專利名稱：氫儲(chǔ)存和輸送的方法和裝置的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)交叉參考本申請(qǐng)按照35U.S.C§119(e)要求2003年11月26日提交的美國(guó)序列號(hào)60/525422的優(yōu)先權(quán)權(quán)益，本文引入其全部?jī)?nèi)容作為參考。
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及氫儲(chǔ)存、產(chǎn)生和產(chǎn)生能量的應(yīng)用，更具體地涉及由可再用氫產(chǎn)生化合物產(chǎn)生氫的方法和將用過(guò)的化合物再生成適于氫產(chǎn)生的形式的方法，以及產(chǎn)生氫的裝置和組合件。
背景信息“氫經(jīng)濟(jì)”為其中大部分能量產(chǎn)生通過(guò)使用氫作為燃料發(fā)生的經(jīng)濟(jì)?；跉淙剂系慕?jīng)濟(jì)特別有吸引力和合乎需要，因?yàn)槠漕A(yù)示著豐富和環(huán)境清潔的能源。例如，燃料電池技術(shù)繼續(xù)發(fā)展，并提供了以有效的方式將氫和氧(例如空氣)轉(zhuǎn)化成能量如電能而只釋放水的可能性。但是，轉(zhuǎn)變?yōu)榛诟鄽淙剂系南到y(tǒng)需要從世界范圍的石油化學(xué)生產(chǎn)和輸送基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)變和轉(zhuǎn)化到基于氫燃料的系統(tǒng)。
氫儲(chǔ)存和生產(chǎn)源正不斷被發(fā)現(xiàn)，技術(shù)也在進(jìn)步，生產(chǎn)氫燃料的成本不斷下降。但是，這些技術(shù)進(jìn)步的有效利用和到基于更多氫燃料的系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變受到目前可用的氫儲(chǔ)存和生產(chǎn)源嚴(yán)重限制。目前的技術(shù)嚴(yán)重缺乏例如儲(chǔ)存和輸送氫到需要?dú)湎牡奈恢玫挠行Ш蛯?shí)用手段。
目前可用的儲(chǔ)存和輸送氫燃料的方法包括例如壓縮氫、液化氫、物理金屬氫化物儲(chǔ)存、化學(xué)氫化物儲(chǔ)存、納米管儲(chǔ)存和其它一些。壓縮和液化儲(chǔ)存主要受能量密集且因此昂貴的壓縮氫所需的方法以及儲(chǔ)存壓縮/液化氫所需的笨重槽的限制，當(dāng)在移動(dòng)車輛或汽車上時(shí)，這可能存在嚴(yán)重的爆炸危險(xiǎn)。氫化物儲(chǔ)存有前途，但目前的方法極其昂貴，并對(duì)于在車輛上的實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)太笨重。例如，估計(jì)容納小于2克氫的小金屬氫化物容器重230克。因此，儲(chǔ)存8升或2美國(guó)加侖的汽油的等價(jià)物時(shí)將需要重達(dá)200千克或440磅的氫化物儲(chǔ)存器，這使這類氫儲(chǔ)存不實(shí)用，例如對(duì)于汽車應(yīng)用(參見例如Bossel等人，2003年4月報(bào)告“The Future of the Hydrogen EconomyBright or Bleak？”)。
不幸地是，還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)廉價(jià)但有效和輕質(zhì)且在氫動(dòng)力車輛上實(shí)用的裝置和方法。因此，存在對(duì)用于輕質(zhì)和有效氫儲(chǔ)存的方法和裝置的需要，它們適用于在氫動(dòng)力車輛上在需要時(shí)產(chǎn)生氫來(lái)產(chǎn)生能量。
發(fā)明概述本發(fā)明部分上基于這種發(fā)現(xiàn)，即特定化合物適用于化學(xué)儲(chǔ)存氫，并可在需要時(shí)用于產(chǎn)生數(shù)量足以用于產(chǎn)生能量的氫。本發(fā)明還描述了將用過(guò)的化合物再生成適合于氫產(chǎn)生的富氫形式，并按照描述的方法再用于氫產(chǎn)生。
因此，本發(fā)明涉及使用產(chǎn)生的氫產(chǎn)生能量的方法，是通過(guò)使能產(chǎn)生氫并具有式R-XH的液體化合物與金屬基材反應(yīng)產(chǎn)生氫氣；和利用氫氣產(chǎn)生能量。表示為R的化學(xué)基團(tuán)包括例如選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分。另外，X可包括硫、氧、硒或氫。適于與液體化合物反應(yīng)產(chǎn)生氫的金屬基材可包括例如金、銀、鉑、銅和汞，以及被處理除去表面氧化物涂層的金屬。金屬基材可包括純金屬基材以及金屬的混合物，如金屬合金和涂有金屬的聚合物。該方法還包括利用氫氣產(chǎn)生能量。氫氣的利用可包括例如在燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料電池或任何其它氫消耗裝置中消耗氫氣。
本發(fā)明還涉及儲(chǔ)存和產(chǎn)生用于產(chǎn)生能量的氫的方法。在一種實(shí)施方案中，通過(guò)使能產(chǎn)生氫并具有式R1-XH的液體化合物與金屬基材反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生氫氣和結(jié)合到金屬基材的R1-X和利用氫氣來(lái)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存和產(chǎn)生氫的方法?；鶊F(tuán)R1包括例如選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分。另外，X可包括硫、氧或硒。適于與液體化合物反應(yīng)產(chǎn)生氫的金屬基材可包括例如金、銀、鉑、銅和汞，以及被處理除去表面氧化物涂層的金屬。金屬基材可包括純金屬基材以及金屬的混合物，如金屬合金。收集氫氣可包括例如在裝置如燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池中消耗氫氣。
方法還可包括從金屬基材分離R1-X產(chǎn)生用過(guò)的化合物。用過(guò)的化合物可包括例如二聚物，如具有式R1-X-X-R1的化合物。從金屬基材分離R1-X化合物的各種方法都適合于本發(fā)明的方法，包括通過(guò)施加能源到結(jié)合的R1-X化合物上。分離R1-X化合物可包括例如加熱結(jié)合到金屬基材上的R1-X化合物和/或使結(jié)合到金屬基材上的R1-X化合物接觸紫外(UV)光，以及使化合物接觸電流。
本發(fā)明還部分上基于再生用于產(chǎn)生氫的用過(guò)的化合物(例如二聚物)的氫產(chǎn)生容量的能力。因此，在一種實(shí)施方案中，儲(chǔ)存和產(chǎn)生氫的方法還包括使用過(guò)的化合物與氫反應(yīng)產(chǎn)生具有式R1-XH的化合物，借此將用過(guò)的化合物再生成適合于氫產(chǎn)生的形式(例如從用過(guò)的化合物再生能產(chǎn)生氫的化合物)。由用過(guò)的化合物再生氫產(chǎn)生化合物的各種方法在本發(fā)明的方法中都是有用的，包括例如使用過(guò)的化合物與氫通過(guò)催化氫化過(guò)程反應(yīng)。產(chǎn)生用于產(chǎn)生能量的氫的步驟和再生用過(guò)的化合物的步驟可在相同位置或靠近位置處發(fā)生。或者，氫產(chǎn)生步驟和用過(guò)的化合物再生步驟可在不同的位置處進(jìn)行。例如，氫產(chǎn)生步驟可發(fā)生在汽車中，而用過(guò)的化合物再生步驟可發(fā)生在汽車外或與汽車分開，包括例如在從汽車除去用過(guò)的化合物后。在氫產(chǎn)生發(fā)生在固定單元如建筑物(例如住宅、商店、居所等)時(shí)，再生也可發(fā)生在建筑處，如在建筑內(nèi)并靠近建筑內(nèi)氫產(chǎn)生位置的位置處，或可發(fā)生在與建筑不同的位置處。
根據(jù)本發(fā)明的方法，還可通過(guò)氫產(chǎn)生化合物的烴部分的脫氫產(chǎn)生氫，其中在使化合物與金屬基材反應(yīng)時(shí)發(fā)生脫氫。因此，在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，通過(guò)使能產(chǎn)生氫并具有式R1-XH的液體化合物與金屬基材反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和用過(guò)的化合物來(lái)完成儲(chǔ)存和產(chǎn)生用于產(chǎn)生能量的氫的方法。用過(guò)的化合物可包括例如具有式R2-XH，其中R2相對(duì)于R1被脫氫；R3＝X，其中R3相對(duì)于R1被脫氫；或它們的組合的化合物。根據(jù)本發(fā)明的這種實(shí)施方案，R1、R2和R3中的每一個(gè)都為獨(dú)立選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分。另外，X選自硫、氧、硒和氫。與上面類似，適于本發(fā)明方法的金屬基材包括例如金、銀、鉑、銅和汞，以及被處理除去表面氧化物涂層的金屬，并可包括例如純金屬基材以及金屬的混合物，如金屬合金。
