【技术实现步骤摘要】
本申请涉及光电催化反应，具体涉及一种用于中子散射测试的光电催化反应池及其应用。
技术介绍
1、光电催化反应池是光与浸泡在电解液中的光电极实现光电催化反应的场所，将光能直接转化为化学能。在光电催化反应池中，光与电解液接触的半导体表面所产生的光生电子-空穴对被半导体/电解液结的电场分离，然后与电解液中的离子进行氧化还原反应。
2、中子散射测试能够获得催化过程中的中间产物和反应机制的直接信息；但是，传统的光电催化反应池存在材料中子透过率低、耐辐射性能差以及中子散射测试的实验过程中电解液易泄露等问题，这些限制了实验的精确性和安全性。同时由于光电催化反应主要发生在反应器的表面，而所需的信号，如中子散射信号，通常具有较小的散射截面；传统的光电催化反应池由于中子透过率低，会显著影响散射信号的质量和可检测性，从而影响中子散射测试实验的精确度。
3、此外，现有的光电催化反应池大部分为针对x射线信号或电磁波信号设计，而中子信号与x射线信号在性质上有显著差异。中子主要与原子核相互作用，而x射线则与电子云相互作用。因此，针对x射线设计的光电催化反应池无法直接适用于中子散射测试实验。
4、综上所述，目前尚未有特别针对中子散射测试的光电催化反应池，如何在光电催化过程中实时、准确、有效的进行中子散射测试，是光电催化反应
亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本申请的目的是提供一种改进的用于中子散射测试的光电催化反应池及其应用。
2、为了实现上述目的，本申请采用
3、本申请的一方面公开了一种用于中子散射测试的光电催化反应池，包括反应池主体，反应池主体的内部设计有相对封闭的电解液容纳腔和位于电解液容纳腔下方的气体室；电解液容纳腔和气体室通过透气疏水的薄膜分隔开；电解液容纳腔的侧壁上开设有电极槽通孔用于使电极伸入电解液容纳腔内；电极包括工作电极和对电极，或者还包括参比电极；电解液容纳腔的侧壁上与伸入电解液容纳腔的工作电极对应的侧壁处开设有光纤窗口，用于光源照射；反应池主体的顶部开设有与气体室连通的气体入口，反应池主体的侧壁开设有与气体室连通的气体出口；反应池主体的顶部位于电解液容纳腔正上方的位置具有凹槽，凹槽处的壁体比其他位置的壁体薄，作为中子出/入射路径。
4、其中，电解液容纳腔和气体室之间的透气疏水的薄膜是只允许气体通过，不允许液体通过的微孔膜。
5、需要说明的是，本申请的光电催化反应池，在连接好电极和反应用的气体后，电解液容纳腔和气体室呈密封状态，确保在光电催化反应期间电解液不泄漏；与此同时，通过减薄中子出/入射路径的区域，即凹槽设计，减小了壁体对中子的阻挡，有效提高中子透过率，从而实现对光电催化反应过程进行实时的，更准确、有效的中子散射测试，同时可以进行掠入射和反射式测试。
6、本申请的一种实现方式中，反应池主体采用一体成型结构，反应池主体采用中子能透过，且具有抗中子辐射的材料制备。
7、本申请的一种实现方式中，反应池主体采用聚四氟乙烯(缩写ptfe)制备。
8、需要说明的是，反应池主体的材料选择需要考虑到化学稳定性和物理耐用性，并且，需要具有较高的中子透过率和抗中子辐射性能，以确保长期使用的稳定性和化学惰性。聚四氟乙烯只是本申请的一种实现方式中，具体采用的高透过率和辐射抗性材料，原则上只要能够满足以上条件，即可用于本申请的光电催化反应池。
9、本申请的一种实现方式中，光纤窗口采用透光板密封。
10、本申请的一种实现方式中，透光板采用石英材料制备。
11、本申请的一种实现方式中，光纤窗口的盖板采用聚醚醚酮加工成圆环形，用于连接不同直径大小的光纤，从而控制入射光的强度。
12、本申请的一种实现方式中，电极槽通孔中用于连接工作电极和对电极的电极槽通孔设计有拆卸式的气管转接头，其中一个气管转接头作为电解液入口，另一个气管转接头作为电解液出口，以便于实时添加或排出电解液。
13、本申请的一种实现方式中，本申请的光电催化反应池还包括电解液循环系统，电解液循环系统通过驱动装置将外部的电解液经所述电解液入口泵入电解液容纳腔，再经所述电解液出口流出，确保电解液成分稳定。
14、本申请的一种实现方式中，气体入口包括独立连通气体室的载气入口和反应气入口。
15、本申请的一种实现方式中，气体室内设置挡板，使气体室内的流道构型为摆线型。
16、本申请的一种实现方式中，挡板为金属挡板。
