[发明专利]使用甲醛进行的碳介导水裂解

说明书

描述了产生氢的方法。方法可以包括将水性碱、甲醛和在过渡金属与离去基团之间具有配位键的过渡金属络合物组合，以形成具有碱性pH的均相水溶液。所述离去基团响应于光和/或溶液的碱性pH而从过渡金属络合物中解离，以由均相水溶液中存在的甲醛产生氢气(H₂)和甲酸根或其盐。随后甲酸根或其盐的氢化作用产生甲醛。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年2月26日提交的美国临时专利申请第62/300175号的优先权权益，其通过引用整体并入本文。

发明背景

A.技术领域

本发明总体上涉及由包含甲醛的水溶液产生氢和甲酸根。

B.背景技术

全球对氢气的需求不断增加。传统技术由以下反应式(1)和(2)所示的甲烷蒸汽重整来制备氢气。甲烷的主要来源为来自天然气。

CH₄+H₂O→CO+3H₂ (1)

CO+H₂O→CO₂+H₂ (2)

由于化石燃料的消耗，有必要寻找替代原料以满足全球对于氢气制备不断增长的需求。

已经提出了用于氢气制备的替代工艺(例如水裂解、甲酸的热脱氢、有机小分子的催化脱氢、水/甲醛溶液的电解、胺-硼烷的热脱氢等)。已经尝试过有机小分子例如甲酸、甲醇和甲醛的脱氢。甲酸脱氢生成氢气和二氧化碳的缺点在于，由于甲酸的氢含量(约4.4重量％)低而导致该反应低效。另外，二氧化碳的产生是有问题的。

已经尝试过使用甲醛作为水光解反应中的添加剂以产生氢和氧。这些方法中的许多可能需要额外的材料和/或使用高温，从而使得这些方法效率低下并且难以按比例放大以用于大量氢气生产。例如，Barnert等人的美国专利第4175013号描述了使用甲醛作为酸性电解质电解水以产生氧和低分子量烃。Prechtl等人的国际申请公开第WO 2015/003680号描述了在具有二聚体形式的钌与芳烃配体的催化剂存在下，通过在95℃下加热含甲醛的水来产生氢的热过程。Kumar等人在“Role of sodium hydroxide for hydrogen gasproduction and storage”，Materials and processes for energy：communicatingcurrent research and technological developments，(A.Méndez-Filas编辑)，2013，第258页)中描述，需要浓缩的氢氧化钠(19M)以由甲醛产生大量的氢。