光誘導氫氧根離子化太陽能電池的製作方法

2023-06-19 15:51:11 1

專利名稱：光誘導氫氧根離子化太陽能電池的製作方法
技術領域：
本發明屬於太陽能電池的設計及製備方法，具體涉及的是一種將太陽能和光致氫 氧根離子化物質(光鹼分子)聯合在一起的具有高效、清潔、可再生等優點的光誘導氫氧根 離子化太陽能電池。
背景技術：
能源與人類社會的生存和發展休戚相關，人類社會的高速發展伴隨著能源消耗 的急劇增加。然而礦藏資源的有限及燃燒後造成對環境的汙染，使得可再生新能源的開 發及應用成為各國政府經濟發展與安全建設追求的目標《Journal of Membrane Science 319(2008)214-222》。新能源如太陽能、潮汐能、風能、海洋能及生物質能由於具有清潔、可 再生、分布廣泛及儲量巨大等許多無可比擬的優勢而備受能源界的關注、開發及利用。近年 來，利用太陽能光伏發電的技術發展得相當迅猛，包括利用太陽能的單晶矽太陽能電池、多 晶矽太陽能電池、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，由於這 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 微納米分級結構的製備及其光電性能》。然而，單晶矽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》。如果設計出一種能將 太陽能和光敏分子兩者有機地結合在一起而得到一種新型光誘導氫氧根離子化電池，並使 其能夠規模化開發和使用，這種電池定將能成為未來的可再生清潔能源。基於以上思路，本發明設計將太陽能與在水中能離解出氫氧根離子的光鹼分子相 聯合，並且此光鹼分子經光誘導後產生的氫氧離子濃度能夠發生明顯的改變，採用持續在 電池的外部加光促使電池內部的光鹼分子和其光解後產生的氫氧根離子在電池內部的不 斷循環達到穩定電流產生的效果，從而提供一種光誘導氫氧根離子化太陽能電池，該電池 是一種具有清潔、可再生、經濟適用性強及不受空間位置限制，且能夠被廣泛使用的環保電 池。

發明內容
本發明的目的之一是為了解決不可再生一次能源的短缺問題以及燃燒後又對環 境造成二次汙染的問題，提供一種利用廉價的太陽能分解光鹼分子(光敏分子)產生陰陽 離子，並利用陰陽離子擴散方向和速度的不同，從而製備出可再生清潔環保的光誘導氫氧 根離子化太陽能電池。本發明的目的之二是為了提高傳統一次能源使用效率不高及一次能源不可再生 的問題。提供一種能夠將光鹼分子經光照發生光化學反應後產生的陰離子和陽離子及光 鹼分子在電池的內部進行循環，並使產生的電流持續恆定的光誘導氫氧根離子化太陽能電 池。本發明的光誘導氫氧根離子化太陽能電池是一種集太陽能和在水中經光誘導能夠產生氫氧根離子的光鹼分子聯合在一起的太陽能電池。該光誘導氫氧根離子化太陽能電 池包括光電化學池、陰離子交換膜、在水中經光誘導能夠產生氫氧根離子和陽離子的光鹼 分子以及電極。本發明的光電化學池實質上是一個密閉容器，所述的密閉容器中有與密閉容器的 四個內壁密封相連接的陰離子交換膜，並且該陰離子交換膜作為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光誘導能夠產 生氫氧根離子和陽離子的光鹼分子的水溶液，在第二容器中盛放有水；或
在第一容器中盛放有含有季銨鹽類型的表面活性劑和氯化鈉的在水中經光誘導 能夠產生氫氧根離子和陽離子的光鹼分子的水溶液；在第二容器中盛放有含有季銨鹽類型 的表面活性劑和氯化鈉的水溶液；或在第一容器中盛放有含有季銨鹽類型的表面活性劑和氯化鉀的在水中經光誘導 能夠產生氫氧根離子和陽離子的光鹼分子的水溶液；在第二容器中盛放有含有季銨鹽類型 的表面活性劑和氯化鉀的水溶液。所述的密閉容器只有其中所述的第一容器的一側壁有部分地方能夠透光(如圖1 和圖2中的附圖標記2所示)，且透過光與陰離子交換膜成90度入射角，其餘密閉容器的壁 為不能透光。在第一容器中的透光部分處設置有電極(陽極或陰極)；在第二容器中設置有電 極(陰極或陽極)；並且第一容器中的電極(陽極或陰極)的導線通向第一容器外，第二容 器中的電極(陽極或陰極)的導線通向第二容器外，兩在密閉容器外的導線可與用電器相接。所述的第一容器與第二容器的體積比為1/10 1/2。所述的第一容器側壁能夠透光的部分面積佔該側壁總面積的1/10 1/3。太陽光只能通過第一容器側壁的透光處輻照第一容器中的極少部分光鹼分子，而 絕大部分的光鹼分子在避光處存放，其原理如圖1所示。所述的陰離子交換膜只允許光鹼分子在水中經光誘導能夠產生的氫氧根離子透 過，而不允許光鹼分子本身和光鹼分子在光照射後產生的陽離子透過。所用的陰離子交換膜指的是在膜結構中含有鹼性活性基團的陰離子交換膜。該含 有鹼性活性基團的陰離子交換膜能選擇性地只讓陰離子透過，而不讓陽離子透過。所述的 鹼性活性基團選自強鹼性，如季銨型[-NR3OH、-NRR2OH]；弱鹼性，如伯胺型(-NH2)、仲胺型 (-NHR)、叔胺型(_NR2)等中的一種；其中R為脂肪烴取代基或芳香烴取代基，R2為2個脂肪 烴取代基、2個芳香烴取代基或1個為脂肪烴取代基1個為芳香烴取代基；R3為3個脂肪烴 取代基、3個芳香烴取代基、2個為脂肪烴取代基1個為芳香烴取代基、或1個為脂肪烴取代 基2個為芳香烴取代基。所述的脂肪烴是C2 C2(l的脂肪烴；所述的芳香烴是非稠環的C6 C3(l的芳香烴。所述的含有鹼性活性基團的陰離子交換膜優選選自鹼性活性基團胺化的聚苯乙 烯膜、鹼性活性基團胺化的聚乙烯膜、鹼性活性基團胺化的聚氯乙烯膜、鹼性活性基團胺化 的聚丙烯膜等所組成的組中的至少一種。所述的第一容器中只盛放有光鹼分子的水溶液，其光鹼分子的水溶液的濃度為 1 u M 飽和溶液的濃度。
所述的第一容器中盛放有含有季銨鹽類型的表面活性劑和氯化鈉或氯化鉀的光 鹼分子的水溶液中的光鹼分子的濃度為1 P M 飽和溶液的濃度，氯化鈉或氯化鉀的濃度 為1 ii M 6M，表面活性劑的濃度為1 y M 0. 2M。所述的第二容器中的含有季銨鹽類型的表面活性劑和氯化鈉或氯化鉀的水溶液 中的氯化鈉的濃度為1 P M 6M，表面活性劑的濃度為1 y M 0. 2M。所述的電極材料是鉬電極、銀/氯化銀電極或IT0電極等。所述的光鹼分子是選自能夠直接溶於水或在表面活性劑的作用下能夠溶於水的 光鹼分子中的一種。對於不能夠直接溶於水，需在表面活性劑的作用下才能夠溶於水的光鹼分子，是 將光鹼分子溶解在含有季銨鹽類型的表面活性劑和氯化鈉或氯化鉀的水中，其中，在水中 的季銨鹽類型的表面活性劑的濃度為1 P M 0. 2M，氯化鈉或氯化鉀的濃度為1 y M 6M， 光鹼分子的濃度為IpM 飽和溶液的濃度。即在光鹼分子的水溶液中，此光鹼分子在光照 的作用下發生光解反應後使光鹼分子的水溶液PH值能發生明顯的變化。所述的光鹼分子為在水溶液中或在含有季銨鹽類型的表面活性劑和氯化鈉或氯 化鉀的水溶液中經光的照射作用下能夠發生光解反應分解為氫氧根離子及陽離子，且在避 光條件下氫氧根離子又能夠與光鹼分子光解產生的陽離子重新形成光解前的光鹼分子。所述的在季銨鹽類型的表面活性劑的作用下能夠溶於水的光鹼分子是具有以下 結構的三芳胺光鹼分子 所述的能夠直接溶於水的光鹼分子是具有以下結構的三芳胺光鹼分子 所述的季銨鹽類型的表面活性劑選自十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯 化銨、十二烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基氯化銨等所組成的組中的至少一種。本發明主要是利用光鹼分子在光作用下發生光解反應，所產生氫氧根離子的濃度 梯度經過陰離子交換膜進行氫氧根離子交換而產生電流及電勢差對外做功；此過程中始終 利用光能激發光鹼分子並利用光鹼分子光解後產生的離子濃度梯度從而實現光鹼分子和 離子的內部循環，此內部循環保證了產生的電流持續和恆定。