根據(jù)本發(fā)明的方法，能產(chǎn)生氫的液體化合物適于再使用，因?yàn)橛眠^(guò)的化合物能被再生成適于氫產(chǎn)生的形式。因而，本方法還包括使用過(guò)的化合物與氫反應(yīng)產(chǎn)生具有式R1-XH的化合物，借此由用過(guò)的化合物再生能產(chǎn)生氫的化合物。產(chǎn)生氫和再生用過(guò)的化合物的步驟可發(fā)生在例如靠近的位置處(例如在同一裝置內(nèi))或在不同的位置處。
本發(fā)明還涉及產(chǎn)生用于產(chǎn)生能量的氫的裝置。在一種實(shí)施方案中，裝置包括適于容納能產(chǎn)生氫并具有式R-XH的液體化合物的儲(chǔ)罐，其中R為選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分；X選自硫、氧和硒。裝置還包括適于與液體化合物反應(yīng)產(chǎn)生結(jié)合到金屬基材上的R-X化合物和氫氣的金屬基材。
裝置另外可包括能從金屬基材分離R-X化合物產(chǎn)生用過(guò)的化合物的能源。用過(guò)的化合物可包括例如二聚物，如具有式R-X-X-R的化合物。能源可包括例如熱源或UV光源。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，產(chǎn)生用于產(chǎn)生能量的氫的裝置包括適于容納能產(chǎn)生氫并具有式R1-XH的液體化合物的儲(chǔ)罐；和適于與液體化合物反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和用過(guò)的化合物的金屬基材。用過(guò)的化合物可包括例如具有式R2-XH的化合物，其中R2相對(duì)于R1被脫氫；R3＝X，其中R3相對(duì)于R1被脫氫；或它們的組合。R1、R2和R3中的每一個(gè)都包括獨(dú)立選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分。另外，X選自硫、氧、硒和氫。
適用于本發(fā)明裝置的金屬基材包括例如金、銀、鉑、銅、汞和被處理除去表面氧化物涂層的金屬。金屬基材可包括純金屬基材以及金屬混合物或合金。金屬基材還可包括各種金屬形式，包括納米孔金屬，如納米孔金。在一種實(shí)施方案中，化合物可包括例如有機(jī)硫醇化合物。
本發(fā)明的裝置還可包括用于儲(chǔ)存用過(guò)的化合物的儲(chǔ)罐。在一種實(shí)施方案中，用于儲(chǔ)存用過(guò)的化合物的儲(chǔ)罐適于從裝置中除去用過(guò)的化合物。裝置可另外包括再生室，該再生室適于使用過(guò)的化合物與從裝置外部源接受的氫反應(yīng)產(chǎn)生具有式R-XH的化合物，借此由用過(guò)的化合物再生氫產(chǎn)生化合物。本發(fā)明的裝置能利用氫氣產(chǎn)生能量。利用氫氣產(chǎn)生能量可包括例如在氫消耗裝置中如氫燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池中消耗氫氣。因而，本發(fā)明另外涉及具有氫消耗裝置和本發(fā)明的產(chǎn)生氫的裝置的汽車。
本發(fā)明還涉及由用過(guò)的化合物再生氫產(chǎn)生化合物的方法。這種方法包括從產(chǎn)生用于產(chǎn)生能量的氫的裝置中接受用過(guò)的化合物，和使用過(guò)的化合物與氫反應(yīng)產(chǎn)生具有式R-XH的化合物，借此由用過(guò)的化合物再生氫產(chǎn)生化合物。
本發(fā)明還涉及產(chǎn)生和利用氫的組合件。在一種實(shí)施方案中，本發(fā)明的組合件包括用于產(chǎn)生氫的第一單元和用于利用氫產(chǎn)生能量的第二單元，其中第二單元適于接受來(lái)自第一單元的氫。第一單元包括適于容納能產(chǎn)生氫并具有式R-XH的液體化合物的儲(chǔ)罐，其中R為選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分；和X選自硫、氧和硒。第一單元還包括適于與液體化合物反應(yīng)產(chǎn)生結(jié)合到金屬基材的R-X化合物和氫氣的金屬基材。第二單元可包括例如氫消耗裝置，如氫燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池。在一種實(shí)施方案中，本發(fā)明的組合件可被包含在汽車內(nèi)。
本發(fā)明的組合件另外可包括能從金屬基材分離R-X產(chǎn)生用過(guò)的化合物(例如具有式R-X-X-R的二聚物)的能源。能源可包括例如熱源或UV光源。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，組合件包括用于產(chǎn)生氫的第一單元和用于利用氫產(chǎn)生能量的第二單元，其中第二單元適于接受來(lái)自第一單元的氫。第一單元包括適于容納能產(chǎn)生氫并具有式R1-XH的液體化合物的儲(chǔ)罐；和適于與液體化合物反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和用過(guò)的化合物的金屬基材。用過(guò)的化合物可包括例如具有式R2-XH的化合物，其中R2相對(duì)于R1被脫氫；R3＝X，其中R3相對(duì)于R1被脫氫；或它們的組合。R1、R2和R3中的每一個(gè)都包括獨(dú)立選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分。另外，X選自硫、氧、硒和氫。第二單元可包括例如氫消耗裝置，如氫燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池。
適用于本發(fā)明的組合件的金屬基材包括例如金、銀、鉑、銅、汞和被處理除去表面氧化物涂層的金屬。金屬基材可包括純金屬基材以及金屬合金。反應(yīng)性金屬基材還可包括各種金屬形式，包括納米孔金屬，如納米孔金。在一種實(shí)施方案中，氫產(chǎn)生化合物可包括例如有機(jī)硫醇化合物。
組合件還可包括用于儲(chǔ)存用過(guò)的化合物的儲(chǔ)罐。在一種實(shí)施方案中，用于儲(chǔ)存用過(guò)的化合物的儲(chǔ)罐適于從裝置中移出用過(guò)的化合物。組合件可另外包括再生室，該再生室適于使用過(guò)的化合物與從裝置外部源接受的氫反應(yīng)產(chǎn)生具有式R-XH的化合物，借此由用過(guò)的化合物再生氫產(chǎn)生化合物。
附圖簡(jiǎn)述

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的氫產(chǎn)生和由用過(guò)的化合物再生氫產(chǎn)生化合物的流程圖。
圖2圖示了使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的裝置的氫產(chǎn)生和再生系統(tǒng)。
圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的系統(tǒng)和裝置。
圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明適合于使用的化合物的例子。
圖5進(jìn)一步圖示了根據(jù)本發(fā)明適合于使用的示例性化合物。
發(fā)明詳述本發(fā)明來(lái)自于某些氫產(chǎn)生化合物用于化學(xué)儲(chǔ)氫和在需要時(shí)為了產(chǎn)生能量產(chǎn)生氫的發(fā)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，氫產(chǎn)生化合物可與金屬基材反應(yīng)產(chǎn)生氫氣?；衔锟蔀橐后w形式，并可例如按照汽車燃料使用和分發(fā)的常規(guī)方式(例如加油站、燃料輸送卡車、管道等)使用和分發(fā)。根據(jù)本發(fā)明，用過(guò)的化合物可被通過(guò)用過(guò)的化合物的氫化來(lái)再加工和再生產(chǎn)生能產(chǎn)生氫并適合于進(jìn)一步用于氫產(chǎn)生的化合物。因此，本發(fā)明還描述了由用過(guò)的化合物再生適合于氫產(chǎn)生的富氫形式(例如氫產(chǎn)生化合物)，和根據(jù)所述方法在氫產(chǎn)生中再使用再生的化合物。
