專利名稱：使用硅化物從水中制備氫和氧和其儲存的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光和熱化學生產(chǎn)/制備氬和/或氧的方法，其中使水和硅 化物和類硅化物組成和/或其氧化物進行接觸。技術(shù)背景已經(jīng)公開了幾種借助于金屬催化劑對水進行氧化和/或還原以產(chǎn) 生氫和氧的方法。迄今使用的用于這個目的的催化劑是鑭系類型的光催化劑，例如NaTa03: La,基于稀土金屬的催化劑，例如R2Ti207(R -Y、稀土)或放置于所謂串連單元(tandem cell)中的由Ti()2獲得的 半導體材料。特別的，在這些方法中，沒有提及使用硅化物和類硅化 物的組成和/或其氧化物用于標題的應用。從水中制備氫和氧的過程包括使用半導體和光的還原和/或氧化 過程。這些方法通稱為水分解過程。迄今公開的方法使用UV光。盡 管在一些情況下，觀察到顯著量的氫和氧析出，但照射條件并不適于 太陽能應用。此外，催化劑的制備是費力的，需要不經(jīng)濟的高溫，使 用非常高純度的昂貴材料。此外，這些方法需要非常高純度的水，即 三次蒸餾水。這些事例中并沒有給出關(guān)于包括對于催化劑穩(wěn)定性結(jié)論 在內(nèi)的較長時間應用的指示。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的主題是用于光和熱化學生產(chǎn)/制備氫和/或氧的方 法，其中使水與硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物進行接觸，即所 有含硅組成和其氧化物并分子式為RSixOy，其中R表示純的或混合的 有機、金屬、有機金屬和/或生物化學衍生的殘基和/或無機殘基，Si是硅，特別是XX)的硅化物部分(moiety)和O是氧，特別是Y0。 在這些組成中，硅化物部分在硅上呈現(xiàn)特征性的高電子密度。在這些 前述使用或不使用光進行的過程中，硅化物和類硅化物組成和/或其氧 化物能進行催化反應。然而，通過照射反應，觀察到氣體析出增加， 特別是應用人造光及陽光時。較高反應溫度通常有助于這些過程。硅 化物和類似硅化物的組成和/或其氧化物多為半導體類型的材料。此 外，這些組成能可逆地存儲/釋放和/或吸附/脫附氫和氧，其中氧存儲/ 釋放和/或吸附/脫附是有利的，但能與氬存儲/吸附和脫附/釋放同時發(fā) 生。能在室溫或更高溫度進行氫和氧的釋放/脫附，特別是涉及氫的過此外:發(fā)現(xiàn)將染料例如二萘嵌苯、二萘嵌;染料和二萘嵌苯同類物/類似物偶合/配合/附著/結(jié)合到硅化物和類硅化物組成和/或其氧化 物上有利于光吸收，因此有利于硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物 的反應性。此外，發(fā)現(xiàn)使用硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物用于水還原 和/或氧化以分別產(chǎn)生氫和/或氧目的的反應，能通過使用固定形式的硅 化物和類硅化物組成和/或其氧化物進行，即，當這些組成附著/固定到 或在聚合物表面或材料中，及附著/固定到或在玻璃或類似玻璃的材料 中時，特別是當聚合物和/或類似玻璃的材料導電時。此外，發(fā)現(xiàn)當這些組成固定時，即當這些材料附著/固定到或在聚 合物表面和/或玻璃和/或類似玻璃的材料中時，使用硅化物和類硅化物 組成和/或其氧化物的氫和/或氧的存儲/釋放和/或吸附/脫附，可在過程 中使用光或不使用光來進行。此外，迄今在文獻中并沒有描述其中氧轉(zhuǎn)變?yōu)槭絆n(I^3)的聚氧 和/或式1120 (11>2)的聚過氧化氫(hydrogenpolyperoxides )并包括逆 反應以再次形成氧的過程，但在此已實驗性地發(fā)現(xiàn)；基于計算的理論 研究預測到淺能最小值，因此可預測氣相中低到可疑的聚氧和聚過氧 化氫的穩(wěn)定性。然而，聚氧和聚過氧化氫按經(jīng)驗的穩(wěn)定性似乎歸因于 溶液中和/或通過金屬的穩(wěn)定化作用。