如圖1所示。第一容器中的光鹼分子有部分不能被光輻照到，如圖1中的避光部分 1的光鹼分子；有部分能被光輻照到，如圖1中的透光部分2的光鹼分子；能被光輻照的光 鹼分子，其光解後產生的部分氫氧根離子及所有光解後產生的陽離子向避光部分1擴散， 而另一部分光解產生的部分氫氧根離子則通過陰離子交換膜向第二容器擴散，致使第二容 器中的氫氧根離子的濃度增大，而光解後產生的陽離子及向避光部分1擴散的部分氫氧根 離子到達避光部分1後，其中的氫氧根離子和從第二容器擴散來的氫氧根離子匯合與陽離 子反應並重新形成原始加入的光鹼分子，此時避光部分1的光鹼分子濃度遠遠大於透光部 分2的光鹼分子濃度，因此，光鹼分子從避光部分1向透光部分2轉移，從而在第一容器中 形成一個內循環迴路，此內循環迴路是保持輸出電流持續和恆定的基礎和保證。對於電池 中的光鹼分子來說，要求其能夠直接溶於水或在含有季銨鹽類型的表面活性劑和氯化鈉或 氯化鉀的作用下溶於水，其中，不能直接溶解於水中的光鹼分子，則將光鹼分子溶解在含有 季銨鹽類型的表面活性劑和氯化鈉或氯化鉀的水中，其中，季銨鹽類型的表面活性劑和氯 化鈉或氯化鉀的光鹼分子的水溶液中的光鹼分子的濃度為1 P M 飽和溶液的濃度，氯化 鈉或氯化鉀的濃度為1 P M 6M，表面活性劑的濃度為1 y M 0. 2M。即在光鹼分子的水溶 液中，此光鹼分子在光照的作用下發生光解反應後使光鹼分子的水溶液PH值能發生明顯的變化，避光部分的氫氧根離子還能與光鹼分子產生的陽離子重新形成光鹼分子。電極材 料採用鉬電極、銀/氯化銀電極、IT0電極等中的任意兩種組合，優選採用化學穩定性極高 的鉬電極。該光誘導氫氧根離子化太陽能電池的工作原理為太陽光照射只盛放有光鹼分 子的水溶液的第一容器之前，或太陽光照射盛放有含有季銨鹽類型的表面活性劑和氯化鈉 或氯化鉀的光鹼分子的水溶液的第一容器之前，陰離子交換膜兩側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於相對平衡狀態；當太陽光照射盛放有光鹼分 子的水溶液或盛放有含有季銨鹽類型的表面活性劑和氯化鈉或氯化鉀的光鹼分子的水溶 液的第一容器中的透光部分2時，光輻照到的光鹼分子在光的作用下發生光解反應，產生 氫氧根離子的濃度梯度通過陰離子交換膜交換到第二容器中，與此同時光解反應產生的陽 離子和部分氫氧根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 中的氫氧根離子也會在濃度梯度的作用下向避光部分1擴散，最終氫氧根離子和陽離子在 第一容器中的避光部分1形成原始使用的光鹼分子，第一容器中避光部分1的光鹼分子濃 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，光鹼分子從避光部分1 向透光部分2轉移，從而在第一容器中形成一個內循環迴路，由此完成一個循環。在此循環 過程中，置於陰離子交換膜兩側的電極就會有電流及電勢產生，只要連續光照使循環進行 就會有比較恆定的電流產生。其工作原理見圖1。本發明的光誘導氫氧根離子化太陽能電池與傳統薄膜太陽能電池不同，主要是利 用光鹼分子在光的作用下發生光化學反應，之後形成氫氧根離子濃度梯度和陽離子的濃度 梯度，形成的氫氧根離子濃度梯度經過陰離子交換膜輸運帶電荷的氫氧根離子從而實現了 把分子動能轉變成電能的過程，而陽離子則與擴散過來的氫氧根離子重新形成原始的光鹼 分子，重新形成的光鹼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 ；連續進 行光照及不斷產生的氫氧根離子和光鹼分子的內部循環運動是實現可再生、持續發電的基 石出。本發明的光誘導氫氧根離子化太陽能電池能夠有效地解決工農業生產中的大量 的電力緊張以及根本無電的邊疆和山區的用電問題，只要光鹼分子在太陽光作用下發生光 解反應產生的氫氧根離子經過陰離子交換膜就可以發生交換作用而發電。本發明的光誘導氫氧根離子化太陽能電池的特點是，不受外界動力和能源的束 縛，僅用太陽光照射光鹼分子發生光化學分解反應就可以發電。且不受空間限制，應用前景 非常廣闊。本發明的光誘導氫氧根離子化太陽能電池，是利用太陽能分解光鹼分子產生濃度 梯度的這種發電方式與傳統的薄膜太陽能電池相比，成本低。本發明的光誘導氫氧根離子 化太陽能電池在新能源的開發方面更加具有創新性和應用價值。利用光鹼分子在光的作用下產生氫氧根離子濃度梯度，再利用氫氧根離子交換原 理形成電勢差，經外電路直接產生電能而製成本發明的電池，其經濟性，環保性，可再生性 效果好。由於太陽光照射後在電化學池的內部能夠實現離子及光鹼分子的循環運動，所以 使產生電流恆定且能不斷向外輸出。可應用於工業、農業、國防、交通、科研以及民用等行 業。特別對於偏遠的電力設施不很完備的地區使用該電池更有現實意義。本發明將太陽能與光鹼分子聯合起來製備得到的光誘導氫氧根離子化太陽能電 池具有來源廣泛、清潔、可再生等特性。


圖1.本發明光誘導氫氧根離子化太陽能電池的原理示意圖。圖2.本發明光誘導氫氧根離子化太陽能電池的結構示意圖。圖3.光鹼分子在光照過程中產生的電流隨時間變化關係曲線。圖4.光鹼分子在光照過程中產生的電壓與時間變化關係曲線。附圖標記1.避光部分4.電極B0H 光鹼分子
具體實施例方式實施例1.請參見圖1和圖2。光誘導氫氧根離子化太陽能電池包括作為光電化學池的密閉 容器、只允許光鹼分子在水中經光誘導能夠產生的氫氧根離子透過，而不允許光鹼分子本 身和光鹼分子在光照射後產生的陽離子透過的作為陰離子交換膜5的含有-N+(CH3)30H_強 鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜、在水中經光誘導能夠產生氫氧根離子的前述式1結構的 三芳胺光鹼分子(該光鹼分子在圖1中以B0H表示，B0H分解後產生的陽離子用B+表示) 以及鉬電極4。所述的含有-N+(CH3)30H_強鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜與密閉容器的四個內 壁密封相連接，並且該陰離子交換膜作為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，此密閉容器由聚四氟乙烯材料製成，其中，第一容器與第二容器的體積比為 1/2 ；在第一容器中盛放有含有0. 2mM氯化鈉、0. 1M十六烷基三甲基溴化銨和0. 48mM的前 述式1結構的三芳胺光鹼分子的水溶液，在第二容器中盛放含有0. 2mM氯化鈉和0. 1M十六 烷基三甲基溴化銨的水溶液。所述的含有0. 48mM前述式1結構的三芳胺光鹼分子的水溶液是將前述式1結構 的三芳胺光鹼分子溶解在含有0. 1M十六烷基三甲基溴化銨和0. 2mM氯化鈉的水中配製而 成。所述的密閉容器只有其中所述的第一容器的一側壁有一處地方能夠透光，使第一 容器裡包含避光部分1和透光部分2，透過部分由石英玻璃製備，而其餘密閉容器的壁為不 能透光，第一容器側壁能夠透光的部分面積佔該側壁總面積的1/3 ；從側壁透光處透過的 光與含有-N+(CH3)30H_強鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜成90度入射角。在第一容器中的透光部分處設置的電極為鉬陽極；在第二容器中設置的電極為鉬 陰極；所述的鉬陽極和鉬陰極的導線通向密閉容器外後可與用電器相接。光照前，第一容器中盛放的含有0.2mM氯化鈉、0. 1M十六烷基三甲基溴化銨和 0. 48mM的前述式1結構的三芳胺光鹼分子的水溶液與第二容器中盛放的含有0. 2mM氯化鈉 和0. 1M十六烷基三甲基溴化銨的水溶液經過放置一段時間後，含有-N+(CH3)30H_強鹼性基 團的聚乙烯陰離子交換膜兩側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 離子處於相對平衡狀態，此時的電流值接近為零。當在第一容器處加15mWcnT2光照後，光從
