电极振动对光电催化分解水气泡动力学的影响

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (2) : 13 -22.

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摘要

为解决光电催化分解水反应器中气泡长时间附着于光电极表面，从而导致有效活化面积减少和产气效率下降的问题，构建耦合振动系统的光电分解水制氢气泡动力学可视化实验平台，提出通过给电极施加不同振幅和频率振动以加速气泡脱离光电极表面的方法。首先，记录静止电极表面单个气泡演化过程中的电信号和几何参数；然后，对比不同频率及振幅下气泡生长过程中电流和电势的变化情况；最后，分析振动对气泡几何特性的影响。研究结果表明：振动频率和振幅的增加能够提高反应过程中的光电流，降低电势，使得反应阻力下降；增加振动频率和振幅均能显著减小气泡脱离尺寸，从而加速气泡的脱离；当振动频率为70 Hz时，施加振动后气泡的脱离直径比无振动时最大减小了321μm,减小幅度约为48%;施加振动后，气泡直径为生长时间的幂函数，且气泡生长依次受惯性和化学反应控制。该研究可为光电催化分解水反应器的优化设计提供新思路。