[发明专利]氢气生成

说明书

相关申请

本申请要求于2014年9月11日(11.09.2014)提交的GB 1416062.6的权益和优先权，以引用的方式将其全部内容并入本文。

技术领域

本发明提供了一种由还原介质生成氢气的方法，其中，该还原介质获取自或者可获取自介质的还原，诸如，介质的催化还原。

背景技术

本发明先前已经，例如，在WO2013/068754中描述了通过使用氧化还原介质制备氢气和氧气。

在用于生成氧气和氢气的典型方法中，介质在工作电极处被氧化以产生氧化的介质，并且质子在对电极处被还原以产生氢气。氧化的介质在工作电极处被还原以产生介质，并且水在对电极处被氧化以产生氧气。氧气生成步骤与氢气生成步骤不同时执行，并且氧化的介质对这两个步骤是通用的。因而在该系统中，氢气的产生与氧气的产生在空间和时间上是分开的。

介质具有介于析氧反应(OER)开始与析氢反应(HER)开始之间的可逆氧化还原波。WO 2013/068754公开了介质诸如氧化还原活性多金属氧酸盐(例如，磷钼酸)和氧化还原活性有机小分子(诸如，醌)的使用。

发明内容

本发明提供了一种改进的用于诸如由水生成氢气、可选地同时生成氧气的方法。该方法利用电化学技术来生成还原介质物种，同时如果需要还提供了氧气。还原介质物种可以用于通过非电化学技术诸如催化来生成氢气。催化步骤不需要电输入，这提供了优于先前方法的优点，诸如在该方法中氢气生成步骤需要将电输入到电化学电池中的本发明人先前所提出的方法。

因此，在本发明的第一方面中，提供了用于生成氢气的方法，该方法包括如下步骤：

(i)在工作电极处使介质还原以产生还原介质，并且在对电极处生成氧气；和

(ii)使还原介质与催化剂接触，从而使该还原介质氧化以产生氢气。

步骤(i)包括在工作电极处的电化学使介质还原，并且还可以包括在对电极处的电化学氧化以产生氧气。

步骤(i)可以包括在对电极处生成氧气。例如，步骤(i)包括在对电极处使水氧化以产生氧气。

在一个实施例中，收集在步骤(i)中生成的氧气。

氧气可以大体上不含氢气。

可以将催化剂与放置工作电极和对电极的电化学电池在空间上分开。因此，可以在步骤(ii)之前从电化学电池中去除还原介质。

在一个实施例中，介质在还原期间接受H⁺。因此，还原介质比介质多一个或者多个氢原子，诸如，两个以上氢原子。

在一个实施例中，介质是金属氧化物。

在一个实施例中，介质是多金属氧酸盐。

在一个实施例中，介质是杂多酸。

在一个实施例中，介质是有机化合物，诸如，具有氧化还原活性官能团的化合物。

在一个实施例中，多金属氧酸盐的化学式为{H_m[M₁₂O₄₀X]}^n-，其中，m根据情况是0、1、2、3、4、5或者6，M是诸如Mo、W、V的金属、或者它们的混合物，X是P或者Si，n是整数，例如，从0到6。其中，n不为0，可以提供一种或者多种合适的反离子，诸如，第1族或第2族的金属阳离子，例如，Na⁺、K⁺和Mg²⁺。

在一个实施例中，多金属氧酸盐的化学式为H_m[M₁₂O₄₀X]，其中，m根据情况是3、4、5或者6，M是诸如Mo、W、V的金属、或其混合物，并且X是P或者Si。

在一个实施例中，多金属氧酸盐的化学式为[M₁₂O₄₀X]^n-，其中，M是诸如Mo、W、V的金属、或其混合物，X是P或者S，并且n根据情况是3、4、5或者6。可以提供一种或者多种合适的反离子，诸如第1族或者第2族的金属阳离子，例如，Na⁺、K⁺和Mg²⁺。

在一个实施例中，介质是H₄W₁₂O₄₀Si或者H₅W₁₂O₄₀Si。

在一个实施例中，介质在还原期间接受质子。水，诸如酸化水，可以是质子源。