2.透光部分3.第二容器
5.陰離子交換膜 6.光源
B+ 光鹼分子分解後產生的陽離子第一容器側壁的透光處輻照到第一容器裡的前述式1結構的三芳胺光鹼分子，由於前述式 1結構的三芳胺光鹼分子發生光化學反應產生氫氧根離子及陽離子，致使第一容器中避光 部分1處的同時含有0. 1M十六烷基三甲基溴化銨、0. 2mM氯化鈉和0. 48mM前述式1結構的 三芳胺光鹼分子的水溶液，及透光部分2處的同時含有0. 1M十六烷基三甲基溴化銨、0. 2mM 氯化鈉和在光照作用下使0. 48mM前述式1結構的三芳胺光鹼分子光解後生成的陽離子和 氫氧根離子的水溶液，與第二容器中的含有0. 1M十六烷基三甲基溴化銨和0. 2mM氯化鈉的 水溶液中的陽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於不平衡 狀態。如圖1所示，第一容器中的透光部分2處的前述式1結構的三芳胺光鹼分子光解反 應後產生的部分氫氧根離子在濃度梯度的作用下經含有-礦(CH3)30H_強鹼性基團的聚乙烯 陰離子交換膜向第二容器擴散，部分氫氧根離子和陽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中的氫氧根離子會進一步由第二容器擴散到第一容器的避光部分1處，之後再 與從第一容器的透光部分2處擴散過來的陽離子作用重新形成原始加入的光鹼分子，最後 導致第一容器中的避光部分1處的光鹼分子的濃度又會比第一容器中透光部分2處的光鹼 分子的濃度高，因此在濃度梯度作用下，光鹼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。在此循環過程中，置於含有_礦(013)30『強鹼性基團的聚乙烯陰離 子交換膜兩側的鉬電極就會有電流及電勢產生，只要連續光照使循環進行就會有比較恆定 的電流產生。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表示此光誘導氫氧根離子化太陽能電池的光電流隨時間變化關係曲線圖避 光保存時，第一容器中盛放的含有0. 2mM氯化鈉、0. 1M十六烷基三甲基溴化銨和0. 48mM的 前述式1結構的三芳胺光鹼分子的水溶液與第二容器中盛放的含有0. 2mM氯化鈉和0. 1M 十六烷基三甲基溴化銨的水溶液經過放置一段時間後，含有-N+(CH3)3OH_強鹼性基團的聚 乙烯陰離子交換膜兩側溶液中的離子的種類及濃度相同，離子處於相對平衡狀態，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逐漸變大， 最大值達到100微安，說明光照時前述式1結構的三芳胺光鹼分子發生了光解反應，光解反 應產生的氫氧根離子在濃度梯度作用下實現跨膜運輸，所以逐漸產生很大的電流；隨著輻 照時間的增長，光解產生的氫氧根離子濃度梯度逐漸降低並最後穩定，光照時間繼續延長， 電流基本保持不變，為20微安。圖4表示此光誘導氫氧根離子化太陽能電池的電勢隨時間變化關係曲線圖避光 保存時，第一容器中盛放的含有0. 2mM氯化鈉、0. 1M十六烷基三甲基溴化銨和0. 48mM的 前述式1結構的三芳胺光鹼分子的水溶液與第二容器中盛放的含有0. 2mM氯化鈉和0. 1M 十六烷基三甲基溴化銨的水溶液經過放置一段時間後，含有-N+(CH3)3OH_強鹼性基團的聚 乙烯陰離子交換膜兩側溶液中的離子的種類及濃度相同，離子處於相對平衡狀態，此時電 勢接近於零。光照同時測電勢，15mWcnT2光照，電勢隨著光照時間的延長電勢逐漸變大，說 明光照時前述式1結構的三芳胺光鹼分子發生了光解反應，光解反應產生的氫氧根離子 在濃度梯度作用下實現跨膜運輸，一段時間後，在含有-N+(CH3)30H_強鹼性基團的聚乙烯 陰離子交換膜兩側溶液中的帶相反電荷的離子濃度達到一最大穩定值，其產生的相應電 勢值約為0. 55伏；隨著輻照時間的增長，光解產生的氫氧根離子濃度梯度逐漸降低，但含有-N+(CH3)30H_強鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜兩側溶液中的帶相反電荷的離子卻基本 處於相對平衡狀態，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，同時使第一容器與第二容器中氯化鉀 的濃度配成6M，其它條件同實施例1。請參見圖1和圖2。光誘導氫氧根離子化太陽能電池包括作為光電化學池的密閉 容器、只允許光鹼分子在水中經光誘導能夠產生的氫氧根離子透過，而不允許光鹼分子本 身和光鹼分子在光照射後產生的陽離子透過的作為陰離子交換膜5的含有-礦(013)3011-強 鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜、在水中經光誘導能夠產生氫氧根離子的前述式1結構的 三芳胺光鹼分子(該光鹼分子在圖1中以B0H表示，B0H分解後產生的陽離子用B+表示) 以及鉬電極4。所述的含有-N+(CH3)30H_強鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜與密閉容器的四個內 壁密封相連接，並且該陰離子交換膜作為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，此密閉容器由聚四氟乙烯材料製成，其中，第一容器與第二容器的體積比為 1/10 ；在第一容器中盛放有含有6M氯化鉀、0. 1M十六烷基三甲基溴化銨和0. 48mM的前述 式1結構的三芳胺光鹼分子的水溶液，在第二容器中盛放含有6M氯化鉀和0. 1M十六烷基 三甲基溴化銨的水溶液。所述的含有0. 48mM前述式1結構的三芳胺光鹼分子的水溶液是將前述式1結構 的三芳胺光鹼分子溶解在含有0. 1M十六烷基三甲基溴化銨和6M氯化鉀的水中配製而成。所述的密閉容器只有其中所述的第一容器的一側壁有一處地方能夠透光，使第一 容器裡包含避光部分1和透光部分2，透過部分由石英玻璃製備，而其餘密閉容器的壁為不 能透光，第一容器側壁能夠透光的部分面積佔該側壁總面積的1/3 ；從側壁透光處透過的 光與含有-N+(CH3)30H_強鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜成90度入射角。在第一容器中的透光部分處設置的電極為鉬陽極；在第二容器中設置的電極為鉬 陰極；所述的鉬陽極和鉬陰極的導線通向密閉容器外後可與用電器相接。光照前，第一容器中盛放的含有6M氯化鉀、0. 1M十六烷基三甲基溴化銨和0. 48mM 的前述式1結構的三芳胺光鹼分子的水溶液與第二容器中盛放的含有6M氯化鉀和0. 1M 十六烷基三甲基溴化銨的水溶液經過放置一段時間後，含有_礦(013)3011_強鹼性基團的聚 乙烯陰離子交換膜兩側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 於相對平衡狀態，此時的電流值接近為零。當在第一容器處加15mWcnT2光照後，光從第一 容器側壁的透光處輻照到第一容器裡的前述式1結構的三芳胺光鹼分子，由於前述式1結 構的三芳胺光鹼分子發生光化學反應產生氫氧根離子及陽離子，致使第一容器中避光部分 1處的同時含有0. 1M十六烷基三甲基溴化銨、6M氯化鉀和0. 48mM前述式1結構的三芳胺 光鹼分子的水溶液，及透光部分2處的同時含有0. 1M十六烷基三甲基溴化銨、6M氯化鉀和 在光照作用下使0. 48mM前述式1結構的三芳胺光鹼分子光解後生成的陽離子和氫氧根離 子的水溶液，與第二容器中的含有0. 