17、本申请的一种实现方式中，挡板为钛金属挡板。
18、本申请的一种实现方式中，本申请的光电催化反应池还包括对光电催化反应过程中产生的中间产物进行实时监测的传感器和分析设备接口。
19、本申请的一种实现方式中，对光电催化反应过程中产生的中间产物进行实时监测的传感器为质谱仪，用于捕捉并分析催化过程中的气相产物。
20、本申请的一种实现方式中，分析设备接口为数据接口，用于实时传输实验数据至外部分析系统。
21、本申请的一种实现方式中，电解液容纳腔内还设置有若干个用于监控反应条件的传感器。
22、本申请的一种实现方式中，需要监控的反应条件包括ph值、温度和电解液流动情况中的至少一种。
23、本申请的另一面公开了本申请的光电催化反应池在光电催化反应的催化过程或催化机制的研究中的应用，光电催化反应包括水分解、二氧化碳还原、含氮化合物合成或有机物降解。
24、由于采用以上技术方案，本申请的有益效果在于：
25、本申请用于中子散射测试的光电催化反应池，光电催化反应在相对密封的电解液容纳腔内进行，通过顶部的凹槽设计，减薄中子出/入射路径的区域，减小壁体对中子的阻挡，提高中子透过率，从而实现对光电催化反应过程进行实时的，更准确、有效的中子散射测试，还可以进行掠入射和反射式测试。本申请的光电催化反应池，对光电催化技术的研究和应用具有重要的推动作用。
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1.一种用于中子散射测试的光电催化反应池，其特征在于：包括反应池主体(1)，反应池主体(1)的内部设计有相对封闭的电解液容纳腔和位于电解液容纳腔下方的气体室；
2.根据权利要求1所述的光电催化反应池，其特征在于：所述反应池主体(1)采用中子能透过，且具有抗中子辐射的材料制备；
3.根据权利要求1所述的光电催化反应池，其特征在于：所述光纤窗口采用透光板密封；
4.根据权利要求1所述的光电催化反应池，其特征在于：所述电极槽通孔中用于连接工作电极和对电极的电极槽通孔设计有拆卸式的气管转接头，其中一个气管转接头作为电解液入口，另一个气管转接头作为电解液出口，以便于实时添加或排出电解液。
5.根据权利要求4所述的光电催化反应池，其特征在于：还包括电解液循环系统，所述电解液循环系统通过驱动装置将外部的电解液经所述电解液入口泵入电解液容纳腔，再经所述电解液出口流出，确保电解液成分稳定。
6.根据权利要求1所述的光电催化反应池，其特征在于：所述气体入口(31)包括独立连通气体室的载气入口和反应气入口。
7.根据权利要求1所述
8.根据权利要求1-7任一项所述的光电催化反应池，其特征在于：还包括对光电催化反应过程中产生的中间产物进行实时监测的传感器和分析设备接口；
9.根据权利要求1-7任一项所述的光电催化反应池，其特征在于：所述电解液容纳腔内还设置有若干个用于监控反应条件的传感器；
10.权利要求1-9任一项所述的光电催化反应池在光电催化反应的催化过程或催化机制的研究中的应用，所述光电催化反应包括水分解、二氧化碳还原、含氮化合物合成或有机物降解。
...【技术特征摘要】
1.一种用于中子散射测试的光电催化反应池，其特征在于：包括反应池主体(1)，反应池主体(1)的内部设计有相对封闭的电解液容纳腔和位于电解液容纳腔下方的气体室；
2.根据权利要求1所述的光电催化反应池，其特征在于：所述反应池主体(1)采用中子能透过，且具有抗中子辐射的材料制备；
3.根据权利要求1所述的光电催化反应池，其特征在于：所述光纤窗口采用透光板密封；
4.根据权利要求1所述的光电催化反应池，其特征在于：所述电极槽通孔中用于连接工作电极和对电极的电极槽通孔设计有拆卸式的气管转接头，其中一个气管转接头作为电解液入口，另一个气管转接头作为电解液出口，以便于实时添加或排出电解液。
5.根据权利要求4所述的光电催化反应池，其特征在于：还包括电解液循环系统，所述电解液循环系统通过驱动装置将外部的电解液经所述电解液入口泵入...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘锋，沈志豪，楼子瑞，张明建，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：
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