[發(fā)明專利]有效的水氧化催化劑和能量生產(chǎn)方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201280036315.0 | 申請日： | 2012-06-26 |
| 公開（公告）號： | CN103703166B | 公開（公告）日： | 2019-08-16 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 賈鴻飛;D·班納吉 | 申請（專利權(quán)）人： | 豐田北美設(shè)計(jì)生產(chǎn)公司 |
| 主分類號： | C25B1/04 | 分類號： | C25B1/04;C25B1/10;C25B11/06;C02F1/46 |
| 代理公司： | 北京市中咨律師事務(wù)所 11247 | 代理人： | 彭飛;林柏楠 |
| 地址： | 美國肯*** | 國省代碼： | 美國;US |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 有效 氧化 催化劑 能量 生產(chǎn) 方法 | ||
本發(fā)明提供了由水釋放氧和氫的方法，該方法能夠使用豐富的催化劑材料來源大規(guī)模生產(chǎn)。通過將金屬加熱指定時(shí)間，在空氣中將金屬簡單氧化以形成金屬氧化物基陽極。然后使所得陽極與水接觸并對其施以來自外部來源的電壓或以電磁能驅(qū)動，以通過水的氧化在陽極表面制氧。這些方法提供了有效和穩(wěn)定的制氧或制氫。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及水氧化的有效方法和容易形成的、有效的并在商業(yè)上可用于大規(guī)模能量生產(chǎn)或儲存的催化劑。電化學(xué)裝置在此用于由水催化形成氣態(tài)氧或氫。
背景技術(shù)
由于當(dāng)前人口數(shù)的增加以及發(fā)展中國家的進(jìn)步，預(yù)計(jì)未來50年對運(yùn)輸燃料的需求會急劇提高。由于化石燃料的易得性和相對便宜的成本，其供應(yīng)了當(dāng)前運(yùn)輸能源消耗的超過70％。化石燃料能夠暫時(shí)滿足將來的需求增加，但由于它們與大氣中提高的CO2濃度的關(guān)系，繼續(xù)使用化石燃料預(yù)計(jì)會造成無法預(yù)測的和可能破壞性的氣候變化。因此，迫切需要來自清潔能源的替代燃料或能源。在各種可能的清潔燃料源中，太陽能由于最有前途達(dá)到不久的將來期望的terra-瓦特級能隙而引人注目。Lewis N.S.和G.Nocera Daniel,ProcNatl Acad Sci U S A,2006;103(43):15729-35.
太陽能作為運(yùn)輸能源面臨的一個主要困難是其需要強(qiáng)入射陽光。目前缺乏以有效方式儲存太陽能的方法。使用太陽能分解水代表儲存和利用太陽能作為運(yùn)輸燃料的理想途經(jīng)。太陽能水分解的技術(shù)方法屬于熱或熱化學(xué)循環(huán)種類，或遵循光電化學(xué)途徑。這兩種方法都在快速發(fā)展，對用于水分解過程的氧化半反應(yīng)的新型催化劑作出大量研究。
在天然光合作用中，在PSII的放氧中心通過含Mn配體促進(jìn)水氧化。盡管非常有效，但配體在人工系統(tǒng)的極端氧化條件下不穩(wěn)定，并且需要快速再生以維持光合作用的連續(xù)運(yùn)行。此外，在人工光合系統(tǒng)中，催化劑的原位再生幾乎不可能。RuO2和IrO2催化劑屬于這些人工系統(tǒng)用的最公知的現(xiàn)有催化劑。但是，由于材料的低天然豐度，這些絡(luò)合物不適合大規(guī)模使用。因此，需要用于水氧化的有效、穩(wěn)定和易得的催化劑和在有效的水氧化反應(yīng)中使用這些催化劑的方法。
發(fā)明概述
提供了下述發(fā)明概述，以利于理解本發(fā)明特有的一些創(chuàng)新特征，但這并非完整描述。通過總體參考整個說明書、權(quán)利要求書、附圖和摘要，可以充分理解本發(fā)明的各種方面。
提供了通過水電解制造氧氣和/或氫氣的方法，包括形成金屬氧化物基電極，其中該金屬氧化物包括金屬離子物類和氧陰離子物類。所述形成包括在氧存在下將金屬離子物類加熱至400℃或更低的溫度達(dá)氧化時(shí)間。通過在該電極內(nèi)的電壓存在下使該電極與水接觸，由水產(chǎn)生氧氣。任選地，通過用電磁輻射（例如太陽光或人造光）照射電極，或通過由外部電源（例如光電池）或其它人工電源施加電壓來產(chǎn)生電壓。
金屬離子物類是數(shù)種金屬的一種或多種，例如包括Co、Fe、Zn和Cu。在一些實(shí)施方案中，該金屬離子物類是Co2+或Co3+。任選地，所得金屬氧化物是Co3O4。在一些實(shí)施方案中，存在多于一種的金屬離子物類，且它們各自被加熱達(dá)氧化時(shí)間，以產(chǎn)生多金屬氧化物基電極。任選地，使用兩種金屬離子物類，任選地為Co和Fe。
任選地，通過將金屬離子物類加熱至250℃至400℃的溫度來實(shí)現(xiàn)形成電極的方法。一些實(shí)施方案在350℃加熱金屬離子物類。任選地，氧化時(shí)間為2小時(shí)或更長，任選地，3至6小時(shí)。氧來自任何含氧源，任選地來自空氣。任選地，該氧被凈化。
任選地，陽極包括基底，其涂有或嵌有金屬離子物類或金屬氧化物。在一些實(shí)施方案中，基底是硅珠或CuO納米線。
附圖簡述
圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案由水制造氧氣的方法；
圖2圖解一種電池，其用于在所形成的包括金屬氧化物催化劑的電極處由水生成氧氣；
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