[發明專利]氫氣的生產方法

有效

• 申請號: 202011169864.8
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112410799B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 王雙印;王特華;鄒雨芹;陶李
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B3/23;C25B3/07
• 代理公司: 華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 隆前進

本發明公開了一種生產氫氣方法，包括如下步驟：在設置有陰極工作電極和陽極工作電極的電解反應裝置中，向電解池內加入電解液和含有醛基的物質，在0.05V～0.8V電壓條件下進行電解，在陰極工作電極和陽極工作電極分別產生氫氣。本發明在0.05V～0.8V的較低電壓下，將含有醛基的反應底物在陽極工作電極高選擇性地、高產率地電化學氧化成附加值較高的羧酸化合物，同時實現陰極工作電極和陽極工作電極雙極產氫，在相對較低電壓下能夠有效降低產氫耗電量，陰極和陽極產氫的法拉第效率均分別能夠達到100％，解決了普通全水解中氣體產物混合，能耗過高的問題。

技術領域

本發明涉及電化學技術領域，尤其是涉及一種氫氣的生產方法。

背景技術

氫氣是一種綠色清潔能源，目前工業產氫主要有三種方法，包括蒸汽甲烷轉化法、碳還原法和電解水制氫。蒸汽甲烷轉化法和電解水制氫分別占工業產氫總量的95％和4％，化石燃料制氫的方法會產生CO₂，會造成溫室效應等環境問題，而電解水制氫是一種清潔、工藝簡單的制氫技術。電解水制氫原料廣泛，水中富含很多可供分解的氫，其電解產物H₂和O₂都是不會對環境造成污染的氣體，且電解水制氫技術可以將發電站等不易儲存的電能轉化為易儲存的氫能。

電解水通常由兩個半反應構成，即陰極氫析出反應(HER)和陽極氧析出反應(OER)。電解水制氫技術占比較低一個重要的原因在于，發生在陽極的OER是一個四電子過程，動力學較為緩慢，造成分解水的過電位過高，嚴重影響了電解效率。與OER相比，有機物電化學氧化反應在熱力學上更有優勢，當有機物氧化耦合氫析出反應，不僅可以在產氫的同時，避免形成具有爆炸風險的H₂和O₂的混合氣體，還能提高有機物的附加值。現有技術中有機物氧化耦合氫析出反應達到100mA·cm^-2的電流密度時所需槽壓約為1.39V～1.56V。因此，以上有機物氧化反應代替OER后雖然可大幅度提升電解水產氫的效率，但是仍然存在槽壓偏高、產氫耗電量高的問題。

發明內容

基于此，有必要提供一種在相對較低電壓下能夠有效降低耗電量的產氫方法。

一種氫氣的生產方法，包括以下步驟：

在設置有陰極工作電極和陽極工作電極的電解反應裝置中，向電解池內加入電解液和含有醛基的物質，在0.05V～0.8V電壓條件下進行電解，在所述陰極工作電極和所述陽極工作電極分別產生氫氣。

在其中一些實施例中，所述的氫氣的生產方法中，所述電解反應裝置在所述陰極工作電極與所述陽極工作電極之間設置有隔膜，所述含有醛基的物質添加在陽極電解池中。

在其中一些實施例中，所述的氫氣的生產方法中，所述陽極工作電極和所述陰極工作電極的材質各自獨立地選自泡沫鎳、泡沫鈷、泡沫鐵、泡沫銅、碳紙、碳布、碳氈、鈦片和鈦網中的至少一種。

在其中一些實施例中，所述的氫氣的生產方法中，所述陰極工作電極上設有第一催化劑層，所述第一催化劑層的材料選自鉑碳、鐵、銅、鎳和鈷中的至少一種。

在其中一些實施例中，所述的氫氣的生產方法中，所述陽極工作電極上設有第二催化劑層，所述第二催化劑層的材料選自鐵、鈷、鎳、銀、金、鉑和鈀中的至少一種。

在其中一些實施例中，所述的氫氣的生產方法中，所述電解在0.1V～0.4V電壓條件下進行。

在其中一些實施例中，所述的氫氣的生產方法中，所述含有醛類結構的物質選自乙醛、丙醛、2,2-二甲基丙醛、2-甲基丁醛、乙酸醛、糠醛、5-甲基糠醛、5-羥甲基糠醛、苯甲醛、4-羥甲基苯甲醛、4-羧酸苯甲醛、乙醛酸、肉桂醛、香草醛、4-吡啶甲醛、2-環己烯-1-羧醛、4-甲基-2-惡唑甲醛、哌啶-3-甲醛、4-甲基吡啶-5-甲醛、2-(呋喃-2-基)-2-氧代乙醛、2-乙基-2-己烯醛和二甲基甲酰胺中的至少一種。