參考圖1，顯示了根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案的氫產(chǎn)生和由用過(guò)的化合物再生氫產(chǎn)生化合物的流程圖10。用于能量產(chǎn)生的氫產(chǎn)生以步驟12中提供氫產(chǎn)生化合物開始。本發(fā)明的氫產(chǎn)生化合物具有式R-XH，其中R為有機(jī)部分，X包括硫、氧、硒或氫。化合物在步驟14中與金屬基材反應(yīng)產(chǎn)生氫。除了產(chǎn)生氫氣外，化合物與金屬基材的反應(yīng)還產(chǎn)生用過(guò)的化合物和/或結(jié)合到金屬基材上的R-X化合物。氫氣可被收集16，例如用于在步驟18中產(chǎn)生能量。在氫產(chǎn)生化合物在步驟14中與金屬基材反應(yīng)后，可在步驟20中從金屬基材分離任何結(jié)合到金屬基材的化合物。結(jié)合到金屬基材上的R-X化合物在步驟20中的分離可通過(guò)從能源22輸入能量來(lái)完成。在步驟20中，由能量22的輸入和結(jié)合的R-X化合物從金屬基材的分離產(chǎn)生分離的用過(guò)的化合物(例如具有式R-X-X-R的二聚物)。例如，用過(guò)的化合物可被收集并再生(例如氫化)成適合于氫氣產(chǎn)生的形式。用過(guò)的化合物再生成適合于氫產(chǎn)生的形式通過(guò)在步驟24中使用過(guò)的化合物與氫反應(yīng)產(chǎn)生具有式R-XH的化合物來(lái)完成，借此由用過(guò)的化合物再生氫產(chǎn)生化合物。用于由用過(guò)的化合物再生氫產(chǎn)生化合物的氫26可通過(guò)任何氫產(chǎn)生手段來(lái)得到，包括例如常規(guī)生產(chǎn)方法。
因此，本發(fā)明涉及通過(guò)利用根據(jù)所述方法產(chǎn)生的氫來(lái)產(chǎn)生能量。在一種實(shí)施方案中，通過(guò)使能產(chǎn)生氫的液體化合物如具有式R-XH的化合物與金屬基材反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和用過(guò)的化合物和/或結(jié)合到基材上的R-X化合物來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生能量的方法。通過(guò)上述方法產(chǎn)生的氫氣可被進(jìn)一步用于產(chǎn)生能量，包括例如在氫消耗裝置如燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池中使用。
本發(fā)明部分上基于這種發(fā)現(xiàn)，即在自組裝單層(SAM)領(lǐng)域中常用的化合物能有效地與金屬基材反應(yīng)產(chǎn)生相當(dāng)大數(shù)量的氫氣，而且作為反應(yīng)副產(chǎn)物產(chǎn)生的化合物(例如用過(guò)的化合物)可進(jìn)一步與氫反應(yīng)并被氫化，借此使用過(guò)的化合物再生成適合于氫產(chǎn)生的形式。令人驚奇的是，在形成SAM中常用的化合物也能有效地產(chǎn)生數(shù)量足以用于產(chǎn)生能量的氫，包括例如在燃料電池或氫燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)中(實(shí)施例1-2)。
化合物如有機(jī)硫醇化合物因它們自發(fā)與特定金屬基材反應(yīng)形成結(jié)合到金屬表面的有機(jī)硫醇鹽化合物的能力而在SAM領(lǐng)域中為人熟知。SAM通常被描述為有組織的緊密組合分子的集合。由例如通過(guò)有機(jī)分子在金屬表面(例如金)上的化學(xué)吸附形成的自組裝單層為特征鮮明的合成有機(jī)單層。參見Ulman，An Introduction to Ultrathin OrganicFilmsFrom Langmuir-Blodgett to Self-Assembly，Academic Press，SanDiego，1991；Dubois等人，Annu.Rev.Phys.Chem.43437(1992)。當(dāng)使有機(jī)硫醇化合物與金屬基材接觸時(shí)，由于硫在金屬基材織構(gòu)化表面上的化學(xué)吸附，這些單層自發(fā)形成。分子在金屬基材的表面上自組織成相稱的晶格。參見Porter，J.Am.Chem.Soc.，1093559(1987)；Camillone III等人，Chem.Phys.，983503(1993)；Fenter等人，Science，2661216(1994)；20；Chidsey等人，Langmuir，6682(1990)；Sun等人，Thin Solid Films，242106(1994)。除了在金屬表面上形成單層外，上述參考反應(yīng)產(chǎn)生大量氫氣作為副產(chǎn)物。
本文使用的術(shù)語(yǔ)“氫產(chǎn)生化合物”是指具有式R-XH并能在與金屬基材反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生氫氣的化合物。在一種實(shí)施方案中，X表示在與反應(yīng)性金屬基材接觸時(shí)能釋放氫并結(jié)合到金屬基材上的反應(yīng)性部分。硫?yàn)楫?dāng)與反應(yīng)性金屬基材(參見上文)接觸時(shí)具有眾所周知的反應(yīng)性性質(zhì)的反應(yīng)性部分。除了硫醇化合物(例如包含硫作為反應(yīng)性部分的化合物)外，具有氧和硒的化合物也是有用的，因?yàn)檠?、硒和硫在周期表中的同一族，并具有類似的反?yīng)性性質(zhì)。因而，氫產(chǎn)生化合物中存在的并適用于本發(fā)明的反應(yīng)性部分包括例如硫、氧和硒。因此，在一種實(shí)施方案中，氫產(chǎn)生化合物為“有機(jī)硫醇”，或具有硫作為反應(yīng)性部分以及本文定義的任何有機(jī)部分(“R”)的化合物(參見例如實(shí)施例1)。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，在使氫產(chǎn)生化合物與金屬基材反應(yīng)時(shí)，可通過(guò)氫產(chǎn)生化合物烴部分的脫氫產(chǎn)生氫。因此，氫產(chǎn)生化合物還可包括烴(例如其中X為氫)(參見下文；實(shí)施例2)。
氫產(chǎn)生化合物還包括有機(jī)部分(“R”)。氫產(chǎn)生化合物中存在的并適用于本發(fā)明的有機(jī)部分一般包括烴，并可包括能在處理(例如運(yùn)輸、轉(zhuǎn)移、反應(yīng)等)過(guò)程中保持化合物的所需相態(tài)和基本不會(huì)干擾化合物與反應(yīng)性金屬基材的反應(yīng)的任何有機(jī)部分。合適的R基團(tuán)包括但不限于烷基、雜烷基、低級(jí)烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合。R基團(tuán)可為取代的或未取代的，并可包含一個(gè)或多個(gè)雜原子。
本文使用的術(shù)語(yǔ)“烷基”是指具有1至約12個(gè)碳原子的一價(jià)直鏈或支鏈烴基，包括甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、正己基等。例如，通過(guò)結(jié)合烷基與氫原子，可得到鏈烷。
本文使用的術(shù)語(yǔ)“雜烷基”是指包含至少一個(gè)雜原子的烷基。本文使用的術(shù)語(yǔ)“雜原子”是指N、O、S等。
本文使用的“取代烷基”是指還帶有一個(gè)或多個(gè)取代基的烷基，其中取代基選自羥基、烷氧基、巰基、環(huán)烷基、取代環(huán)烷基、雜環(huán)基、取代雜環(huán)基、芳基、取代芳基、雜芳基、取代雜芳基、芳氧基、取代芳氧基、鹵素、氰基、硝基、氨基、酰氨基、-C(O)H、?；?、氧?；Ⅳ然?、硫?；?、磺酰胺基、磺?；?。
本文使用的“低級(jí)烷基”是指具有1至約6個(gè)碳原子的烷基。
本文使用的“鏈烯基”是指具有1個(gè)或多個(gè)碳-碳雙鍵并具有約2至12個(gè)碳原子的直鏈或支鏈烴基，“取代鏈烯基”是指還帶有一個(gè)或多個(gè)上面所列的取代基的鏈烯基。
本文使用的“炔基”是指具有至少一個(gè)碳-碳三鍵并具有約2至12個(gè)碳原子的直鏈或支鏈烴基，“取代炔基”是指還帶有一個(gè)或多個(gè)上面所列的取代基的炔基。
本文使用的“芳基”是指具有6至14個(gè)碳原子的芳香基，“取代芳基”是指還帶有一個(gè)或多個(gè)上面所列的取代基的芳基。
本文使用的“雜芳基”是指包含一個(gè)或多個(gè)雜原子(例如N、O、S等)作為環(huán)結(jié)構(gòu)一部分并具有3至14個(gè)碳原子的芳香環(huán)，“取代雜芳基”是指還帶有一個(gè)或多個(gè)上面所列的取代基的雜芳基。
本文使用的“烷氧基”是指部分-O-烷基，其中烷基如上文所定義，“取代烷氧基”是指還帶有一個(gè)或多個(gè)上面所列的取代基的烷氧基。
本文使用的“環(huán)烷基”是指包含約3至8個(gè)碳原子的含環(huán)烷基，“取代環(huán)烷基”是指還帶有一個(gè)或多個(gè)上面所列的取代基的環(huán)烷基。
本文使用的“雜環(huán)基”，在不涉及芳香環(huán)使用時(shí)，是指包含一個(gè)或多個(gè)雜原子(例如N、O、S等)作為環(huán)結(jié)構(gòu)一部分并具有3至14個(gè)碳原子的環(huán)(即含環(huán))基，“取代雜環(huán)基”是指還帶有一個(gè)或多個(gè)上面所列的取代基的雜環(huán)基。
本文使用的“烷基芳基”是指烷基取代的芳基，“取代烷基芳基”是指還帶有一個(gè)或多個(gè)上面所列的取代基的烷基芳基。
本文使用的“芳烷基”是指芳基取代的烷基，“取代芳烷基”是指還帶有一個(gè)或多個(gè)上面所列的取代基的芳烷基。
本文使用的“芳烯基”是指芳基取代的鏈烯基，“取代芳烯基”是指還帶有一個(gè)或多個(gè)上面所列的取代基的芳烯基。