1M十六烷基三甲基溴化銨和6M氯化鉀的水溶液中的 陽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於不平衡狀態。如圖 1所示，第一容器中的透光部分2處的前述式1結構的三芳胺光鹼分子光解反應後產生的 部分氫氧根離子在濃度梯度的作用下經含有_礦(013)3011_強鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜向第二容器擴散，部分氫氧根離子和陽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 的氫氧根離子會進一步由第二容器擴散到第一容器的避光部分1處，之後再與從第一容器 的透光部分2處擴散過來的陽離子作用重新形成原始加入的光鹼分子，最後導致第一容器 中的避光部分1處的光鹼分子的濃度又會比第一容器中透光部分2處的光鹼分子的濃度 高，因此在濃度梯度作用下，光鹼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。在此循環過程中，置於含有-n+(ch3)3oh_強鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜 兩側的鉬電極就會有電流及電勢產生，只要連續光照使循環進行就會有比較恆定的電流產 生。其中，穩定的電流值可達13微安，穩定的電勢值可達0. 18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.第一容器與第二容器的體積比為1/2，改變側壁透光面積使能夠透光的部分面積 佔該側壁總面積的1/10，同時使第一容器與第二容器中的0. 1M十六烷基三甲基溴化銨改 變為0. 2M十二烷基三甲基氯化銨，同時使第一容器中的前述式1結構的三芳胺光鹼分子的 濃度降低至ipm，其它條件同實施例1。請參見圖1和圖2。光誘導氫氧根離子化太陽能電池包括作為光電化學池的密閉 容器、只允許光鹼分子在水中經光誘導能夠產生的氫氧根離子透過，而不允許光鹼分子本 身和光鹼分子在光照射後產生的陽離子透過的作為陰離子交換膜5的含有-礦(013)3011-強 鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜、在水中經光誘導能夠產生氫氧根離子的前述式1結構的 三芳胺光鹼分子(該光鹼分子在圖1中以b0h表示，b0h分解後產生的陽離子用b+表示) 以及鉬電極4。所述的含有-n+(ch3)30h_強鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜與密閉容器的四個內 壁密封相連接，並且該陰離子交換膜作為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，此密閉容器由聚四氟乙烯材料製成，其中，第一容器與第二容器的體積比為 1/2 ；在第一容器中盛放有含有0. 2mm氯化鈉、0. 2m十二烷基三甲基氯化銨和1 p m的前述 式1結構的三芳胺光鹼分子的水溶液，在第二容器中盛放含有0. 2mm氯化鈉和0. 2m十二烷 基三甲基氯化銨的水溶液。所述的含有1 y m前述式1結構的三芳胺光鹼分子的水溶液是將前述式1結構的 三芳胺光鹼分子溶解在含有0. 2m十二烷基三甲基氯化銨和0. 2mm氯化鈉的水中配製而成。所述的密閉容器只有其中所述的第一容器的一側壁有一處地方能夠透光，使第一 容器裡包含避光部分1和透光部分2，透過部分由石英玻璃製備，而其餘密閉容器的壁為不 能透光，第一容器側壁能夠透光的部分面積佔該側壁總面積的1/10 ；從側壁透光處透過的 光與含有_礦(013)3011_強鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜成90度入射角。在第一容器中的透光部分處設置的電極為鉬陽極；在第二容器中設置的電極為鉬 陰極；所述的鉬陽極和鉬陰極的導線通向密閉容器外後可與用電器相接。光照前，第一容器中盛放的含有0. 2mm氯化鈉、0. 2m十二烷基三甲基氯化銨和 1 u m的前述式1結構的三芳胺光鹼分子的水溶液與第二容器中盛放的含有0. 2mm氯化鈉 和0. 2m十二烷基三甲基氯化銨的水溶液經過放置一段時間後，含有-n+(ch3)30h_強鹼性基 團的聚乙烯陰離子交換膜兩側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於相對平衡狀態，此時的電流值接近為零。當在第一容器處加15mWcnT2光照後，光從 第一容器側壁的透光處輻照到第一容器裡的前述式1結構的三芳胺光鹼分子，由於前述式 1結構的三芳胺光鹼分子發生光化學反應產生氫氧根離子及陽離子，致使第一容器中避光 部分1處的同時含有0. 2M十二烷基三甲基氯化銨、0. 2mM氯化鈉和1 y M前述式1結構的 三芳胺光鹼分子的水溶液，及透光部分2處的同時含有0. 2M十二烷基三甲基氯化銨、0. 2mM 氯化鈉和在光照作用下使1 P M前述式1結構的三芳胺光鹼分子光解後生成的陽離子和氫 氧根離子的水溶液，與第二容器中的含有0. 2M十二烷基三甲基氯化銨和0. 2mM氯化鈉的水 溶液中的陽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於不平衡狀 態。如圖1所示，第一容器中的透光部分2處的前述式1結構的三芳胺光鹼分子光解反應 後產生的部分氫氧根離子在濃度梯度的作用下經含有-N+(CH3)3OH_強鹼性基團的聚乙烯陰 離子交換膜向第二容器擴散，部分氫氧根離子和陽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中的氫氧根離子會進一步由第二容器擴散到第一容器的避光部分1處，之後再與從 第一容器的透光部分2處擴散過來的陽離子作用重新形成原始加入的光鹼分子，最後導致 第一容器中的避光部分1處的光鹼分子的濃度又會比第一容器中透光部分2處的光鹼分子 的濃度高，因此在濃度梯度作用下，光鹼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。在此循環過程中，置於含有-N+(CH3)30H_強鹼性基團的聚乙烯陰離子交 換膜兩側的鉬電極就會有電流及電勢產生，只要連續光照使循環進行就會有比較恆定的電 流產生。其中，穩定的電流值可達11微安，穩定的電勢值可達0.11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.使用含有-N+ph (CH3) 20H_強鹼性基團的聚乙烯和含有-N+ph (CH3) 20H_強鹼性基團 的聚丙烯複合的陰離子交換膜，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。其中ph為苯。請參見圖1和圖2。光誘導氫氧根離子化太陽能電池包括作為光電化學池 的密閉容器、只允許光鹼分子在水中經光誘導能夠產生的氫氧根離子透過，而不允許 光鹼分子本身和光鹼分子在光照射後產生的陽離子透過的作為陰離子交換膜5的含 有-礦ph (ch3) 2or強鹼性基團的聚乙烯和含有-N+ph (ch3) 2or強鹼性基團的聚丙烯複合的 陰離子交換膜、在水中經光誘導能夠產生氫氧根離子的前述式1結構的三芳胺光鹼分子 (該光鹼分子在圖1中以B0H表示，B0H分解後產生的陽離子用B+表示)以及銀/氯化銀 電極4。所述的含有-N+ph (CH3) 20H_強鹼性基團的聚乙烯和含有-N+ph (CH3) 20H_強鹼性基 團的聚丙烯複合的陰離子交換膜與密閉容器的四個內壁密封相連接，並且該陰離子交換 膜作為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，此密閉容器由聚 四氟乙烯材料製成，其中，第一容器與第二容器的體積比為1/2 ；在第一容器中盛放有含有 0. 