技术摘要：
本发明提供了一种光催化分解水反应高聚光系统及使用方法，系统包括光催化分解水循环子系统，所述光催化分解水循环子系统包括光催化分解水反应器、聚光光源、气液分离装置和反应液集中器；所述光催化分解水反应器包括上层的迎光板、中层的反应板和下层的冷却板；所述冷  全部
背景技术：
从1972年Fujishima和Honda报道TiO2单晶电极上的光解水产氢气现象以来，光电 化学分解水制氢以及随后发展起来的光催化分解水制氢已成为能源领域研究的热点。美国 能源部(DOE)报告指出太阳能光化学分解水制氢是最理想也是未来最主要的氢能生产技 术。光催化制氢技术经过近十年来的快速发展已取得了重大的进展，挑选出了许多高效稳 定的光催化剂。比如本课题组刘茂昌等人根据“碰撞理论”，利用悬浮的NiSx作为助催化剂 的Cd0.5Zn0.5S孪晶异质结，在Na2S/Na2SO3牺牲剂体系中，420nm处的光催化分解水制氢的量 子效率达到100％；日本Domen课题组在无牺牲剂体系中，采用GaN/ZnO固溶体光催化剂，在 420nm处的光催化完全分解水量子效率达到5.9％；美国Mi课题组，利用分子外延生长技术， 制备出GaN/InGaN纳米线，在400nm处的光催化完全分解水量子效率达到12.3％，太阳能-氢 能转换效率达到2.7％。 虽然，目前的研究成果距实际应用效率的目标还存在差距，即600nm处的太阳能- 氢能转换效率达到10％，但全世界众多科研工作者的积极关注，确实在推动着该领域持续 快速发展。然而值得注意的一点，自该领域成立并发展至今，研究的热点一直在于寻求高效 稳定的催化剂，而对于光催化系统的关注却少之又少。作为另一种太阳能的利用技术—— 太阳能光热转换技术的核心在于聚光，该技术已经成熟并应用实际生产中。而太阳能光催 化制氢却更倾向使用一个最多不超过几十个太阳光常数的光强。光强决定了参与光催化反 应的光子数，因此，发展几十至几百数量级的高聚光光催化反应系统，对于追求光催化反应 高能量转换效率是十分必要的。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于针对现阶段高聚光光催化分 解水反应系统能量转换效率不高的问题，追求更高效的能量转换效率，提供了一种光催化 分解水反应的高聚光系统及其使用方法。 为了达到上述目的，本发明所采用的的技术方案是： 一种光催化分解水反应高聚光系统，包括： 光催化分解水循环子系统，所述光催化分解水循环子系统包括光催化分解水反应 器、聚光光源、气液分离装置和反应液集中器；所述光催化分解水反应器包括上层的迎光 板、中层的反应板和下层的冷却板；所述冷却板和反应板之间设置有薄膜状光催化剂；所述 聚光光源设置在所述光催化分解水反应器的迎光板上方；所述光催化分解水反应器的反应 板、气液分离装置和反应液集中器的液体管路依次连接形成水循环回路；气液分离装置具 有气体出口。 3 CN 111545149 A 说　明　书 2/4 页 作为本发明的进一步改进，还包括冷却循环子系统，所述冷却循环子系统包括离 心泵和冷却液缓冲器；所述冷却板、冷却液缓冲器和离心泵的液体管路依次连接形成冷却 液循环回路。 作为本发明的进一步改进，还包括产物检测子系统，所述产物检测子系统包括真 空泵和气相色谱仪，所述气液分离装置的气体出口由真空泵将气体产物注射进入气相色谱 仪中进行检测。 作为本发明的进一步改进，所述气液分离装置由第一恒流泵将多余的液体泵入反 应液集中器中；所述反应液集中器由第二恒流泵将液体注入反应器的反应板中。 作为本发明的进一步改进，所述聚光光源最高具有200个太阳光亮常数。 作为本发明的进一步改进，所述迎光板为不锈钢材质，表面具有隔热涂层，并在中 心区域设置有透光窗，透光窗由石英玻璃覆盖。 作为本发明的进一步改进，所述反应板为聚四氟乙烯材质，反应板上表面设置有 反应池；并在对侧设有循环水口和温度探针口。 作为本发明的进一步改进，所述冷却板中心区域设有凸台用于固定样品位置，冷 却板为不锈钢材质，冷却板内部有微通道。 作为本发明的进一步改进，所述系统内流通液体的管道均为橡胶软管，流通气体 的管道均为硬质塑料管。 光催化分解水反应高聚光系统的使用方法，包括以下步骤： 将反应液集中器中的反应液通入反应器的反应板中；打开高聚光灯源，调整合适 的光强，进行光催化反应； 根据气液分离装置和反应液集中器中液面的变化，适时将多余的液体抽回反应液 集中器中。 和现有技术相比，本发明具有以下优点： 由于目前光催化分解水领域主要应用的光源，光照强度上限较低，最多不超过几 十个太阳光亮常数。基于实验研究的基础，本发明设计的实验系统包括光催化分解水循环 系统、产物检测系统和冷却循环系统，其具有以下优点：通过调控合适的循环速率，整个实 验系统可以实现自主循环运行；采用高光强模拟太阳光光源(～200个太阳光亮常数)，可用 于研究催化剂在高光强下的催化活性：新型板式反应器能够满足高光强下的反应需求，其 中迎光板表面的隔热图层能够屏蔽大量多余热量，带有微孔结构的冷却版和外部冷却循环 系统，保证光催化反应的稳定的反应温度。设计并搭建了具备高聚光光源光催化反应系统， 将光照强度提高至几百个太阳光亮常数，是研究光催化剂在高光强下催化分解水反应的重 要实践。 附图说明 以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以 充分地了解本发明的目的、特征和效果。 图1为本发明实施例高聚光系统流程示意图。 图2为本发明反应器迎光板明细图。 图3为本发明反应器反应板明细图。 4 CN 111545149 A 说　明　书 3/4 页 图4为本发明反应器冷却板明细图。 其中，1-光催化分解水反应器；2-高聚光灯源；3-手动阀门；4-气液分离装置；5-自 动阀门；6-真空泵；7-气象色谱仪；8-手动阀门；9恒流泵；10-反应液集中器；11-手动阀门； 12-恒流泵；13-离心泵；14-手动阀门；15-冷却液集中器；101-隔热涂层；102-透光窗；103- 迎光板；104-反应池；105-温度探针口；106-循环水口；107-反应板；108-凸台；109-冷却板。