光催化CO2还原、光催化固氮、光电催化气体产物分析、耐压釜式反应、催化反应的微量气体收集等。

产品优势

封闭反应的产物气体收集、采样、在线分析的一体化系统；
内置气体磁力增压泵，形成高强压差，实现气体快速混匀；
全系统耐压-14.6psi ~150psi，实现了从真空到10atm的压力覆盖；
应用半导体材料（TiO2、InO、C3N4、CdS等）催化剂的活性评价；
催化剂产氢、产氧、光解水的性能分析；
催化剂二氧化碳还原的性能分析；
系统可配和玻璃、石英、不锈钢、PEEK、PTFE等材料制备的反应器使用
可满足光电反应、气固反应、膜催化、多相反应等特殊实验要求；
系统管阀件全部采用EP（316L，VIM+VAR）管和EP阀，对气体无吸附；
系统即装即用，可兼容任意厂家气相色谱仪，无需额外增加进样阀门；
GC测试范围广，氢、氧、CO2、甲烷、CO、甲醛、C1-C5等微量气体；

参数配置

项目	SSC-PCAE-150光催化活性评价系统
系统真空度	-0.1MPa（-14.6psi）
系统耐压	-14.6psi ~150psi
管路材质	EP电解抛管（316L，VIM+VAR）；体积50ml±5
阀门	EP隔膜阀
玻璃反应器	100ml（标配）、250ml、25ml、50ml；石英通光
选配	316L不锈钢反应器、石英或蓝宝石通光
采样方式	全自动采样在线分析，可对接任意品牌色谱，GC无需加阀改装
控制方式	全面PLC数字化控制，10英寸触摸屏,可以实现与GC、光源、真空泵等辅助设备对接控制。
真空泵	反控自动启停，2L/s，含防倒吸电磁阀和单向隔膜阀，双重保护系统
测试精度	0.01ml& 0.1s
光源放置	光源可以根据需求置于体系前端或后端平台，易于反应器的更换和光源的取放；
测试范围	氢、氧、CO2、甲烷、CO、甲醛、乙醛等微量气体，H2、O2 >0.001ml；CO、CO2、CH4>1ppm；CH3OH、HCOOH、CH3CH2OH、CH3COOH>10ppm；
推荐配套设备	气相色谱： HF901（EPC+EPC），HF901A、岛津、安捷伦光源：SSC-PCX300-K25氙灯、SSC-LED300W LED光源、SSC-XS500-S21 光功率计：SSC-OPM2000