具體實施方式
令人驚訝的，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)能通過使用硅化物、類硅化物組成、 金屬硅化物和非金屬硅化物例如硅化硼、硅化碳和硅化氮避免這些缺點，即所有含硅組成并分子式為RSixOy，其中R表示有機、金屬、有 機金屬或無機殘基，Si是硅，特別是XX)的硅化物部分，O是氧特別 是Y O(這種硅化物類型組成的整體在下文中命名為硅化物和類硅化物 組成和/或其氧化物)。在這些組成中，硅化物部分在硅上呈現(xiàn)特征性的 高電子密度，即高于原硅原子的電子密度。非金屬硅化物例如硅化硼、硅化碳和硅化氮也分別稱為硼化硅、 碳化硅和氮化硅。硅化物、類硅化物組成、金屬硅化物和非金屬硅化物的實例是式 RSixOy的硅化物，其中R表示有機、金屬、有機金屬、生物化學衍生 的和/或無機殘基，Si是硅，特別是X>0的硅化物部分，O是氧特別 是Y 0，其中R可選自鋰、鈹、鈉、鉀、鈣、銅、鋅、銠、鈧、缺、 鎵、硒、銠、鈀、鎘、鉛、鋨、銻、銥、鎢、錫、鍶、鋇、鈦、鎳、 鐵、鉈、硼、鈷、鉑、錳、鈦、硅、碳、納米管形式的碳、銥、鉬、 氮、鋯、鉭、釩、鉻、銀、金、鑭系元素、錒系元素、有機殘基例如 染料即二萘嵌苯、烷氧基殘基和/或這些殘基R的氧化物及這些殘基R 的混合物。選擇的實例為鈦硅化物(TiSi2、 Ti5Si3)、鎳硅化物(NhSi)、 鐵硅化物(FeSi2、 FeSi)、鉈硅化物(ThSi2)、硅化硼或也稱為四硼化硅 (B4Si)、鈷硅化物(CoSh)、鉑硅化物(PtSi、 Pt2Si)、錳硅化物(MnSi2)、 鈦碳硅化物(Ti3C2Si)、硅化碳/聚硅化碳或也稱為碳化硅/聚碳化硅(CSi/ 聚-CSi或SiC/聚-SiC)、銥硅化物(IrSh)、硅化氮或也稱為氮化硅 (N4Si3)、鋯硅化物(ZrSi》、鉭硅化物(TaSb)、釩硅化物(V2Si)或鉻硅化 物(CrSi2)和/或其氧化物，二萘嵌苯鈦或釩硅化物、曱氧基或乙氧基鈦 或釩或鐵硅化物和其氧化物。硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物是便宜的、大量的并且迄今 并沒有對涉及本標題的應用提出權(quán)利要求。它們已被用于晶體管技術(shù)和光電裝置和其應用。光進行反應即分別通過光和/或熱過程從水中制備氫和/或氧。 硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物是還含有與元素硅相比具有提高了電子密度的硅原子的材料。當使硅與本身為金屬和/或非金屬的其他元素和/或其氧化物接觸時發(fā)生這種效應。 值得注意的是，硅化物和類硅化物組成通過與水、氧和其他氧化介質(zhì)接觸可氧化到各種程度，即0-100%，這取決于反應條件?？赏ㄟ^將各種元素和/或其氧化物以溶液/懸浮液及以固態(tài)和/或熔 氧化物。硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物主要是分別在硅、碳、氮和 硼上具有高電子密度的半導體類型材料。權(quán)利要求的使用硅化物和類 硅化物組成和/或其氧化物制備氫和/或氧的方法能通過使用或不使用 光進行，但當在照射條件下進行時顯著的更為有效。光和熱能可為人造的或來自太陽的(200-15000nm輻射的光和熱源)，并可以是散射的 或集中的。通常除光能和熱量外，通過光源產(chǎn)生的熱能可加速氣體析 出過程。通常，較高范圍溫度一般促進過程而不僅僅是有利于過程。硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物自身通常可吸收足量太陽 或人造輻射而無需進行較大的表面設計以影響水的還原和/或氧化以 分別產(chǎn)生氫和/或氧。此外，這里提出權(quán)利要求的標題過程可同時進行，但可通過溫度 和硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物的性質(zhì)進行控制。