本文使用的“芳炔基”是指芳基取代的炔基，“取代芳炔基”是指還帶有一個(gè)或多個(gè)上面所列的取代基的芳炔基。
本文使用的“亞芳基”是指具有6至14個(gè)碳原子的二價(jià)芳基，“取代亞芳基”是指還帶有一個(gè)或多個(gè)上面所列的取代基的亞芳基。
本文使用的“氧亞芳基”是指部分“O-亞芳基”，其中亞芳基如上面所定義，“取代氧亞芳基”是指還帶有一個(gè)或多個(gè)上面所列的取代基的氧亞芳基。
提供了適用于本發(fā)明的氫產(chǎn)生化合物的各種例子，并且不打算限制于任何特定大小的烴。例如，氫產(chǎn)生化合物可包括具有較大烴基如6個(gè)或以上碳的分子(例如C6-C12、C12-C20或大于20個(gè)碳原子)、具有較小烴的分子(例如少于6個(gè)碳原子)。例子包括甲硫醇(CH3SH)，和具有式CH3(CH2)nSH的有機(jī)硫醇，其中n＝小于6(例如2、3、4或5)。例子還包括具有多個(gè)硫醇基的有機(jī)硫醇。具有多個(gè)硫醇基的化合物每個(gè)分子中一般少于4個(gè)硫醇基(例如2或3個(gè))。具有高-XH基(例如硫醇)比例的分子通過(guò)-X-X-鍵形成聚合物，它的低粘度會(huì)降低用于本發(fā)明的化合物的有效性。具有多個(gè)-XH基的化合物的例子包括HS-(CH2)n-SH，其中n＝小于6(例如2-3)，以及雜原子化合物如二硫蘇糖醇。適用于本發(fā)明的化合物的其它例子包括HO-CH2-CH2-SH、硫代苯(thiobenzene)和苯硫酚。適用于本發(fā)明的化合物的更多例子列在圖4和5中。
在一種實(shí)施方案中，本發(fā)明的氫產(chǎn)生化合物在室溫下以液體形式存在。室溫下的這種液態(tài)是有用的，例如在需要利用當(dāng)前的汽車燃料分配方法(例如氣泵)時(shí)。因而，在本發(fā)明中有用的氫產(chǎn)生化合物一般在室溫下為液相，并具有約20℃-約200℃的沸點(diǎn)范圍。
下面就使有機(jī)硫醇與金基材反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和結(jié)合到金基材上的有機(jī)硫醇鹽來(lái)舉例說(shuō)明使氫產(chǎn)生化合物與反應(yīng)性金屬基材反應(yīng)的步驟，如下例子用于本發(fā)明的反應(yīng)性金屬基材包括包含金屬并能與氫產(chǎn)生化合物反應(yīng)提供用過(guò)的化合物或結(jié)合到基材上的化合物的任何基材，與未反應(yīng)的氫產(chǎn)生化合物相比，用過(guò)的化合物或結(jié)合到基材上的化合物被脫氫。合適的反應(yīng)性金屬基材可包括例如金、銀、鉑、銅和汞。金屬基材還可包括例如被處理除去表面氧化物涂層的金屬，由此增強(qiáng)當(dāng)與本文所述的氫產(chǎn)生化合物接觸時(shí)金屬基材的反應(yīng)能力。有用的金屬基材不限制于特定的尺寸和尺寸范圍。對(duì)于給定的應(yīng)用，適宜金屬基材尺寸的選擇對(duì)本領(lǐng)域那些技術(shù)人員是顯而易見的。本發(fā)明中使用的反應(yīng)性金屬基材在形式方面沒(méi)有限制，并可包括例如薄膜、片、箔、線、晶片、管、纖維、棒、球和它們的任意組合或復(fù)合形式。反應(yīng)性金屬基材還可為被設(shè)計(jì)增加或最大化金屬基材表面積的形式。具有增加表面積的反應(yīng)性金屬基材可包括例如納米孔金屬的各種形式(例如納米孔金)，如美國(guó)專利號(hào)6805972中所描述的，本文引入其作為參考(還參見美國(guó)專利號(hào)4977038)。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方案中，其中使氫產(chǎn)生化合物反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和結(jié)合到基材上的化合物，本發(fā)明還包括從金屬基材上分離結(jié)合的化合物(例如有機(jī)硫醇鹽化合物)產(chǎn)生非結(jié)合的用過(guò)的化合物。本文使用的術(shù)語(yǔ)“用過(guò)的化合物”是指已與金屬基材反應(yīng)產(chǎn)生氫并和與金屬基材反應(yīng)前的氫產(chǎn)生化合物相比被脫氫的非結(jié)合化合物。因此用過(guò)的化合物可包括已與金屬基材反應(yīng)并進(jìn)一步從金屬基材分離的化合物。在一些實(shí)施方案中，在無(wú)分離步驟時(shí)產(chǎn)生用過(guò)的化合物(見下文)。用過(guò)的化合物可包括例如具有式R-X-X-R的二聚物，通過(guò)從金屬基材分離結(jié)合的R-X產(chǎn)生。在一種實(shí)施方案中，用過(guò)的化合物包括由從金屬基材分離的多種(例如至少二種)R-X化合物的組合形成的聚合物。
就從金基材分離有機(jī)硫醇鹽化合物形成二硫化物分子來(lái)舉例說(shuō)明從金屬基材分離R-X化合物并借此產(chǎn)生用過(guò)的化合物的方法，如下例子但是，應(yīng)認(rèn)識(shí)到，通過(guò)分離步驟產(chǎn)生的化合物可包括除從金屬基材分離的多種“-X-R”化合物的組合(例如聚合物)外的化合物。在一些情況下，例如，在初始?xì)洚a(chǎn)生化合物包括多個(gè)反應(yīng)性部分(例如HS(CH2)nSH)時(shí)，可通過(guò)連接單一化合物內(nèi)兩個(gè)反應(yīng)性部分形成用過(guò)的化合物，如下面所示
從金屬基材分離R-X化合物的各種方法都適用于本發(fā)明的方法，包括例如通過(guò)施加能源。在一個(gè)例子中，通過(guò)施加熱從金屬基材分離R-X化合物。例如可在大于80℃的熱下從金屬基材分離R-X化合物。施加的熱可包括例如施加約50-100℃、如60-80℃、和更尤其是約70℃的熱源。其它方法可包括施加紫外(UV)光，或施加電流。根據(jù)本發(fā)明的結(jié)合的化合物和金屬基材系列之間的表面相互作用一般為從約10kJ/mol-約50kJ/mol。硫醇鹽-金相互作用例如具有約35kJ/mol的相互作用能。因此，必須施加超過(guò)35kJ的能量到表面上以釋放/分離結(jié)合的化合物。分離結(jié)合到金屬基材上的化合物所需要具體能量數(shù)量將部分取決于化合物和正使用的金屬的組合，并能容易地由技術(shù)人員確定。對(duì)于分離金屬基材結(jié)合的R-X化合物的更多討論，如溫度驅(qū)動(dòng)的有機(jī)硫醇鹽化合物從金屬基材的釋放，參見例如Walczak等人，Langmuir1991，7，2687-2693；Bondzie等人，Surface Science 431(1999)174-185；Rowe等人，Langmuir 1991，7，2307-2312；Ross等人，Langmuir 1993，9，632-636；Huang等人，1993，J.Am.Chem.Soc.115，3342-3343；本文全部引入它們作為參考。
本發(fā)明還包括從用過(guò)的化合物再生氫產(chǎn)生化合物。從用過(guò)的化合物再生氫產(chǎn)生化合物包括例如使用過(guò)的化合物與氫反應(yīng)產(chǎn)生具有式R-XH的化合物，借此由用過(guò)的化合物再生氫產(chǎn)生化合物?？梢曰瘜W(xué)還原用過(guò)的化合物如二聚物的各種方法在本領(lǐng)域中是已知的。例如，在二聚物為二硫化物時(shí)，可用氫還原二硫化物形成硫醇，借此再生富氫硫醇。例如，通過(guò)催化氫化(例如與銠羰基催化劑反應(yīng))可使二硫化物與氫反應(yīng)形成硫醇。例如，催化氫化有機(jī)硫醇的各種方法對(duì)本領(lǐng)域那些技術(shù)人員是顯而易見的(參見例如美國(guó)專利號(hào)4767884；Bondzie等人，Surface Science 431(1999)174-185)。用于再生用過(guò)的化合物的氫可通過(guò)本領(lǐng)域中已知的任何方法產(chǎn)生(例如水的電離、烴的重整、高壓儲(chǔ)存等)。例如，在氫動(dòng)力車輛上實(shí)施本發(fā)明的裝置和方法時(shí)，使用過(guò)的化合物再生成適于氫產(chǎn)生的形式可在與氫產(chǎn)生分開的位置處進(jìn)行，如在車輛“下”，此時(shí)現(xiàn)有方法的限制如高溫和高壓(例如重整)就不太重要。
下面舉例說(shuō)明由用過(guò)的化合物再生氫產(chǎn)生化合物。例如，可用氫還原二聚物二硫化物成硫醇來(lái)再生富氫硫醇。例如，可通過(guò)催化氫化將二硫化物轉(zhuǎn)化成硫醇，如下面圖示的兩個(gè)反應(yīng)中例示
根據(jù)本發(fā)明的方法，還可通過(guò)使氫產(chǎn)生化合物的烴部分進(jìn)行脫氫來(lái)產(chǎn)生氫，其中當(dāng)使化合物與金屬基材反應(yīng)時(shí)發(fā)生脫氫。因此，在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，儲(chǔ)存和產(chǎn)生用于產(chǎn)生能量的氫的方法包括使能產(chǎn)生氫并具有式R1-XH的液體化合物與金屬基材反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和用過(guò)的化合物。用過(guò)的化合物可包括例如具有式R2-XH的化合物，其中R2相對(duì)于R1被脫氫；R3＝X，其中R3相對(duì)于R1被脫氫；或它們的組合。合適的R基如上文所定義。