2mM氯化鈉、0. 1M十六烷基三甲基溴化銨和0. 48mM的前述式1結構的三芳胺光鹼分子的 水溶液，在第二容器中盛放含有0. 2mM氯化鈉和0. 1M十六烷基三甲基溴化銨的水溶液。所述的含有0. 48mM前述式1結構的三芳胺光鹼分子的水溶液是將前述式1結構 的三芳胺光鹼分子溶解在含有0. 1M十六烷基三甲基溴化銨和0. 2mM氯化鈉的水中配製而成。所述的密閉容器只有其中所述的第一容器的一側壁有一處地方能夠透光，使第一 容器裡包含避光部分1和透光部分2，透過部分由石英玻璃製備，而其餘密閉容器的壁為不 能透光，第一容器側壁能夠透光的部分面積佔該側壁總面積的1/3 ；從側壁透光處透過的 光與含有-N+ph (ch3) 2or強鹼性基團的聚乙烯和含有-N+ph (ch3) 2or強鹼性基團的聚丙烯 複合的陰離子交換膜成90度入射角。在第一容器中的透光部分處設置的電極為銀/氯化銀陽極；在第二容器中設置的 電極為銀/氯化銀陰極；所述的銀/氯化銀陽極和銀/氯化銀陰極的導線通向密閉容器外 後可與用電器相接。光照前，第一容器中盛放的含有0.2mM氯化鈉、0. 1M十六烷基三甲基溴化銨和 0. 48mM的前述式1結構的三芳胺光鹼分子的水溶液與第二容器中盛放的含有0. 2mM氯化鈉 和0. 1M十六烷基三甲基溴化銨的水溶液經過放置一段時間後，含有-N+ph (CH3)20H_強鹼性 基團的聚乙烯和含有-N+ph(CH3)20H_強鹼性基團的聚丙烯複合的陰離子交換膜兩側溶液中 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於相對平衡狀態，此時的電流 值接近為零。當在第一容器處加15mWcm_2光照後，光從第一容器側壁的透光處輻照到第一 容器裡的前述式1結構的三芳胺光鹼分子，由於前述式1結構的三芳胺光鹼分子發生光化 學反應產生氫氧根離子及陽離子，致使第一容器中避光部分1處的同時含有0. 1M十六烷基 三甲基溴化銨、0. 2mM氯化鈉和0. 48mM前述式1結構的三芳胺光鹼分子的水溶液，及透光 部分2處的同時含有0. 1M十六烷基三甲基溴化銨、0. 2mM氯化鈉和在光照作用下使0. 48mM 前述式1結構的三芳胺光鹼分子光解後生成的陽離子和氫氧根離子的水溶液，與第二容器 中的含有0. 1M十六烷基三甲基溴化銨和0. 2mM氯化鈉的水溶液中的陽離子和氫氧根離子 濃度不相等，使第一容器與第二容器中的離子處於不平衡狀態。如圖1所示，第一容器中的 透光部分2處的前述式1結構的三芳胺光鹼分子光解反應後產生的部分氫氧根離子在濃度 梯度的作用下經含有-N+ph(CH3)20H_強鹼性基團的聚乙烯和含有-N^WCH^OH—強鹼性基 團的聚丙烯複合的陰離子交換膜向第二容器擴散，部分氫氧根離子和陽離子分別在濃度梯 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中的氫氧根離子會進一步由第二容器擴散到第一容器的避光 部分1處，之後再與從第一容器的透光部分2處擴散過來的陽離子作用重新形成原始加入 的光鹼分子，最後導致第一容器中的避光部分1處的光鹼分子的濃度又會比第一容器中透 光部分2處的光鹼分子的濃度高，因此在濃度梯度作用下，光鹼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。在此循環過程中，置於含有-N^wogwH-強 鹼性基團的聚乙烯和含有-N+ph(CH3)20H_強鹼性基團的聚丙烯複合的陰離子交換膜兩側的 銀/氯化銀電極就會有電流及電勢產生，只要連續光照使循環進行就會有比較恆定的電流 產生。其中，穩定的電流值可達67微安，穩定的電勢值可達0.42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.請參見圖1和圖2。光誘導氫氧根離子化太陽能電池包括作為光電化學池的密閉 容器、只允許光鹼分子在水中經光誘導能夠產生的氫氧根離子透過，而不允許光鹼分子本 身和光鹼分子在光照射後產生的陽離子透過的作為陰離子交換膜5的含有-礦(013)3011-強鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜、在水中經光誘導能夠產生氫氧根離子的前述式4結構的 三芳胺光鹼分子(該光鹼分子在圖1中以BOH表示，BOH分解後產生的陽離子用B+表示) 以及鉬電極4。所述的含有-N+(CH3)3OF強鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜與密閉容器的四個內 壁密封相連接，並且該陰離子交換膜作為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，此密閉容器由聚四氟乙烯材料製成，其中，第一容器與第二容器的體積比為 1/2 ；在第一容器中盛放有含有0. 48mM的前述式4結構的三芳胺光鹼分子的水溶液，在第二 容器中盛放水。所述的含有0. 48mM前述式4結構的三芳胺光鹼分子的水溶液是將前述式4結構 的三芳胺光鹼分子溶解在水中配製而成。所述的密閉容器只有其中所述的第一容器的一側壁有一處地方能夠透光，使第一 容器裡包含避光部分1和透光部分2，透過部分由石英玻璃製備，而其餘密閉容器的壁為不 能透光，第一容器側壁能夠透光的部分面積佔該側壁總面積的1/3 ；從側壁透光處透過的 光與含有-N+(CH3)3OF強鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜成90度入射角。在第一容器中的透光部分處設置的電極為鉬陽極；在第二容器中設置的電極為鉬 陰極；所述的鉬陽極和鉬陰極的導線通向密閉容器外，可與用電器相接。光照前，第一容器中盛放的含有0. 48mM的前述式4結構的三芳胺光鹼分子的水溶 液與第二容器中盛放的水經過放置一段時間後，含有-N+(CH3)3OH-強鹼性基團的聚乙烯陰 離子交換膜兩側溶液中 的氫離子和氫氧根離子的濃度相同，第一容器與第二容器中的離子 處於相對平衡狀態，此時的電流值接近為零。當在第一容器處加IOmWcnT2光照後，光從第一 容器側壁的透光處輻照到第一容器裡的前述式4結構的三芳胺光鹼分子，由於前述式4結 構的三芳胺光鹼分子發生光化學反應產生氫氧根離子及陽離子，致使第一容器中避光部分 1處的0. 48mM前述式4結構的三芳胺光鹼分子的水溶液，及透光部分2處的在光照作用下 使0. 48mM前述式4結構的三芳胺光鹼分子光解後生成的陽離子和氫氧根離子的水溶液， 與第二容器中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 處於不平衡狀態。如圖1所示，第一容器中的透光部分2處的前述式4結構的三芳胺光鹼 分子光解反應後產生的部分氫氧根離子在濃度梯度的作用下經含有-N+(CH3)3OF強鹼性基 團的聚乙烯陰離子交換膜向第二容器擴散，部分氫氧根離子和陽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中的氫氧根離子會進一步由第二容器擴散到第一容器的避光部分1 處，之後再與從第一容器的透光部分2處擴散過來的陽離子作用重新形成原始加入的光鹼 分子，最後導致第一容器中的避光部分1處的光鹼分子的濃度又會比第一容器中透光部分 2處的光鹼分子的濃度高，因此在濃度梯度作用下，光鹼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。在此循環過程中，置於含有-N+(CH3)3OH-強鹼性基團的 聚乙烯陰離子交換膜兩側的鉬電極就會有電流及電勢產生，只要連續光照使循環進行就會 有比較恆定的電流產生。其中，穩定的電流值可達72微安，穩定的電勢值可達0.56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.