令人驚訝的，還發(fā)現(xiàn)對于實施標題的過程，即使用硅化物和類硅 化物組成和/或其氧化物分別進行水的氧化和/或還原及氫和氧的存儲/ 吸附和釋放/脫附，水的質(zhì)量和純度并不重要或甚至可以忽略。還值得注意的是，這里提出權(quán)利要求的用于水還原和/或氧化以分 別產(chǎn)生氫和/或氧目的的硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物的活性， 主要是催化性質(zhì)，這指的是暗反應及使用光(人造和/或陽光)的反應。此外，發(fā)現(xiàn)使用硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物用于水還原 和/或氧化以分別產(chǎn)生氫和/或氧目的的反應，能通過使用固定形式的硅化物和類硅化物組成進行，即當這些材料被嵌入(inbedded in)、附 著/固定到聚合物材料(例如聚酰胺、?？寺?macrolon)或有機玻璃) 或表面或玻璃或類似玻璃的材料時，特別是當聚合物和/或類似玻璃的 材料導電時。例如上述反應也能在升高的溫度下進行?？稍谒泻?或含氧氣氛或在存在其它氧化劑的條件下形成硅化 物和類硅化物組成的氧化物，其中氧化物形成速度取決于反應條件，例如溫度、惰性氣體的存在、反應介質(zhì)的pH和其它物理條件例如攪 拌、搖動或根本不移動反應介質(zhì)。之后通常能通過XPS和XRD光鐠 分析氧化物層的生長(0-100%)。當在反應前與已經(jīng)氧化的元素和組分用于上述目的時，也應用相同類型的分析。此外，發(fā)現(xiàn)染料或染料團聚物偶合/配合/附著/結(jié)合到硅化物和類 硅化物組成和/或其氧化物上有利于光吸收，因此有利于這些組成的反 應性(所謂染料敏化半導體反應)。使用最為適合的染料例如二萘嵌苯 和其類似物。當進行熱反應時甚至在升高的溫度下，也可應用這些染 料配合的硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物，由于二萘嵌苯染料是 熱穩(wěn)定的。此外，發(fā)現(xiàn)硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物能可逆的存儲/ 釋放和/或吸附/脫附氫和/或氧。其中，氧的存儲/釋放和/或吸附/脫附 是最為有利的，但可與氫的存儲/釋放同時進行?？稍谑覝叵逻M行氫和 氧的釋放/脫附，特別是氫的釋放/脫附，但這些過程在較高溫度下更為 有利。這些過程的速率取決于反應溫度和使用的半導體類型材料即硅 化物和類硅化物組成和/或其氧化物的性質(zhì)?？赏ㄟ^地溫(earthern temperature )、太陽能、爐、微波放電或 任何其它熱能源電產(chǎn)生上述提及的較高溫度。此外，發(fā)現(xiàn)使用硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物用于水還原和/或氧化以分別產(chǎn)生氫和/或氧目的的反應，能通過使用固定形式的硅 化物和類硅化物組成和/或其氧化物進行，即當這些組成附著/固定到或 在聚合物表面或材料中及附著/固定到或在玻璃或類似玻璃的材料中， 特別是當聚合物和/或類似玻璃的材料導電時。還發(fā)現(xiàn)當這些組成固定時、即當這些材料附著/固定到或在聚合物其氧:物進;氫和/或氧存儲/釋放和/或吸附/脫附，能在過程中使用i 不使用光來進行?？梢源呋渴褂霉杌锖皖惞杌锝M成和/或其氧化物進行上述 光化學和熱過程?？稍谏踔劣欣谠摲椒ㄟ^程的升高的溫度下進行上述的光化學和 熱化學過程兩者。導致氧存儲/吸附的上述過程與氫存儲/吸附相伴，但發(fā)現(xiàn)這種過程 的選擇性和速度取決于反應條件，例如溫度、濃度、壓力、光與暗反應、pH、物理條件例如攪拌、超聲處理、搖動等。存在其它氣體存儲 材料能有助于改善氫和/或氧在硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物 上和/或在其中的吸附/脫附的選擇性和速度。在多數(shù)情況下發(fā)現(xiàn)氧吸附 和/或吸附(存儲)非常有效，甚至比氫更為有效。