[发明专利]氢气的生产方法

说明书

本发明公开了一种生产氢气方法，包括如下步骤：在设置有阴极工作电极和阳极工作电极的电解反应装置中，向电解池内加入电解液和含有醛基的物质，在0.05V～0.8V电压条件下进行电解，在阴极工作电极和阳极工作电极分别产生氢气。本发明在0.05V～0.8V的较低电压下，将含有醛基的反应底物在阳极工作电极高选择性地、高产率地电化学氧化成附加值较高的羧酸化合物，同时实现阴极工作电极和阳极工作电极双极产氢，在相对较低电压下能够有效降低产氢耗电量，阴极和阳极产氢的法拉第效率均分别能够达到100％，解决了普通全水解中气体产物混合，能耗过高的问题。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，尤其是涉及一种氢气的生产方法。

背景技术

氢气是一种绿色清洁能源，目前工业产氢主要有三种方法，包括蒸汽甲烷转化法、碳还原法和电解水制氢。蒸汽甲烷转化法和电解水制氢分别占工业产氢总量的95％和4％，化石燃料制氢的方法会产生CO₂，会造成温室效应等环境问题，而电解水制氢是一种清洁、工艺简单的制氢技术。电解水制氢原料广泛，水中富含很多可供分解的氢，其电解产物H₂和O₂都是不会对环境造成污染的气体，且电解水制氢技术可以将发电站等不易储存的电能转化为易储存的氢能。

电解水通常由两个半反应构成，即阴极氢析出反应(HER)和阳极氧析出反应(OER)。电解水制氢技术占比较低一个重要的原因在于，发生在阳极的OER是一个四电子过程，动力学较为缓慢，造成分解水的过电位过高，严重影响了电解效率。与OER相比，有机物电化学氧化反应在热力学上更有优势，当有机物氧化耦合氢析出反应，不仅可以在产氢的同时，避免形成具有爆炸风险的H₂和O₂的混合气体，还能提高有机物的附加值。现有技术中有机物氧化耦合氢析出反应达到100mA·cm^-2的电流密度时所需槽压约为1.39V～1.56V。因此，以上有机物氧化反应代替OER后虽然可大幅度提升电解水产氢的效率，但是仍然存在槽压偏高、产氢耗电量高的问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种在相对较低电压下能够有效降低耗电量的产氢方法。

一种氢气的生产方法，包括以下步骤：

在设置有阴极工作电极和阳极工作电极的电解反应装置中，向电解池内加入电解液和含有醛基的物质，在0.05V～0.8V电压条件下进行电解，在所述阴极工作电极和所述阳极工作电极分别产生氢气。

在其中一些实施例中，所述的氢气的生产方法中，所述电解反应装置在所述阴极工作电极与所述阳极工作电极之间设置有隔膜，所述含有醛基的物质添加在阳极电解池中。

在其中一些实施例中，所述的氢气的生产方法中，所述阳极工作电极和所述阴极工作电极的材质各自独立地选自泡沫镍、泡沫钴、泡沫铁、泡沫铜、碳纸、碳布、碳毡、钛片和钛网中的至少一种。

在其中一些实施例中，所述的氢气的生产方法中，所述阴极工作电极上设有第一催化剂层，所述第一催化剂层的材料选自铂碳、铁、铜、镍和钴中的至少一种。

在其中一些实施例中，所述的氢气的生产方法中，所述阳极工作电极上设有第二催化剂层，所述第二催化剂层的材料选自铁、钴、镍、银、金、铂和钯中的至少一种。

在其中一些实施例中，所述的氢气的生产方法中，所述电解在0.1V～0.4V电压条件下进行。

在其中一些实施例中，所述的氢气的生产方法中，所述含有醛类结构的物质选自乙醛、丙醛、2,2-二甲基丙醛、2-甲基丁醛、乙酸醛、糠醛、5-甲基糠醛、5-羟甲基糠醛、苯甲醛、4-羟甲基苯甲醛、4-羧酸苯甲醛、乙醛酸、肉桂醛、香草醛、4-吡啶甲醛、2-环己烯-1-羧醛、4-甲基-2-恶唑甲醛、哌啶-3-甲醛、4-甲基吡啶-5-甲醛、2-(呋喃-2-基)-2-氧代乙醛、2-乙基-2-己烯醛和二甲基甲酰胺中的至少一种。