改變第一容器與第二容器的體積比為1/5，同時使第一容器與第二容器中氯化鉀 的濃度配成3M，陰離子交換膜5為含有-NCH3Ph弱鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜，其它條 件同實施例1。請參見圖1和圖2。光誘導氫氧根離子化太陽能電池包括作為光電化學池的密閉 容器、只允許光鹼分子在水中經光誘導能夠產生的氫氧根離子透過，而不允許光鹼分子本 身和光鹼分子在光照射後產生的陽離子透過的作為陰離子交換膜5的含有-NCH3Ph弱鹼性 基團的聚乙烯陰離子交換膜、在水中經光誘導能夠產生氫氧根離子的前述式1結構的三芳 胺光鹼分子(該光鹼分子在圖1中以BOH表示，BOH分解後產生的陽離子用B+表示)以及 鉬電極4。所述的含有-NCH3Ph弱鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜與密閉容器的四個內壁密 封相連接，並且該陰離子交換膜作為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，此密閉容器由聚四氟乙烯材料製成，其中，第一容器與第二容器的體積比為1/5 ； 在第一容器中盛放有含有3M氯化鉀、0. IM十六烷基三甲基溴化銨和0. 48mM的前述式1結 構的三芳胺光鹼分子的水溶 液，在第二容器中盛放含有3M氯化鉀和0. IM十六烷基三甲基 溴化銨的水溶液。所述的含有0. 48mM前述式1結構的三芳胺光鹼分子的水溶液是將前述式1結構 的三芳胺光鹼分子溶解在含有0. IM十六烷基三甲基溴化銨和3M氯化鉀的水中配製而成。所述的密閉容器只有其中所述的第一容器的一側壁有一處地方能夠透光，使第一 容器裡包含避光部分1和透光部分2，透過部分由石英玻璃製備，而其餘密閉容器的壁為不 能透光，第一容器側壁能夠透光的部分面積佔該側壁總面積的1/3 ；從側壁透光處透過的 光與含有-NCH3Ph弱鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜成90度入射角。在第一容器中的透光部分處設置的電極為鉬陽極；在第二容器中設置的電極為鉬 陰極；所述的鉬陽極和鉬陰極的導線通向密閉容器外後可與用電器相接。光照前，第一容器中盛放的含有3M氯化鉀、0. IM十六烷基三甲基溴化銨和0. 48mM 的前述式1結構的三芳胺光鹼分子的水溶液與第二容器中盛放的含有3M氯化鉀和0. IM 十六烷基三甲基溴化銨的水溶液經過放置一段時間後，含有-NCH3Ph弱鹼性基團的聚乙烯 陰離子交換膜兩側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於相 對平衡狀態，此時的電流值接近為零。當在第一容器處加15mWcnT2光照後，光從第一容器側 壁的透光處輻照到第一容器裡的前述式1結構的三芳胺光鹼分子，由於前述式1結構的三 芳胺光鹼分子發生光化學反應產生氫氧根離子及陽離子，致使第一容器中避光部分1處的 同時含有0. IM十六烷基三甲基溴化銨、3M氯化鉀和0. 48mM前述式1結構的三芳胺光鹼分 子的水溶液，及透光部分2處的同時含有0. IM十六烷基三甲基溴化銨、3M氯化鉀和在光照 作用下使0. 48mM前述式1結構的三芳胺光鹼分子光解後生成的陽離子和氫氧根離子的水 溶液，與第二容器中的含有0. IM十六烷基三甲基溴化銨和3M氯化鉀的水溶液中的陽離子 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於不平衡狀態。如圖1所示， 第一容器中的透光部分2處的前述式1結構的三芳胺光鹼分子光解反應後產生的部分氫氧 根離子在濃度梯度的作用下經含有-NCH3Ph弱鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜向第二容器 擴散，部分氫氧根離子和陽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中的氫氧根離子會進一步由第二容器擴散到第一容器的避光部分1處，之後再與從第一容器的透光部分2 處擴散過來的陽離子作用重新形成原始加入的光鹼分子，最後導致第一容器中的避光部分 1處的光鹼分子的濃度又會比第一容器中透光部分2處的光鹼分子的濃度高，因此在濃度 梯度作用下，光鹼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。在 此循環過程中，置於含有-NCH3Ph弱鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜兩側的鉬電極就會有 電流及電勢產生，只要連續光照使循環進行就會有比較恆定的電流產生。其中，穩定的電流 值可達15微安，穩定的電勢值可達0. 26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.第一容器與第二容器的體積比為1/2，改變側壁透光面積使能夠透光的部分面積 佔該側壁總面積的1/10，同時使第一容器與第二容器中的0. IM十六烷基三甲基溴化銨改 變為0. 2M十二烷基三甲基氯化銨，同時使第一容器中的前述式1結構的三芳胺光鹼分子的 濃度為飽和溶液濃度，其它條件同實施例1。請參見圖1和圖2。光誘導氫氧根離子化太陽能電池包括作為光電化學池的密閉 容器、只允許光鹼分子在水中經光誘導能夠產生的氫氧根離子透過，而不允許光鹼分子本 身和光鹼分子在光照射後產生的陽離子透過的作為陰離子交換膜5的含有-N+(CH3)3OH-強 鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜、在水中經光誘導能夠產生氫氧根離子的前述式1結構的 三芳胺光鹼分子(該光鹼分子在圖1中以BOH表示，BOH分解後產生的陽離子用B+表示) 以及鉬電極4。所述的含有-N+(CH3)3OF強鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜與密閉容器的四個內 壁密封 相連接，並且該陰離子交換膜作為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，此密閉容器由聚四氟乙烯材料製成，其中，第一容器與第二容器的體積比為 1/2 ；在第一容器中盛放有含有0. 2mM氯化鈉、0. 2M十二烷基三甲基氯化銨和前述式1結構 的飽和的三芳胺光鹼分子溶液，在第二容器中盛放含有0. 2mM氯化鈉和0. 2M十二烷基三甲 基氯化銨的水溶液。所述的飽和的三芳胺光鹼分子的水溶液是將前述式1結構的三芳胺光鹼分子溶 解在含有0. 2M十二烷基三甲基氯化銨和0. 2mM氯化鈉的水中配製而成。所述的密閉容器只有其中所述的第一容器的一側壁有一處地方能夠透光，使第一 容器裡包含避光部分1和透光部分2，透過部分由石英玻璃製備，而其餘密閉容器的壁為不 能透光，第一容器側壁能夠透光的部分面積佔該側壁總面積的1/10 ；從側壁透光處透過的 光與含有-N+(CH3)3OF強鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜成90度入射角。在第一容器中的透光部分處設置的電極為鉬陽極；在第二容器中設置的電極為鉬 陰極；所述的鉬陽極和鉬陰極的導線通向密閉容器外後可與用電器相接。光照前，第一容器中盛放的含有0. 2mM氯化鈉、0. 2M十二烷基三甲基氯化銨和飽 和的三芳胺光鹼分子的水溶液與第二容器中盛放的含有0. 2mM氯化鈉和0. 2M十二烷基三 甲基氯化銨的水溶液經過放置一段時間後，含有-N+(CH3)30H_強鹼性基團的聚乙烯陰離子 交換膜兩側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於相對平衡 狀態，此時的電流值接近為零。當在第一容器處加15mWcm_2光照後，光從第一容器側壁的 透光處輻照到第一容器裡的前述式1結構的三芳胺光鹼分子，由於前述式1結構的三芳胺光鹼分子發生光化學反應產生氫氧根離子及陽離子，致使第一容器中避光部分1處的同時 含有0. 2M十二烷基三甲基氯化銨、0. 2mM氯化鈉和飽和的三芳胺光鹼分子的水溶液，及透 光部分2處的同時含有0. 2M十二烷基三甲基氯化銨、0. 2mM氯化鈉和在光照作用下使飽和 的三芳胺光鹼分子光解後生成的陽離子和氫氧根離子的水溶液，與第二容器中的含有0. 2M 十二烷基三甲基氯化銨和0. 2mM氯化鈉的水溶液中的陽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於不平衡狀態。如圖1所示，第一容器中的透光部分2處 的前述式1結構的三芳胺光鹼分子光解反應後產生的部分氫氧根離子在濃度梯度的作用 下經含有-N+(CH3)3OF強鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜向第二容器擴散，部分氫氧根離 子和陽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中的氫氧根離子會進一步由第二容 器擴散到第一容器的避光部分1處，之後再與從第一容器的透光部分2處擴散過來的陽離 子作用重新形成原始加入的光鹼分子，最後導致第一容器中的避光部分1處的光鹼分子的 濃度又會比第一容器中透光部分2處的光鹼分子的濃度高，因此在濃度梯度作用下，光鹼 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。在此循環過程中，置 於含有-N+(CH3)3OH-強鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜兩側的鉬電極就會有電流及電勢產 生，只要連續光照使循環進行就會有比較恆定的電流產生。其中，穩定的電流值可達23微 安，穩定的電勢值可達0. 33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.