上述導致氫釋放/脫附的過程與氧釋放/脫附相伴，但發(fā)現(xiàn)主要取決 于應用的反應條件(例如使用的硅化物或類硅化物組成和/或其氧化 物的性質(zhì)，溫度和壓力)例如當在室溫和環(huán)境壓力下用鈦硅化物處理 時。在較高溫度和光下能促使氧的釋放/脫附。此外，發(fā)現(xiàn)可使用硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物用于標題 應用，可單獨使用或兩種或多種硅化物或類硅化物組成和/或其氧化物 組合使用。也可使用 一種或多種硅化物或類硅化物組成與另外的非硅 化物結(jié)構(gòu)半導體材料例如二氧化釕(Ru02)、 二氧化錳(Mn02)、三氧化鎢(W03)和其它半導體材料進行標題的過程以強化標題的過程。氫對氧的析出和其存儲的比例根據(jù)使用的半導體混合物、溫度和壓力而變 化。見下文)。還發(fā)現(xiàn)當硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物與水的接觸被中 斷或中止時，即當存儲裝置通過管道從外部與反應容器相連時，使用 硅化物和類硅化物組成的氬和/或氧的存儲/釋放和/或吸附/脫附是活性的(active )。此外，發(fā)現(xiàn)通過用任何在先提及的元素/選自本文第三段中R和/氧化物進行摻雜/混合/合金化能促進標題的過程?？赏ㄟ^使各個元素和/或其氧化物及其其它衍生物以完全或部分組成和/或其氧化物，這可以溶液、懸浮液及以固體形式例如通過研磨 或通過合金化/熔融或以液體或任何其它化學和/或物理形式進行。在上述反應中由氧可逆的形成式On(i^3)的聚氧和/或式 1120 (11>2)的聚過氧化氫，優(yōu)選在光下并結(jié)合上述催化劑。這些方法也 可包括生物化學轉(zhuǎn)換例如應用過氧化物酶。聚氧和聚過氧化氫的實例、 即選擇環(huán)大小和鏈長度，分別顯示在221(016)和202nm(H08)區(qū)域(兩 種物質(zhì)具有直至350-400nm的拖尾)中具有最大值的UV吸收，質(zhì)譜中 質(zhì)量峰/碎片峰在m/z 256(016)， 129(H08)， 97(H06)， 81(HOs)和32(02)， 在水中。如上所述的基于使用硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物的新 技術(shù)能用于例如新型加熱系統(tǒng)、用于最終應用的燃料電池技術(shù)中，用 于地面和非地面交通和靜態(tài)構(gòu)造中，及替換或支持或補充這種構(gòu)造的 裝置和迄今通過基于使用常規(guī)礦物能源的裝置進行驅(qū)動的裝置中。實施例值得注意的是，在所有實施例中，通過水和/或氧來氧化硅化物和 類硅化物組成到各種程度(0-100%)，這取決于反應條件。但在多數(shù)情 況下，當層尺寸l-5nm深度時停止氧化(保護催化劑免于受到進一步 (快速)氧化)?？衫缤ㄟ^溫度和pH及其它物理和化學條件控制這種作用。在反應前通過將催化劑組成的各個氧化的(0-100%)元素和組分 進行接觸能獲得相同或相似的作用。通過XRD和XPS光謙分析催化 劑和各個組分的氧化狀態(tài)。實施例1:在對太陽輻射或人造光源輻射透明的容器中在 200-400mL水中攪拌3-5g鈦硅化物(TiSi2或Ti5Si3)(通過離子交換樹 脂進行過濾，當使用不經(jīng)純化的普通水時，檢測到稍低的氣體收率)。 光源為具有分別在415、 525或660nm具有最大輻射并具有300-550、 4卯-600或610-700nm輻射范圍的燈的Heidelberg照射系統(tǒng)，或為具 有350-800nm輻射范圍的卣素燈。在室溫下這種反應裝置每天產(chǎn)生 25mL和更多的氫和氧(氣體析出和比例取決于使用的催化劑性質(zhì)、溫 度和壓力)。多數(shù)氧在這種反應中被催化劑吸附，產(chǎn)生的氫/氧摩爾比為 2/1-20/1。通過氣相色譜和質(zhì)鐠一起測量氧和氫析出體積。試驗可持續(xù) 至少3個月，如果在2-3天后反應容器的氣體體積排空并注滿空氣。 