[发明专利]制备氢气的光催化装置有效
申请号: | 201780012475.4 | 申请日: | 2017-02-17 |
公开(公告)号: | CN108778483B | 公开(公告)日: | 2021-10-29 |
发明(设计)人: | 菲利浦·劳热;克莱尔·勒马克勒;斯蒂芬妮·杰林;娜塔莉·乔布;法布里斯·弗兰克;朱塞佩·卡尔达蕾拉;巴特·格希尔斯;达明·戈道克斯;皮埃尔·卡尔多 | 申请(专利权)人: | H2WIN股份公司 |
主分类号: | B01J19/12 | 分类号: | B01J19/12;B01J14/00;C01B3/04;C25B1/55;C25B1/04;C25B11/085;C25B11/087;C25B11/095 |
代理公司: | 北京律和信知识产权代理事务所(普通合伙) 11446 | 代理人: | 王月春;武玉琴 |
地址: | 比利时*** | 国省代码: | 暂无信息 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 制备 氢气 光催化 装置 | ||
分解水相制备氢气的光催化装置,所示装置的设置方式是这样的,至少一种与所述水相相接触的光催化系统可被光源照射,通过在所述水相的氧化反应,在电子捕获装置产生氧气、电子和质子,所述装置包括:包括所述水相的第一区,和用以减少所述质子的装置,该装置通过所述电子对所述质子进行所述还原反应以制备氢气,所述装置的特征在于,所述减少质子的装置为带有前面和后面的质子交换界面,所述前面面向所述质子捕获装置,仅有所述质子交换界面的所述后面承载至少一种催化剂和/或至少一种催化系统。
技术领域
本发明涉及分解水相制备氢气的光催化装置,所示装置的设置方式是这样的,与所述水相接触的至少一种光催化系统可被光源辐射,通过在所述水相的氧化反应,在电子捕获装置处制备氧气、电子和质子,所述装置包括:
包括所述水相的第一区,和
用以减少所述质子的装置,通过所述电子对所述质子进行所述还原反应以制备氢气。
背景技术
在本发明中,术语“光催化系统”指包括至少一种光酶(photo-enzyme)和/或其辅酶及任何可在水相进行氧化反应的光催化剂。
本发明中,术语“水相”指仅含有水的相或任何含有水和至少一种添加剂的任意相,该添加剂比如电解质(缓冲剂)、电子传输媒介或电子受体。
发明这种装置的第一目的是使用光能(如太阳光)提供绿色、可再生的能源,尝试至少分配部分其它能量输入使得光催化装置工作。
背景技术已知一种这样的光催化装置,其采用光能和水获得气体形式(H2气体)的氢。更特别地,这种装置允许通过进行(1)光催化氧化反应(如光酶反应)和(2)还原反应来制备氢气,光催化氧化反应发生在水相,其释放氧气(O2气体)、电子(e-)和质子(H+),在还原反应中,所述质子(H+)通过所述电子(e-)而减少,这种反应制备气态形式(H2气体)的氢。
在这种光催化电池或装置中,更特别地在光酶电池或装置中,水相的氧化通常在包括电化学界面(如由碳制成)和光催化系统(特别是光酶)的光阳极进行,当被照射,该光酶被激发并分解水分子。通常,这种光催化系统(如光酶)构成阳极的涂层。
为了这个目的,在光酶电池(光催化电池的特别形式),光合体系II(PSII)可被作为光酶。PSII为自然产生的蛋白质复合体,其在植物细胞的叶绿体中用于光合作用催化水的水解(光解或氧化)。光合作用的过程中,在分解水的光酶装置中,按照以下方程式分解水:
其中,hν代表光,H2O是水,H+代表质子,e-代表电子,光酶以PSII酶复合体为例。
在第一反应中,如PSII酶复合体的光酶在光的影响下,可分解水,产生氧气(O2气体)、自由质子(H+)和电子(e-)。水溶液中的电子最终被将其传输至阳极的电子受体(如2,5-二氯-1,4-苯醌或二氯代苯醌(DCBQ))接纳。当阳极电性连接至由电化学表面(如由铂制成,和/或包括氢化酶类似酶)制成的阴极时,电子被传输至阴极。同时,质子也通过水相扩散至阴极(即,减少质子的装置)。在阴极,由光酶催化水分解产生的电子和质子最终结合,发生质子被减少的反应,以制备氢气,反应根据如下第二反应进行:
2H++2e-→H2气体
因此最终获得氢气(H2气体),氢气可从光酶(光催化)装置中提取出来,用以(诸如)储存。
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