[发明专利]用于催化燃烧的组合物、方法及装置

说明书

本发明提供包括氢氧化催化剂和氧还原催化剂的催化剂组合物以及对基材施加所述催化剂组合物的方法。本发明还提供包括所述催化剂组合物的热交换反应器和对热交换介质进行加热的方法。本发明进一步提供包括催化表面的催化燃烧器，所述催化表面包括所述催化剂组合物。所述催化剂适合于氢燃烧反应的低温活化。

技术领域

本发明涉及燃料混合物的催化燃烧。特别地，本发明涉及清洁燃料混合物的催化燃烧。

背景技术

已经使用各种燃料来开发能源。传统上，大多数燃料都来自化石燃料。然而，化石燃料的使用可导致产生二氧化碳及其它温室气体的排放。越来越多的证据表明，这些排放可能促成人为的气候变化，并且降低整体空气质量。

针对这些发现，人们已经努力将能源从化石燃料转向来自更清洁的来源的燃料。例如，许多国家已经关闭了燃煤设备，以便减少排放来改善空气质量。这种设备可见于例如发电厂或地区供热厂。这些工厂可包括可以经转换供与其它燃料一起使用来发电或供热的其它设备，如蒸汽设备和/或涡轮机。

一种潜在的清洁能源是氢。可通过多种方式产生氢，包括蒸汽重整或电解。当用于电解的电力来自于清洁能源如核能、风能、潮汐能或太阳能时，氢的产生不会导致产生碳排放。氢与氧反应形成水并释放能量。

此反应已被燃料电池用来直接发电。然而，诸如膜的降解以及燃料电池制造工艺复杂之类的因素对采用氢作为燃料形成了阻碍。氢也已经被用作内燃机中的燃料。然而，这些系统可能很复杂，并且在这类系统的安全处理方面存在挑战。

已经在使用催化燃烧系统，但这类系统往往需要有复杂或昂贵的系统来启动自持反应，如对系统进行预加热。即使当自持反应开始时，由于催化材料的烧蚀以及对散装燃料着火的担忧，这些系统也往往受到可使用温度的限制。

需要用于利用清洁能源的改进的系统和方法。

发明内容

一方面，本发明提供了一种催化剂组合物，其包括氢氧化催化剂(HOC)；和氧还原催化剂(ORC)。所述催化剂适合于氢燃烧反应的低温活化。

在一些实施方案中，HOC的表面积与ORC的表面积之比介于约9:1与约4:1之间。在一些实施方案中，HOC的表面积与ORC的表面积之比为约20:3。在一些实施方案中，通过电沉积形成HOC和ORC。在一些实施方案中，所述催化剂适于在低于约140℃的温度下活化氢燃烧。在一些实施方案中，其中所述催化剂适于在低于20℃的温度下活化氢燃烧。在一些实施方案中，HOC是贵金属。在一些实施方案中，HOC是铂或钯。在一些实施方案中，HOC是钯。在一些实施方案中，ORC是氧化亚锡。

一方面，本发明提供了一种施加催化剂组合物的方法，包括提供基材；将催化剂组合物施加到基材上以形成催化表面。施加的催化剂组合物包括氢氧化催化剂(HOC)和氧还原催化剂(ORC)。催化表面适合于氢燃烧反应的低温活化。

在一些实施方案中，催化表面包括比率介于约9:1与约4:1之间的HOC区域和ORC区域。在一些实施方案中，HOC区域与ORC区域之比为约20:3。在一些实施方案中，施加催化剂组合物包括施加HOC和施加ORC。在一些实施方案中，在施加HOC之后施加ORC。在一些实施方案中，施加催化剂组合物包括将HOC、ORC或两者电镀到基材上。在一些实施方案中，施加催化剂组合物包括将HOC电镀到基材上。在一些实施方案中，施加催化剂组合物包括将ORC电镀到施加了HOC的基材上。在一些实施方案中，在施加催化剂组合物之前将前体施加到基材上，其中前体增强催化剂组合物对基材的粘附力。在一些实施方案中，前体是镍或铜。在一些实施方案中，施加前体包括将前体电镀到基材上。在一些实施方案中，提供对施加了催化剂的基材进行热处理的方法。