根據(jù)本發(fā)明，盡管通過(guò)氫產(chǎn)生化合物的烴部分的脫氫產(chǎn)生氫的結(jié)果是催化脫氫，但原理與催化氫化相同。差別在于通過(guò)烴脫氫產(chǎn)生氫的這種方法的氫源可能為包含氫的任何有機(jī)分子。在正常催化氫化中，催化劑表面均裂地打破氫分子之間的鍵(H-H 436kJ/mol)并且催化劑與氫形成新鍵。由于這些新鍵缺乏穩(wěn)定性，因此部分氫原子作為氫氣離開表面。根據(jù)目前的氫產(chǎn)生方法，氫產(chǎn)生化合物的烴部分(例如上面定義的R)為氫源。這種烴部分通入催化劑，催化劑表面從烴部分提取氫并如以前一樣與它形成鍵。檢查烴部分的部分鍵能(例如CH3-H440kJ/mol；CH3CH2-H 421kJ/mol；CH3CH2CH2-H 423kJ/mol；CH2＝CH2CH2-H 375kJ/mol；(CH3)3C-H 359kJ/mol；CH2＝CH-H 465kJ/mol；RS-H 367kJ/mol)并比較它們的鍵能與氫的鍵能(H-H 436kJ/mol)，表明這些分子中的任何一個(gè)都能失去氫原子到催化劑上。但是，對(duì)于失去氫后能產(chǎn)生較穩(wěn)定分子的那些更容易(例如丙烯和2-甲基丙烷)。在一個(gè)例子中，可選擇環(huán)己基部分，因?yàn)樗苁?摩爾的氫形成非常穩(wěn)定的芳香結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)換芳基成環(huán)己基部分是已知的方法(參見例如美國(guó)專利號(hào)5189233；和Makal等人，CatalyticHydrogenation of Benzene to Cyclohexane in Gas Phase，Pol.(1989)PL 146758)。另外，由于方法的第一個(gè)步驟由均裂啟動(dòng)，因此在理論上，可產(chǎn)生穩(wěn)定基團(tuán)的任何原子都適合于上述反應(yīng)。烴分子對(duì)于氫產(chǎn)生也是有效的(圖5)。
適合于通過(guò)烴部分脫氫儲(chǔ)存和產(chǎn)生氫的示例性化合物包括例如丁硫醇、戊硫醇、己硫醇、環(huán)己硫醇和1，4-環(huán)己二硫醇。適合于通過(guò)烴部分脫氫產(chǎn)生氫的化合物的其它例子包括圖4和5中所示的以下化合物。
根據(jù)本發(fā)明，使用化合物1，4-環(huán)己二硫醇和金來(lái)舉例說(shuō)明通過(guò)氫化氫產(chǎn)生化合物的烴部分來(lái)產(chǎn)生氫。如下面所示，當(dāng)1，4-環(huán)己二硫醇接觸金表面時(shí)，氫立即被釋放，1，4-環(huán)己二硫醇被轉(zhuǎn)化成用過(guò)的化合物二硫代對(duì)苯醌和/或1，4-苯二硫醇加上氫。
實(shí)施例 例如，通過(guò)本領(lǐng)域中已知的用于分離氫和液體的各種方法中的任何一種來(lái)分離用過(guò)的化合物二硫代對(duì)苯醌和/或1，4-苯二硫醇與氫，如利用它們沸點(diǎn)上大的差異或通過(guò)膜分離方法。
通過(guò)脫氫反應(yīng)產(chǎn)生的用過(guò)的化合物能被再氫化，借此使用過(guò)的化合物再生成適合于在氫產(chǎn)生中再使用的形式。根據(jù)下面的例子，二硫代對(duì)苯醌和1，4-苯二硫醇可被化學(xué)還原成1，4-環(huán)己二硫醇。在這種過(guò)程中，分子被再氫化或“再充”氫，并可再次用于產(chǎn)生用于例如產(chǎn)生能量的氫。可化學(xué)還原用過(guò)的化合物如二硫代對(duì)苯醌和1，4-苯二硫醇分子的烴部分的各種方法在本領(lǐng)域中是已知的，并包括例如催化氫化。對(duì)于烴氫化如催化氫化的更多討論，參見例如Botaiux等人，“NewestHydrogenation Catalysts”，Hydrocarb.Process，1985年3月，51-59頁(yè)；和美國(guó)專利號(hào)6794552；本文全部引入它們作為參考。
本發(fā)明還涉及由用過(guò)的化合物再生氫產(chǎn)生化合物的方法。這種方法包括從產(chǎn)生用于產(chǎn)生能量的氫的裝置中接受用過(guò)的化合物，和使用過(guò)的化合物與氫反應(yīng)產(chǎn)生具有式R-XH的化合物，借此由用過(guò)的化合物再生氫產(chǎn)生化合物。
產(chǎn)生用于產(chǎn)生能量的氫的步驟和由用過(guò)的化合物再生氫產(chǎn)生化合物的步驟可在相同位置或靠近位置處發(fā)生?；蛘撸瑲洚a(chǎn)生步驟和用過(guò)的化合物再生步驟可在不同的位置處發(fā)生。例如，氫產(chǎn)生步驟可發(fā)生在汽車中或汽車上，而用過(guò)的化合物再生步驟可發(fā)生在汽車下或與汽車分開，包括例如在從汽車移出用過(guò)的化合物后。在一個(gè)例子中，用過(guò)的化合物的再生可發(fā)生在服務(wù)站，類似于目前正使用的服務(wù)站(例如加油站、卡車加油站等)。在氫產(chǎn)生發(fā)生在固定單元如建筑(例如住宅、商店、居所等)時(shí)，再生也可發(fā)生在建筑處，如在建筑內(nèi)并靠近建筑內(nèi)氫產(chǎn)生位置的位置處，或可發(fā)生在與建筑不同的位置處。
本發(fā)明還涉及產(chǎn)生用于產(chǎn)生能量的氫的裝置。本發(fā)明的裝置包括適于容納具有式R-XH的氫產(chǎn)生化合物的儲(chǔ)罐，其中R為有機(jī)部分和X為選自硫、氧和硒的反應(yīng)性部分。裝置還包括適于與氫產(chǎn)生化合物反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和用過(guò)的化合物和/或結(jié)合到金屬基材上的R-X化合物的金屬基材。
在氫產(chǎn)生化合物與金屬基材反應(yīng)產(chǎn)生結(jié)合到金屬基材的化合物的實(shí)施方案中，裝置可另外包括能從金屬基材分離結(jié)合的化合物產(chǎn)生非結(jié)合的用過(guò)的化合物(例如具有式R-X-X-R的二聚物)的能源。能源可包括例如熱源或UV光源。例如，在裝置存在于汽車上時(shí)，熱源可包括由氫消耗裝置如氫燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)得到的熱。在另一實(shí)施方案中，金屬基材可適于從裝置卸下。在這種實(shí)施方案中，包括金屬基材和結(jié)合的化合物的復(fù)合體可從裝置中卸下，并暴露于來(lái)自能源的能量，以便從金屬基材分離結(jié)合的化合物。
裝置還可包括用于儲(chǔ)存用過(guò)的化合物的儲(chǔ)罐。在一種實(shí)施方案中，用于儲(chǔ)存用過(guò)的化合物的儲(chǔ)罐適于從裝置中除去用過(guò)的化合物。裝置可另外包括再生室，該再生室適于使用過(guò)的化合物與從裝置外部源接受的氫反應(yīng)產(chǎn)生具有式R-XH的化合物，借此使用過(guò)的化合物再生成適于氫產(chǎn)生的形式。本發(fā)明的裝置能利用氫氣產(chǎn)生能量。利用氫氣產(chǎn)生能量可包括例如在氫燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池中消耗氫氣。
圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案的氫產(chǎn)生和再生系統(tǒng)30和裝置32。圖示系統(tǒng)包括加油站34、產(chǎn)生用于產(chǎn)生能量的氫的裝置32和移出站36。裝置32包括適于容納具有式R-XH的氫產(chǎn)生化合物的儲(chǔ)罐38，其中R為有機(jī)部分和X選自硫、氧和硒。裝置32還包括適于與化合物反應(yīng)產(chǎn)生用過(guò)的化合物和/或結(jié)合到金屬基材40上的R-X化合物和氫氣的反應(yīng)性金屬基材40。在該例示的實(shí)施方案中，裝置包括包含金屬基材40和能源44的反應(yīng)室42，能源44用于分離結(jié)合到金屬基材40上的R-X化合物產(chǎn)生非結(jié)合的用過(guò)的化合物(例如具有式R-X-X-R的二聚物)。裝置32還包括儲(chǔ)存用過(guò)的化合物的儲(chǔ)罐46，其適于從裝置中除去用過(guò)的化合物。儲(chǔ)罐46和儲(chǔ)罐可分開，或形成為用例如擋板47隔開的一個(gè)連續(xù)單元。在一種實(shí)施方案中，擋板47可為可移動(dòng)的擋板，其中可移動(dòng)擋板的位置限定了儲(chǔ)罐38和46的體積。擋板的位置受例如添加或除去和相應(yīng)受儲(chǔ)罐38和46中分別的氫產(chǎn)生化合物和用過(guò)的化合物相對(duì)數(shù)量的影響。例如，在擋板47為可移動(dòng)擋板時(shí)，儲(chǔ)罐38裝入氫產(chǎn)生化合物會(huì)導(dǎo)致?lián)醢?7的移動(dòng)，因而造成儲(chǔ)罐38體積的擴(kuò)大和儲(chǔ)罐46體積的相對(duì)縮小。系統(tǒng)還可包括適于從本發(fā)明的裝置32接受氫的氫消耗裝置48。