使用含有-NH2弱鹼性基團的聚苯乙烯陰離子交換膜，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。光誘導氫氧根離子化太陽能電池包括作為光電化學池的密閉 容器、只允許光鹼分子在水中經光誘導能夠產生的氫氧根離子透過，而不允許光鹼分子本 身和光鹼分子在光照射後產生的陽離子透過的作為陰離子交換膜5的含有-NH2弱鹼性基 團的聚苯乙烯陰離子交換膜、在水中經光誘導能夠產生氫氧根離子的前述式1結構的三芳 胺光鹼分子(該光鹼分子在圖1中以BOH表示，BOH分解後產生的陽離子用B+表示)以及 銀/氯化銀電極4;所述的含有-NH2弱鹼性基團的聚苯乙烯陰離子交換膜與密閉容器的四個內壁密 封相連接，並且該陰離子交換膜作為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，此密閉容器由聚四氟乙烯材料製成，其中，第一容器與第二容器的體積比為1/2 ； 在第一容器中盛放有含有0. 2mM氯化鈉、0. IM十六烷基三甲基溴化銨和0. 48mM的前述式1 結構的三芳胺光鹼分子的水溶液，在第二容器中盛放含有0. 2mM氯化鈉和0. IM十六烷基三 甲基溴化銨的水溶液。所述的含有0. 48mM前述式1結構的三芳胺光鹼分子的水溶液是將前述式1結構 的三芳胺光鹼分子溶解在含有0. IM十六烷基三甲基溴化銨和0. 2mM氯化鈉的水中配製而 成。所述的密閉容器只有其中所述的第一容器的一側壁有一處地方能夠透光，使第一 容器裡包含避光部分1和透光部分2，透過部分由石英玻璃製備，而其餘密閉容器的壁為不 能透光，第一容器側壁能夠透光的部分面積佔該側壁總面積的1/3 ；從側壁透光處透過的光與含有-NH2弱鹼性基團的聚苯乙烯陰離子交換膜成90度入射角。在第一容器中的透光部分處設置的電極為銀/氯化銀陽極；在第二容器中設置的 電極為銀/氯化銀陰極；所述的銀/氯化銀陽極和銀/氯化銀陰極的導線通向密閉容器外 後可與用電器相接。光照前，第一容器中盛放的含有0.2mM氯化鈉、0. IM十六烷基三甲基溴化銨和 0. 48mM的前述式1結構的三芳胺光鹼分子的水溶液與第二容器中盛放的含有0. 2mM氯化鈉 和0. IM十六烷基三甲基溴化銨的水溶液經過放置一段時間後，含有-NH2弱鹼性基團的聚 苯乙烯陰離子交換膜兩側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 處於相對平衡狀態，此時的電流值接近為零。當在第一容器處加15mWcnT2光照後，光從第一 容器側壁的透光處輻照到第一容器裡的前述式1結構的三芳胺光鹼分子，由於前述式1結 構的三芳胺光鹼分子發生光化學反應產生氫氧根離子及陽離子，致使第一容器中避光部分 1處的同時含有0. IM十六烷基三甲基溴化銨、0. 2mM氯化鈉和0. 48mM前述式1結構的三芳 胺光鹼分子的水溶液，及透光部分2處的同時含有0. IM十六烷基三甲基溴化銨、0. 2mM氯 化鈉和在光照作用下使0. 48mM前述式1結構的三芳胺光鹼分子光解後生成的陽離子和氫 氧根離子的水溶液，與第二容器中的含有0. IM十六烷基三甲基溴化銨和0. 2mM氯化鈉的水 溶液中的陽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於不平衡狀 態。如圖1所示，第一容器中的透光部分2處的前述式1結構的三芳胺光鹼分子光解反應 後產生的部分氫氧根離子在濃度梯度的作用下經含有-NH2弱鹼性基團的聚苯乙烯陰離子 交換膜向第二容器擴散，部分氫氧根離子和陽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中的氫氧根離子會進一步由第二容器擴散到第一容器的避光部分1處，之後再與從第一 容器的透光部分2處擴散過來的陽離子作用重新形成原始加入的光鹼分子，最後導致第一 容器中的避光部分1處的光鹼分子的濃度又會比第一容器中透光部分2處的光鹼分子的濃 度高，因此在濃度梯度作用下，光鹼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。在此循環過程中，置於含有-NH2弱鹼性基團的聚苯乙烯陰離子交換膜兩側 的銀/氯化銀電極就會有電流及電勢產生，只要連續光照使循環進行就會有比較恆定的電 流產生。其中，穩定的電流值可達18微安，穩定的電勢值可達0.35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9.請參見圖1和圖2。光誘導氫氧根離子化太陽能電池包括作為光電化學池的密閉 容器、只允許光鹼分子在水中經光誘導能夠產生的氫氧根離子透過，而不允許光鹼分子本 身和光鹼分子在光照射後產生的陽離子透過的作為陰離子交換膜5的含有-N+(CH3)3OH-強 鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜、在水中經光誘導能夠產生氫氧根離子的前述式4結構的 三芳胺光鹼分子(該光鹼分子在圖1中以BOH表示，BOH分解後產生的陽離子用B+表示) 以及鉬電極4。所述的含有-N+(CH3)3OH-強鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜與密閉容器的四個內 壁密封相連接，並且該陰離子交換膜作為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，此密閉容器由聚四氟乙烯材料製成，其中，第一容器與第二容器的體積比為 1/5 ；在第一容器中盛放有含有0. 48mM的前述式4結構的三芳胺光鹼分子的水溶液，在第二容器中盛放水。所述的含有0. 48mM前述式4結構的三芳胺光鹼分子的水溶液是將前述式4結構 的三芳胺光鹼分子溶解在水中配製而成。所述的密閉容器只有其中所述的第一容器的一側壁有一處地方能夠透光，使第一 容器裡包含避光部分1和透光部分2，透過部分由石英玻璃製備，而其餘密閉容器的壁為不 能透光，第一容器側壁能夠透光的部分面積佔該側壁總面積的1/5 ；從側壁透光處透過的 光與含有-N+(CH3)3OF強鹼性基團的聚乙烯陰離子交換膜成90度入射角。在第一容器中的透光部分處設置的電極為鉬陽極；在第二容器中設置的電極為鉬 陰極；所述的鉬陽極和鉬陰極的導線通向密閉容器外，可與用電器相接。光照前，第一容器中盛放的含有0. 48mM的前述式4結構的三芳胺光鹼分子的水溶 液與第二容器中盛放的水經過放置一段時間後，含有-N+(CH3)3OH-強鹼性基團的聚乙烯陰 離子交換膜兩側溶液中的氫離子和氫氧根離子的濃度相同，第一容器與第二容器中的離子 處於相對平衡狀態，此時的電流值接近為零。當在第一容器處加IOmWcnT2光照後，光從第一 容器側壁的透光處輻照到第一容器裡的前述式 4結構的三芳胺光鹼分子，由於前述式4結 構的三芳胺光鹼分子發生光化學反應產生氫氧根離子及陽離子，致使第一容器中避光部分 1處的0. 48mM前述式4結構的三芳胺光鹼分子的水溶液，及透光部分2處的在光照作用下 使0. 48mM前述式4結構的三芳胺光鹼分子光解後生成的陽離子和氫氧根離子的水溶液， 與第二容器中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 處於不平衡狀態。如圖1所示，第一容器中的透光部分2處的前述式4結構的三芳胺光鹼 分子光解反應後產生的部分氫氧根離子在濃度梯度的作用下經含有-N+(CH3)3OF強鹼性基 團的聚乙烯陰離子交換膜向第二容器擴散，部分氫氧根離子和陽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中的氫氧根離子會進一步由第二容器擴散到第一容器的避光部分1 處，之後再與從第一容器的透光部分2處擴散過來的陽離子作用重新形成原始加入的光鹼 分子，最後導致第一容器中的避光部分1處的光鹼分子的濃度又會比第一容器中透光部分 2處的光鹼分子的濃度高，因此在濃度梯度作用下，光鹼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。在此循環過程中，置於含有-N+(CH3)3OH-強鹼性基團的 聚乙烯陰離子交換膜兩側的鉬電極就會有電流及電勢產生，只要連續光照使循環進行就會 有比較恆定的電流產生。其中，穩定的電流值可達11微安，穩定的電勢值可達0. 14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。
