[發明專利]使用硅化物從水中制備氫和氧和其儲存

無效

• 申請號: 200680030312.0
• 申請日: 2006-08-24
• 公開（公告）號: CN101263079A
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發明（設計）人: M·德姆思;P·利特斯卡姆普
• 申請（專利權）人: H2太陽能有限公司
• 主分類號: C01B3/04
• 分類號: C01B3/04;C01B13/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 李帆

技術領域

本發明涉及光和熱化學生產/制備氫和/或氧的方法，其中使水和硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物進行接觸。

技術背景

已經公開了幾種借助于金屬催化劑對水進行氧化和/或還原以產生氫和氧的方法。迄今使用的用于這個目的的催化劑是鑭系類型的光催化劑，例如NaTaO₃:La，基于稀土金屬的催化劑，例如R₂Ti₂O₇(R＝Y、稀土)或放置于所謂串連單元(tandem?cell)中的由TiO₂獲得的半導體材料。特別的，在這些方法中，沒有提及使用硅化物和類硅化物的組成和/或其氧化物用于標題的應用。

從水中制備氫和氧的過程包括使用半導體和光的還原和/或氧化過程。這些方法通稱為水分解過程。迄今公開的方法使用UV光。盡管在一些情況下，觀察到顯著量的氫和氧析出，但照射條件并不適于太陽能應用。此外，催化劑的制備是費力的，需要不經濟的高溫，使用非常高純度的昂貴材料。此外，這些方法需要非常高純度的水，即三次蒸餾水。這些事例中并沒有給出關于包括對于催化劑穩定性結論在內的較長時間應用的指示。

發明內容

因此，本發明的主題是用于光和熱化學生產/制備氫和/或氧的方法，其中使水與硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物進行接觸，即所有含硅組成和其氧化物并分子式為RSi_xO_y，其中R表示純的或混合的有機、金屬、有機金屬和/或生物化學衍生的殘基和/或無機殘基，Si是硅，特別是X＞0的硅化物部分(moiety)和O是氧，特別是Y0。在這些組成中，硅化物部分在硅上呈現特征性的高電子密度。在這些前述使用或不使用光進行的過程中，硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物能進行催化反應。然而，通過照射反應，觀察到氣體析出增加，特別是應用人造光及陽光時。較高反應溫度通常有助于這些過程。硅化物和類似硅化物的組成和/或其氧化物多為半導體類型的材料。此外，這些組成能可逆地存儲/釋放和/或吸附/脫附氫和氧，其中氧存儲/釋放和/或吸附/脫附是有利的，但能與氫存儲/吸附和脫附/釋放同時發生。能在室溫或更高溫度進行氫和氧的釋放/脫附，特別是涉及氫的過程，這取決于使用的硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物的性質。

此外，發現將染料例如二萘嵌苯、二萘嵌苯染料和二萘嵌苯同類物/類似物偶合/配合/附著/結合到硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物上有利于光吸收，因此有利于硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物的反應性。

此外，發現使用硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物用于水還原和/或氧化以分別產生氫和/或氧目的的反應，能通過使用固定形式的硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物進行，即，當這些組成附著/固定到或在聚合物表面或材料中，及附著/固定到或在玻璃或類似玻璃的材料中時，特別是當聚合物和/或類似玻璃的材料導電時。

此外，發現當這些組成固定時，即當這些材料附著/固定到或在聚合物表面和/或玻璃和/或類似玻璃的材料中時，使用硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物的氫和/或氧的存儲/釋放和/或吸附/脫附，可在過程中使用光或不使用光來進行。

此外，迄今在文獻中并沒有描述其中氧轉變為式O_n(n＞3)的聚氧和/或式H₂O_n(n＞2)的聚過氧化氫(hydrogenpolyperoxides)并包括逆反應以再次形成氧的過程，但在此已實驗性地發現；基于計算的理論研究預測到淺能最小值，因此可預測氣相中低到可疑的聚氧和聚過氧化氫的穩定性。然而，聚氧和聚過氧化氫按經驗的穩定性似乎歸因于溶液中和/或通過金屬的穩定化作用。

具體實施方式

令人驚訝的，現在已經發現能通過使用硅化物、類硅化物組成、金屬硅化物和非金屬硅化物例如硅化硼、硅化碳和硅化氮避免這些缺點，即所有含硅組成并分子式為RSi_xO_y，其中R表示有機、金屬、有機金屬或無機殘基，Si是硅，特別是X＞0的硅化物部分，O是氧特別是Y0(這種硅化物類型組成的整體在下文中命名為硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物)。在這些組成中，硅化物部分在硅上呈現特征性的高電子密度，即高于原硅原子的電子密度。

非金屬硅化物例如硅化硼、硅化碳和硅化氮也分別稱為硼化硅、碳化硅和氮化硅。