參考圖2討論本發(fā)明的系統(tǒng)和裝置的操作。將氫產(chǎn)生化合物(例如液體有機(jī)硫醇)從加油站34轉(zhuǎn)移到裝置32(參見圖2，步驟1)?；衔?圖2中的R-XH)一般為液體形式，并可儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐38中(見圖2，步驟2)。在需要時(shí)，化合物可與反應(yīng)性金屬基材40反應(yīng)產(chǎn)生氫氣(圖2中的H2)和用過(guò)的化合物和/或結(jié)合到金屬基材40的R-X化合物(見圖2，步驟3)。反應(yīng)步驟產(chǎn)生的氫可被送到氫消耗裝置48，如燃料電池或氫燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)(見圖2，步驟4)。通過(guò)從能源44施加能量可從金屬基材40分離結(jié)合到金屬基材40的R-X化合物產(chǎn)生用過(guò)的化合物，如具有式R-X-X-R的二聚物(見圖2，步驟5)。在分離步驟后，例如在儲(chǔ)存用過(guò)的化合物的儲(chǔ)罐46中冷凝和形成液體后收集用過(guò)的化合物(見圖2，步驟6)。然后在移出站36從儲(chǔ)罐46中除去用過(guò)的化合物(見圖2，步驟7)和隨后再生成適于氫產(chǎn)生的形式(例如氫產(chǎn)生化合物)。
因此，本發(fā)明還涉及產(chǎn)生和利用氫的組合件。在一種實(shí)施方案中，組合件包括用于產(chǎn)生氫的第一單元和用于利用氫產(chǎn)生能量的第二單元，其中第二單元適于從第一單元接受氫。第一單元包括適于容納具有式R-XH的氫產(chǎn)生化合物的儲(chǔ)罐，其中R為有機(jī)部分(見上文)和X選自硫、氧和硒；和適于與氫產(chǎn)生化合物反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和用過(guò)的化合物和/或結(jié)合到金屬基材的R-X化合物的金屬基材。第二單元可包括氫消耗裝置，如氫燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池。本發(fā)明的組合件可包含在例如車輛或汽車內(nèi)。本發(fā)明的組合件可另外包括能從金屬基材分離R-X產(chǎn)生用過(guò)的化合物(例如具有式R-X-X-R的二聚物)的能源。能源可包括例如熱源或UV光源。
組合件還可包括用于儲(chǔ)存用過(guò)的化合物的儲(chǔ)罐。在一種實(shí)施方案中，用于儲(chǔ)存用過(guò)的化合物的儲(chǔ)罐適于從裝置中除去用過(guò)的化合物。組合件可另外包括再生室，該再生室適于使用過(guò)的化合物與從裝置外部源接受的氫反應(yīng)產(chǎn)生具有式R-XH的化合物，借此再生用過(guò)的化合物成適于氫產(chǎn)生的形式。
圖3進(jìn)一步圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的系統(tǒng)50和裝置52。本發(fā)明的裝置52可位于例如用氫消耗裝置56提供動(dòng)力的車輛54內(nèi)部。因此，圖示的系統(tǒng)50包括具有產(chǎn)生用于產(chǎn)生能量的氫的裝置52的車輛54、服務(wù)站58和運(yùn)輸工具60。將氫產(chǎn)生化合物62(例如液體有機(jī)硫醇)從服務(wù)站58轉(zhuǎn)移到位于車輛54內(nèi)部的裝置52的儲(chǔ)罐64。當(dāng)需要時(shí)，化合物62可與金屬基材66反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和用過(guò)的化合物和/或結(jié)合到金屬基材66的R-X化合物(例如有機(jī)硫醇鹽)。氫氣可被輸送到氫消耗裝置56用于產(chǎn)生車輛54操作所用的能量。通過(guò)從能源施加能量可以從金屬基材66分離結(jié)合到金屬基材66的R-X化合物產(chǎn)生用過(guò)的化合物(例如二聚物R-X-X-R)。用過(guò)的化合物68可被儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐70中，并最終從車輛54中除去和位于例如服務(wù)站58處。用過(guò)的化合物68可被再生成適于氫產(chǎn)生的形式。再生可發(fā)生在服務(wù)站58處或在另外的位置處。通過(guò)運(yùn)輸工具60運(yùn)輸氫產(chǎn)生化合物和/或用過(guò)的化合物到達(dá)和離開服務(wù)站。適用于本發(fā)明的運(yùn)輸工具可包括從一個(gè)位置到另一個(gè)位置運(yùn)輸液體的任何工具，包括例如常規(guī)車輛運(yùn)輸工具(例如卡車、油罐車、船等)以及通過(guò)管道或其它方法。
實(shí)施例1有機(jī)硫醇與金屬基材反應(yīng)后的氫產(chǎn)生下面的實(shí)施例說(shuō)明通過(guò)使有機(jī)硫醇化合物與金屬基材反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣的收集和定量。通過(guò)提供進(jìn)行氫產(chǎn)生反應(yīng)的容器來(lái)進(jìn)行例示的反應(yīng)，容器包括室、進(jìn)口和出口。通過(guò)在容器的室中放置反應(yīng)材料進(jìn)行反應(yīng)，使材料反應(yīng)，并測(cè)量通過(guò)反應(yīng)產(chǎn)生的氫。將材料經(jīng)由進(jìn)口送入到容器內(nèi)，經(jīng)由出口從容器中取出通過(guò)反應(yīng)產(chǎn)生的氫。通過(guò)氣相色譜法包括通過(guò)連接到還原氣體分析儀的氣相色譜法(“GC-RGA”)(Reduction Gas Analyzer Trace Analytical，In.，Model TA 3000)分析和定量氫。
首先進(jìn)行正對(duì)照實(shí)驗(yàn)以便證實(shí)測(cè)試裝置能檢測(cè)在容器中通過(guò)使材料反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣。對(duì)于正對(duì)照，在容器的室中放置少量鈉(10-20mg)，其中室的體積為大約25ml。然后密封容器并用真空泵對(duì)室抽真空。向燒瓶中再引入水(20μl)，并與室中存在的鈉反應(yīng)。鈉和水之間的反應(yīng)產(chǎn)生大量氫氣，充滿燒瓶。反應(yīng)后用GC-RGA分析容器室的內(nèi)含物顯示在燒瓶的室中存在約10000ppm的氫氣。
使用有機(jī)硫醇和金屬基材進(jìn)行類似于上述正對(duì)照的實(shí)驗(yàn)。己硫醇(99％)購(gòu)自Aldrich化學(xué)公司。金粉末，球形，APS 5.5-9.0微米，99.96％(金屬基)，S.A.0.05-0.2m2/g，購(gòu)自Alfa Aesar。將金粉末(300mg)放在容器的室中(體積約5ml)。密封容器后通過(guò)真空泵對(duì)室抽真空，將己硫醇(1ml)引入到容器的室中。反應(yīng)后，用GC-RGA分析容器的內(nèi)含物。檢測(cè)容器中的氫氣，反應(yīng)后，數(shù)量大約3000ppm。
重復(fù)實(shí)驗(yàn)，如上所述，在容器的室中放置金粉末(300mg)，并在真空泵抽真空后將在乙醇(1ml)中的2％己硫醇注入到室內(nèi)。反應(yīng)后，通過(guò)GC-RGA測(cè)定氫氣含量，大約2000ppm。另外，分析房間內(nèi)空氣以便確定氫氣含量和停留時(shí)間。房間內(nèi)空氣、正對(duì)照、純己硫醇和在乙醇中的2％己硫醇的氫氣含量實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于表1中。
表1
如上所述進(jìn)一步重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，但使用連接到質(zhì)譜分析的氣相色譜法(“GC-MC”)(Agilent GC/MS型號(hào)6890N/5973)進(jìn)行氫氣分析和定量。GC-MS分析證實(shí)了GC-RGA分析的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表明通過(guò)使有機(jī)硫醇化合物與金屬基材反應(yīng)產(chǎn)生氫。盡管儀器不能顯示出氫峰值，但確定了在房間內(nèi)空氣停留時(shí)間以下的負(fù)峰值。這種負(fù)峰值可能是由于缺少背景氣體(例如He)和可能是存在停留時(shí)間比空氣低的其它氣體。這被解釋為氫，因?yàn)樗o出了與正對(duì)照類似的結(jié)果。
實(shí)施例2烴與金屬基材反應(yīng)后的氫產(chǎn)生下面的實(shí)施例說(shuō)明使烴與金金屬催化劑反應(yīng)后的氫的產(chǎn)生和收集，金金屬催化劑使烴脫氫并釋放氫氣。