權利要求
一種光誘導氫氧根離子化太陽能電池，其包括作為光電化學池的密閉容器、陰離子交換膜、在水中經光誘導能夠產生氫氧根離子和陽離子的光鹼分子以及電極；其特徵是所述的密閉容器中有與密閉容器的四個內壁密封相連接的陰離子交換膜，並且該陰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；其中，在第一容器中盛放有在水中經光誘導能夠產生氫氧根離子和陽離子的光鹼分子的水溶液，在第二容器中盛放有水；或在第一容器中盛放有含有季銨鹽類型的表面活性劑和氯化鈉的在水中經光誘導能夠產生氫氧根離子和陽離子的光鹼分子的水溶液；在第二容器中盛放有含有季銨鹽類型的表面活性劑和氯化鈉的水溶液；或在第一容器中盛放有含有季銨鹽類型的表面活性劑和氯化鉀的在水中經光誘導能夠產生氫氧根離子和陽離子的光鹼分子的水溶液；在第二容器中盛放有含有季銨鹽類型的表面活性劑和氯化鉀的水溶液；所述的密閉容器只有其中所述的第一容器的一側壁有部分地方能夠透光，且透過光與陰離子交換膜成90度入射角，其餘密閉容器的壁為不能透光；在第一容器中的透光部分處設置有有陽極或陰極；在第二容器中設置有陰極或陽極；並且第一容器中設置的陽極或陰極的導線通向第一容器外，對應於第二容器中設置的陰極或陽極的導線通向第二容器外。
2.根據權利要求1所述的光誘導氫氧根離子化太陽能電池，其特徵是所述的電極材 料是鉬電極、銀/氯化銀電極或ITO電極。
3.根據權利要求1所述的光誘導氫氧根離子化太陽能電池，其特徵是所述的第一容 器與第二容器的體積比為1/10 1/2。
4.根據權利要求1或3所述的光誘導氫氧根離子化太陽能電池，其特徵是所述的第 一容器側壁能夠透光的部分面積佔該側壁總面積的1/10 1/3。
5.根據權利要求1所述的光誘導氫氧根離子化太陽能電池，其特徵是所述的陰離子 交換膜只允許光鹼分子在水中經光誘導能夠產生的氫氧根離子透過，而不允許光鹼分子本 身和光鹼分子在光照射後產生的陽離子透過。
6.根據權利要求1或5所述的光誘導氫氧根離子化太陽能電池，其特徵是所述的陰 離子交換膜是在膜結構中含有鹼性活性基團的陰離子交換膜。
7.根據權利要求6所述的光誘導氫氧根離子化太陽能電池，其特徵是所述的含有鹼 性活性基團的陰離子交換膜選自鹼性活性基團胺化的聚苯乙烯膜、鹼性活性基團胺化的聚 乙烯膜、鹼性活性基團胺化的聚氯乙烯膜、鹼性活性基團胺化的聚丙烯膜所組成的組中的 至少一種。
8.根據權利要求6所述的光誘導氫氧根離子化太陽能電池，其特徵是所述的鹼性活 性基團選自-NR30H、-NRR20H、-NH2、-NHR、-NR2中的一種；其中R為脂肪烴取代基或芳香烴取 代基；R2為2個脂肪烴取代基、2個芳香烴取代基或1個為脂肪烴取代基1個為芳香烴取代 基；R3為3個脂肪烴取代基、3個芳香烴取代基、2個為脂肪烴取代基1個為芳香烴取代基、 或1個為脂肪烴取代基2個為芳香烴取代基。
9.根據權利要求7所述的光誘導氫氧根離子化太陽能電池，其特徵是所述的鹼性活 性基團選自-NR30H、-NRR20H、-NH2、-NHR、-NR2中的一種；其中R為脂肪烴取代基或芳香烴取代基；R2為2個脂肪烴取代基、2個芳香烴取代基或1個為脂肪烴取代基1個為芳香烴取代 基；R3為3個脂肪烴取代基、3個芳香烴取代基、2個為脂肪烴取代基1個為芳香烴取代基、 或1個為脂肪烴取代基2個為芳香烴取代基。
10.根據權利要求8或9所述的光誘導氫氧根離子化太陽能電池，其特徵是所述的脂 肪烴是C2 C2tl的脂肪烴；所述的芳香烴是非稠環的C6 C3tl的芳香烴。
11.根據權利要求1所述的光誘導氫氧根離子化太陽能電池，其特徵是所述的第一容 器中只盛放有光鹼分子的水溶液，其光鹼分子的水溶液的濃度為ΙμΜ 飽和溶液的濃度；所述的第一容器中盛放有含有季銨鹽類型的表面活性劑和氯化鈉或氯化鉀的光鹼 分子的水溶液中的光鹼分子的濃度為1 μ M 飽和溶液的濃度，氯化鈉或氯化鉀的濃度為 1 μ M 6Μ，表面活性劑的濃度為1 μ M 0. 2Μ ；所述的第二容器中的含有季銨鹽類型的表面活性劑和氯化鈉或氯化鉀的水溶液中的 氯化鈉或氯化鉀的濃度為1 μ M 6Μ，表面活性劑的濃度為1 μ M 0. 2Μ。
12.根據權利要求1、5或11所述的光誘導氫氧根離子化太陽能電池，其特徵是所述 的光鹼分子為在水溶液中或在含有季銨鹽類型的表面活性劑和氯化鈉或氯化鉀的水溶液 中經光的照射作用下能夠發生光解反應分解為氫氧根離子及陽離子，且在避光條件下氫氧 根離子又能夠與光鹼分子光解產生的陽離子重新形成光解前的光鹼分子。
13.根據權利要求1或11所述的光誘導氫氧根離子化太陽能電池，其特徵是所述的 季銨鹽類型的表面活性劑選自十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十二烷基 三甲基溴化銨、十二烷基三甲基氯化銨所組成的組中的至少一種。
14.根據權利要求12所述的光誘導氫氧根離子化太陽能電池，其特徵是所述的季銨 鹽類型的表面活性劑選自十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十二烷基三甲 基溴化銨、十二烷基三甲基氯化銨所組成的組中的至少一種。
15.根據權利要求1、5或11所述的光誘導氫氧根離子化太陽能電池，其特徵是，所述的 光鹼分子是具有以下結構的三芳胺類光鹼分子中的一種
16.根據權利要求12所述的光誘導氫氧根離子化太陽能電池，其特徵是，所述的光鹼 分子是具有以下結構的三芳胺類光鹼分子中的一種
全文摘要
本發明涉及將太陽能和光鹼分子聯合在一起的光誘導氫氧根離子化的太陽能電池。本發明是在作為光電化學池的密閉容器中設置有將密閉容器分成體積不相等的第一容器和第二容器的陰離子交換膜；第一容器中盛放光鹼分子的水溶液或含有表面活性劑和氯化鈉或氯化鉀的光鹼分子的水溶液，相應的在第二容器中盛放水或含有氯化鈉或氯化鉀和表面活性劑的水溶液；第一容器的一側壁有部分地方透光，且透過光與陰離子交換膜成90度入射角，其餘密閉容器的壁不能透光。本發明是利用光鹼分子在光作用下發生光解反應，所產生氫氧根離子的濃度梯度經陰離子交換膜進行氫氧根離子交換而產生電流及電勢；利用光鹼分子與其光解後產生離子的內部循環，實現電流持續和恆定。
文檔編號H01M6/36GK101872865SQ200910082549
公開日2010年10月27日 申請日期2009年4月24日 優先權日2009年4月24日
發明者宋延林, 江雷, 翟錦, 聶富強, 聞利平 申請人:中國科學院化學研究所