[发明专利]使用硅化物从水中制备氢和氧和其储存

说明书

技术领域

本发明涉及光和热化学生产/制备氢和/或氧的方法，其中使水和硅化物和类硅化物组成和/或其氧化物进行接触。

技术背景

已经公开了几种借助于金属催化剂对水进行氧化和/或还原以产生氢和氧的方法。迄今使用的用于这个目的的催化剂是镧系类型的光催化剂，例如NaTaO₃:La，基于稀土金属的催化剂，例如R₂Ti₂O₇(R＝Y、稀土)或放置于所谓串连单元(tandem cell)中的由TiO₂获得的半导体材料。特别的，在这些方法中，没有提及使用硅化物和类硅化物的组成和/或其氧化物用于标题的应用。

从水中制备氢和氧的过程包括使用半导体和光的还原和/或氧化过程。这些方法通称为水分解过程。迄今公开的方法使用UV光。尽管在一些情况下，观察到显著量的氢和氧析出，但照射条件并不适于太阳能应用。此外，催化剂的制备是费力的，需要不经济的高温，使用非常高纯度的昂贵材料。此外，这些方法需要非常高纯度的水，即三次蒸馏水。这些事例中并没有给出关于包括对于催化剂稳定性结论在内的较长时间应用的指示。

发明内容

因此，本发明的主题是用于光和热化学生产/制备氢和/或氧的方法，其中使水与硅化物和类硅化物组成和/或其氧化物进行接触，即所有含硅组成和其氧化物并分子式为RSi_xO_y，其中R表示纯的或混合的有机、金属、有机金属和/或生物化学衍生的残基和/或无机残基，Si是硅，特别是X＞0的硅化物部分(moiety)和O是氧，特别是Y0。在这些组成中，硅化物部分在硅上呈现特征性的高电子密度。在这些前述使用或不使用光进行的过程中，硅化物和类硅化物组成和/或其氧化物能进行催化反应。然而，通过照射反应，观察到气体析出增加，特别是应用人造光及阳光时。较高反应温度通常有助于这些过程。硅化物和类似硅化物的组成和/或其氧化物多为半导体类型的材料。此外，这些组成能可逆地存储/释放和/或吸附/脱附氢和氧，其中氧存储/释放和/或吸附/脱附是有利的，但能与氢存储/吸附和脱附/释放同时发生。能在室温或更高温度进行氢和氧的释放/脱附，特别是涉及氢的过程，这取决于使用的硅化物和类硅化物组成和/或其氧化物的性质。

此外，发现将染料例如二萘嵌苯、二萘嵌苯染料和二萘嵌苯同类物/类似物偶合/配合/附着/结合到硅化物和类硅化物组成和/或其氧化物上有利于光吸收，因此有利于硅化物和类硅化物组成和/或其氧化物的反应性。

此外，发现使用硅化物和类硅化物组成和/或其氧化物用于水还原和/或氧化以分别产生氢和/或氧目的的反应，能通过使用固定形式的硅化物和类硅化物组成和/或其氧化物进行，即，当这些组成附着/固定到或在聚合物表面或材料中，及附着/固定到或在玻璃或类似玻璃的材料中时，特别是当聚合物和/或类似玻璃的材料导电时。

此外，发现当这些组成固定时，即当这些材料附着/固定到或在聚合物表面和/或玻璃和/或类似玻璃的材料中时，使用硅化物和类硅化物组成和/或其氧化物的氢和/或氧的存储/释放和/或吸附/脱附，可在过程中使用光或不使用光来进行。

此外，迄今在文献中并没有描述其中氧转变为式O_n(n＞3)的聚氧和/或式H₂O_n(n＞2)的聚过氧化氢(hydrogenpolyperoxides)并包括逆反应以再次形成氧的过程，但在此已实验性地发现；基于计算的理论研究预测到浅能最小值，因此可预测气相中低到可疑的聚氧和聚过氧化氢的稳定性。然而，聚氧和聚过氧化氢按经验的稳定性似乎归因于溶液中和/或通过金属的稳定化作用。

具体实施方式

令人惊讶的，现在已经发现能通过使用硅化物、类硅化物组成、金属硅化物和非金属硅化物例如硅化硼、硅化碳和硅化氮避免这些缺点，即所有含硅组成并分子式为RSi_xO_y，其中R表示有机、金属、有机金属或无机残基，Si是硅，特别是X＞0的硅化物部分，O是氧特别是Y0(这种硅化物类型组成的整体在下文中命名为硅化物和类硅化物组成和/或其氧化物)。在这些组成中，硅化物部分在硅上呈现特征性的高电子密度，即高于原硅原子的电子密度。

非金属硅化物例如硅化硼、硅化碳和硅化氮也分别称为硼化硅、碳化硅和氮化硅。