在本實(shí)施例中，用金粉末填塞GC/MS的注入口并加熱到175℃。在定速和加熱金后，通過(guò)注入口注入1μl環(huán)己醇(99％，Aldrich)。通過(guò)GC/MS(見上文)直接監(jiān)測(cè)流出物。通過(guò)GC/MS監(jiān)測(cè)環(huán)己醇與金的反應(yīng)顯示出停留時(shí)間類似于房間內(nèi)空氣的負(fù)峰值。結(jié)果表明檢測(cè)器中缺少氦氣或存在其它氣體，這被解釋為反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣。另外，反應(yīng)后檢測(cè)到的主要烴化合物為苯酚(即脫氫的環(huán)己醇)。反應(yīng)后沒(méi)有檢測(cè)到環(huán)己醇。
作為對(duì)照，在沒(méi)有金填塞步驟時(shí)進(jìn)行類似的實(shí)驗(yàn)。在對(duì)照實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有檢測(cè)到負(fù)峰值或苯酚。檢測(cè)到的唯一化合物是環(huán)己醇，表明在缺少金金屬基材時(shí)沒(méi)有發(fā)生反應(yīng)。
盡管參考本文描述的實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但應(yīng)認(rèn)識(shí)到，更改和變化都包括在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明只受下面的權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生能量的方法，包括使能產(chǎn)生氫并具有式R-XH的液體化合物與金屬基材反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，和利用氫氣產(chǎn)生能量；其中R為選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分；X選自硫、氧、硒和氫。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述金屬基材包括選自金、銀、鉑、銅和汞的金屬。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述金屬基材包括被處理除去表面氧化物涂層的金屬。
4.權(quán)利要求1的方法，其中R為C2-C8烷基、雜烷基、鏈烯基或雜烯基。
5.權(quán)利要求1的方法，其中利用氫氣包括在燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)中消耗氫氣。
6.權(quán)利要求1的方法，其中利用氫氣包括在燃料電池中消耗氫氣。
7.一種儲(chǔ)存和產(chǎn)生用于產(chǎn)生能量的氫的方法，包括使能產(chǎn)生氫并具有式R1-XH的液體化合物與金屬基材反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和結(jié)合到金屬基材的R1-X；和收集氫氣；其中基團(tuán)R1為選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分；X選自硫、氧和硒。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述金屬基材包括選自金、銀、鉑、銅和汞的金屬。
9.權(quán)利要求7的方法，其中所述金屬基材包括被處理除去表面氧化物涂層的金屬。
10.權(quán)利要求7的方法，其中所述液體化合物為C2-C8有機(jī)硫醇。
11.權(quán)利要求7的方法，還包括分離結(jié)合到金屬基材的R1-X產(chǎn)生用過(guò)的化合物。
12.權(quán)利要求11的方法，其中所述用過(guò)的化合物為具有式R1-X-X-R1的二聚物。
13.權(quán)利要求11的方法，其中所述分離包括加熱結(jié)合到金屬基材的R1-X。
14.權(quán)利要求11的方法，其中所述分離包括使結(jié)合到金屬基材的R1-X與紫外(UV)光接觸。
15.權(quán)利要求11的方法，還包括使用過(guò)的化合物與氫反應(yīng)產(chǎn)生具有式R1-XH的化合物，借此由用過(guò)的化合物再生能產(chǎn)生氫的化合物。
16.權(quán)利要求15的方法，其中使用過(guò)的化合物與氫反應(yīng)包括催化氫化。
17.權(quán)利要求15的方法，其中產(chǎn)生氫和再生用過(guò)的化合物在不同的位置處發(fā)生。
18.權(quán)利要求7的方法，還包括使液體化合物與金屬基材反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和用過(guò)的化合物，用過(guò)的化合物包括(a)R2-XH，其中R2相對(duì)于R1被脫氫；(b)R3＝X，其中R3相對(duì)于R1被脫氫；或(c)(a)和(b)的組合；其中R1、R2和R3中的每一個(gè)都為獨(dú)立選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基和氧亞芳基中的部分；
19.權(quán)利要求7的方法，其中收集包括在燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池中消耗氫氣。
20.一種儲(chǔ)存和產(chǎn)生用于產(chǎn)生能量的氫的方法，包括使能產(chǎn)生氫并具有式R1-XH的液體化合物與金屬基材反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和用過(guò)的化合物，用過(guò)的化合物包括(a)R2-XH，其中R2相對(duì)于R1被脫氫；(b)R3＝X，其中R3相對(duì)于R1被脫氫；或(c)(a)和(b)的組合；和收集氫氣；其中R1、R2和R3中的每一個(gè)都為獨(dú)立選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分；和X選自硫、氧、硒和氫。
21.權(quán)利要求20的方法，其中所述金屬基材包括金、銀、鉑、銅或汞。
22.權(quán)利要求20的方法，其中所述金屬基材包括被處理除去表面氧化物涂層的金屬。
23.權(quán)利要求20的方法，還包括使用過(guò)的化合物與氫反應(yīng)產(chǎn)生具有式R1-XH的化合物，借此由用過(guò)的化合物再生能產(chǎn)生氫的化合物。
24.權(quán)利要求23的方法，其中使用過(guò)的化合物與氫反應(yīng)包括催化氫化。
25.權(quán)利要求23的方法，其中產(chǎn)生氫和再生用過(guò)的化合物在不同的位置處發(fā)生。
26.權(quán)利要求20的方法，還包括使R1-XH化合物與金屬基材反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和結(jié)合到金屬基材上的R1-X。
27.權(quán)利要求26的方法，還包括使R2-XH化合物與金屬基材反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和結(jié)合到金屬基材上的R2-X。
28.權(quán)利要求27的方法，還包括分離結(jié)合到金屬基材的R1-X-或結(jié)合到金屬基材的R2-X-產(chǎn)生包括從金屬基材分離的R1-X-或R2-X-的用過(guò)的化合物。
29.權(quán)利要求28的方法，其中包括R1-X-或R2-X-的用過(guò)的化合物選自R1-X-X-R1、R2-X-X-R2或R1-X-X-R2。
30.權(quán)利要求20的方法，其中所述收集包括在燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池中消耗氫氣。
31.一種產(chǎn)生用于產(chǎn)生能量的氫的裝置，包括適于容納能產(chǎn)生氫并具有式R-XH的液體化合物的儲(chǔ)罐，其中R為選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分；和X選自硫、氧和硒；和適于與液體化合物反應(yīng)產(chǎn)生結(jié)合到金屬基材上的R-X化合物和氫氣的金屬基材。
32.權(quán)利要求31的裝置，其中所述液體化合物包括C2-C8有機(jī)硫醇化合物。
33.權(quán)利要求31的裝置，其中所述金屬基材包括銀、鉑、銅或汞。
34.權(quán)利要求31的裝置，其中所述金屬基材包括金。
35.權(quán)利要求34的裝置，其中所述金包括納米孔金。
36.權(quán)利要求31的裝置，其中所述金屬基材包括被處理除去表面氧化物涂層的金屬。
37.權(quán)利要求31的裝置，還包括能從金屬基材分離R-X產(chǎn)生用過(guò)的化合物的能源。
38.權(quán)利要求37的裝置，其中用過(guò)的化合物為具有式R-X-X-R的二聚物。
39.權(quán)利要求37的裝置，其中能源包括熱源。
40.權(quán)利要求37的裝置，其中能源包括UV光源。
41.權(quán)利要求37的裝置，還包括儲(chǔ)存用過(guò)的化合物的儲(chǔ)罐。
42.權(quán)利要求41的裝置，其中儲(chǔ)存用過(guò)的化合物的儲(chǔ)罐適于從裝置取出用過(guò)的化合物。
43.權(quán)利要求37的裝置，還包括再生室，該再生室適于使用過(guò)的化合物與從裝置外部源接受的氫反應(yīng)產(chǎn)生具有式R-XH的化合物，借此由用過(guò)的化合物再生能產(chǎn)生氫的化合物。
44.權(quán)利要求31的裝置，其中使用氫氣產(chǎn)生能量。
45.一種汽車，包括氫消耗裝置和權(quán)利要求31的裝置。
46.權(quán)利要求45的汽車，其中氫消耗裝置包括氫燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)。
47.權(quán)利要求45的汽車，其中氫消耗裝置包括燃料電池。
48.一種產(chǎn)生用于產(chǎn)生能量的氫的裝置，包括適于容納能產(chǎn)生氫并具有式R1-XH的液體化合物的儲(chǔ)罐；和適于與液體化合物反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和用過(guò)的化合物的金屬基材，用過(guò)的化合物包括(a)R2-XH，其中R2相對(duì)于R1被脫氫；(b)R3＝X，其中R3相對(duì)于R1被脫氫；或(c)(a)和(b)的組合；其中R1、R2和R3中的每一個(gè)都為獨(dú)立選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分；和X選自硫、氧、硒和氫。
49.權(quán)利要求48的裝置，其中所述金屬基材包括銀、鉑、銅或汞。
50.權(quán)利要求48的裝置，其中所述金屬基材包括金。
51.權(quán)利要求50的裝置，其中所述金包括納米孔金。
52.權(quán)利要求48的裝置，其中所述金屬基材包括被處理除去表面氧化物涂層的金屬。
53.權(quán)利要求48的裝置，還包括儲(chǔ)存用過(guò)的化合物的儲(chǔ)罐。
54.權(quán)利要求53的裝置，其中儲(chǔ)存用過(guò)的化合物的儲(chǔ)罐適于從裝置移出用過(guò)的化合物。
55.權(quán)利要求48的裝置，還包括再生室，該再生室適于使用過(guò)的化合物與從裝置外部源接受的氫反應(yīng)產(chǎn)生具有式R1-XH的化合物，借此由用過(guò)的化合物再生能產(chǎn)生氫的化合物。
56.權(quán)利要求48的裝置，其中使用氫氣產(chǎn)生能量。
57.一種汽車，包括氫消耗裝置和權(quán)利要求48的裝置。
58.權(quán)利要求57的汽車，其中所述氫消耗裝置包括氫燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)。
59.權(quán)利要求57的汽車，其中所述氫消耗裝置包括燃料電池。
60.一種由用過(guò)的化合物再生能產(chǎn)生氫的化合物的方法，包括從權(quán)利要求42的裝置接受用過(guò)的化合物；和使用過(guò)的化合物與氫反應(yīng)產(chǎn)生具有式R-XH的化合物，借此由用過(guò)的化合物再生能產(chǎn)生氫的化合物。
61.一種由用過(guò)的化合物再生能產(chǎn)生氫的化合物的方法，包括從權(quán)利要求54的裝置接受用過(guò)的化合物；和使用過(guò)的化合物與氫反應(yīng)產(chǎn)生具有式R1-XH的化合物，借此由用過(guò)的化合物再生能產(chǎn)生氫的化合物。
62.一種產(chǎn)生和利用氫的組合件，包括用于產(chǎn)生氫的第一單元，第一單元包括(a)適于容納能產(chǎn)生氫并具有式R-XH的液體化合物的儲(chǔ)罐；其中R為選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分；和X選自硫、氧和硒；和(b)適于與液體化合物反應(yīng)產(chǎn)生結(jié)合到金屬基材的R-X化合物和氫氣的金屬基材；和用于利用氫產(chǎn)生能量的第二單元，其中第二單元適于接受來(lái)自第一單元的氫。
63.權(quán)利要求62的組合件，其中所述反應(yīng)性金屬基材包括銀、鉑、銅、汞或被處理除去表面氧化物涂層的金屬。
64.權(quán)利要求62的組合件，其中所述金屬基材包括金。
65.權(quán)利要求64的組合件，其中所述金包括納米孔金。
66.權(quán)利要求62的組合件，還包括能從金屬基材分離R-X產(chǎn)生用過(guò)的化合物的能源。
67.權(quán)利要求66的組合件，其中所述用過(guò)的化合物包括具有式R-X-X-R的二聚物。
68.權(quán)利要求66的組合件，其中所述能源包括熱源。
69.權(quán)利要求66的組合件，其中能源包括UV光源。
70.權(quán)利要求66的組合件，還包括儲(chǔ)存用過(guò)的化合物的儲(chǔ)罐，該儲(chǔ)罐適于從裝置移出用過(guò)的化合物。
71.權(quán)利要求66的組合件，還包括再生室，該再生室適于使用過(guò)的化合物與從裝置外部源接受的氫反應(yīng)產(chǎn)生具有式R-XH的化合物，借此由用過(guò)的化合物再生能產(chǎn)生氫的化合物。
72.權(quán)利要求62的組合件，其中第二單元包括燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)。
73.權(quán)利要求62的組合件，其中第二單元包括燃料電池。
74.權(quán)利要求62的組合件，其中所述組合件包含在汽車內(nèi)。
75.一種產(chǎn)生和利用氫的組合件，包括用于產(chǎn)生氫的第一單元，該第一單元包括(1)適于容納能產(chǎn)生氫并具有式R1-XH的液體化合物的儲(chǔ)罐，和(2)適于與液體化合物反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和用過(guò)的化合物的金屬基材，用過(guò)的化合物包括(a)R2-XH，其中R2相對(duì)于R1被脫氫；(b)R3＝X，其中R3相對(duì)于R1被脫氫；或(c)(a)和(b)的組合；其中R1、R2和R3中的每一個(gè)都為獨(dú)立選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分；和X選自硫、氧、硒和氫。用于利用氫產(chǎn)生能量的第二單元，其中第二單元適于接受來(lái)自第一單元的氫。
76.權(quán)利要求75的組合件，其中所述反應(yīng)性金屬基材包括銀、鉑、銅、汞或被處理除去表面氧化物涂層的金屬。
77.權(quán)利要求75的組合件，其中所述金屬基材包括金。
78.權(quán)利要求77的組合件，其中所述金包括納米孔金。
79.權(quán)利要求75的組合件，還包括儲(chǔ)存用過(guò)的化合物的儲(chǔ)罐，該儲(chǔ)罐適于從裝置移出用過(guò)的化合物。
80.權(quán)利要求79的組合件，還包括再生室，該再生室適于使用過(guò)的化合物與從裝置外部源接受的氫反應(yīng)產(chǎn)生具有式R-XH的化合物，借此由用過(guò)的化合物再生能產(chǎn)生氫的化合物。
81.權(quán)利要求75的組合件，其中第二單元包括燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)。
82.權(quán)利要求75的組合件，其中第二單元包括燃料電池。
83.權(quán)利要求75的組合件，其中所述組合件包含在汽車內(nèi)。
全文摘要
涉及氫產(chǎn)生的方法、裝置和組合件。系統(tǒng)(50)包括具有產(chǎn)生用于產(chǎn)生能量的氫的裝置(52)的車輛(54)、服務(wù)站(58)和運(yùn)輸工具(60)。將氫產(chǎn)生化合物(62)(例如有機(jī)硫醇)從服務(wù)站(59)轉(zhuǎn)移到位于車輛(54)內(nèi)部的裝置(52)的儲(chǔ)罐(64)上。在需要時(shí)，使化合物(62)與金屬基材(66)反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和用過(guò)的化合物和/或結(jié)合到金屬基材(66)的R－X化合物(例如有機(jī)硫醇鹽)。氫氣可被輸送到氫消耗裝置(56)用于產(chǎn)生車輛(54)操作時(shí)所用的能量。通過(guò)從能源施加能量可從金屬基材(66)分離結(jié)合到金屬基材(66)的R－X化合物產(chǎn)生用過(guò)的化合物(68)(例如二聚物R－X－X－R)。用過(guò)的化合物(68)可被儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐(70)中并通過(guò)運(yùn)輸工具(60)運(yùn)輸?shù)椒?wù)站(58)進(jìn)行再生。
文檔編號(hào)C01B3/22GK1918068SQ200480040988
公開日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2004年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月26日
發(fā)明者B·D·拉特納, E·D·內(nèi)米 申請(qǐng)人:阿森布朗公司