或者，可使用由?？寺』蛴袡C玻璃制得的太陽能平板反應器和太陽光 照射。實施例2:替換實施例1中提及的硅化物，可使用鎳硅化物(M2Si)、 鐵硅化物(FeSi2、 FeSi)、鉈硅化物(ThSh)、硼硅化物(B^i)、鈷硅化物 (CoSi2)、鉑硅化物(PtSi、 Pt2Si)、錳硅化物(MnSi2)、鈦碳硅化物 (Ti3C2Si)、硅化碳/聚-硅化碳(也稱為碳化硅/聚-碳化硅)(CSi/聚-CSi或 SiC/聚-SiC)、銥硅化物(IrSh)、硅化氮或也稱為氮化硅(N4Si3)、鋯硅 化物(ZrSh)、鉭硅化物(TaSh)、釩硅化物(V2Si)或鉻硅化物(CrSi2)。如 實施例1所述進行反應。實施例3:使用如實施例1相同的試驗裝置，但使用鎳硅化物 (Ni2Si)。測得氫/氧摩爾比約20/1。實施例4:如果在實施例1或2給定反應中應用較高溫度(30-45 。C)，觀察到更為劇烈的氣體析出。通常，通過使用太陽能平板反應器 和太陽光能達到這種溫度。實施例5:使用如實施例1和2相同條件，但不應用光，反應溫 度越高(30-40 n),氣體析出越劇烈。實施例6:在室溫下溶解可溶于氯仿的二萘嵌苯(但不溶于水)，例 如N，N，-二-苯乙基二萘嵌苯-3，4，9，10-四羧基二酰亞胺(2g)(5mL氯仿 中)，并與鈦硅化物(3g， TiSh或TisSi3)—起攪拌兩小時。然后在真空 中除去溶劑，將剩余物置于如實施例1所述條件。觀察到氫和氧析出 增加^30mL /天)。實施例7:或者，對實施例1中提及的反應條件，可使用由模克 隆或有機玻璃制得的平板反應器，其中在反應前在半導體材料(NhSi) 存在條件下加熱反應器材料?？寺』蛴袡C玻璃(50-100C),以將催化劑 固定到反應器的聚合物表面上。另外，進行實施例l的試驗。實施例8:對于例如實施例1中提及的反應，使用封閉的反應容 器，當兩周后打開容器時對氫和氧進行存儲。在室溫下觀察到劇烈的 氫和氧釋放(20/1)，對應于連續(xù)試驗裝置收集并測量氣體量，該連續(xù)試 驗裝置包括在2-3天后重復收集氣體。已經(jīng)確定在這些反應中沒有氧 的原因。氧在給定反應條件下被連續(xù)消耗以分別形成式On(i^3)和 1120 (11>2)的聚氧和聚過氧化氫。通過使用金屬氧化物(例如使用 Mn02、 CuO和硅化物氧化物的混合物)和光或熱活化處理，聚氧和聚 過氧化氫可轉(zhuǎn)變回氧。實施例9:在此使用與實施例1相同的反應裝置，但在反應漿料 中添加lg\V03。獲得比實施例1中更為劇烈的氣體析出^:30mL/天)。實施例10:使用標準技術(shù)用Pt摻雜3gTiSi2。根據(jù)實施例1進行 反應，產(chǎn)生比實施例1更高的氣體收率(aSmL/天)。
權(quán)利要求
1.光和熱化學生產(chǎn)/制備氫和/或氧的方法，其中使水與硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物接觸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中硅化物和類硅化物組成和/或其 氧化物選自式RSixOy的金屬硅化物和非金屬硅化物，其中R表示有 機、金屬、有機金屬、生物化學衍生的和/或無機殘基，Si是硅，特別 是XX)的硅化物部分，O是氧特別是Y0，其中R可選自鋰、鈹、鈉、 鉀、鉤、銅、鋅、銠、鈧、銣、鎵、硒、銠、鈀、鎘、鉛、鋨、銻、 銥、鴒、錫、鍶、鋇、鈥、鎳、鐵、鉈、硼、鈷、粕、錳、鈦、硅、 碳、納米管形式的碳、銥、鉬、氮、鋯、鉭、釩、鉻、銀、金、鑭系 元素、辦系元素、有機殘基和/或生物化學衍生的殘基和/或這些殘基R 的混合物和/或其中所有這些殘基可部分氧化和/或完全氧化和/或不進行氧化，其中所述硅化物和類硅化物組成的全體在下文中命名為硅化 物和類硅化物組成和/或其氧化物。
3. 根據(jù)在前任一權(quán)利要求的方法，其中硅化物和類硅化物組成和 /或其氧化物含有至少一個與原硅原子相比具有提高的電子密度的硅 原子。
4. 根據(jù)在前任一權(quán)利要求的方法，其中硅化物和類硅化物組成和 /或其氧化物作為催化劑使用。
5. 根據(jù)在前任一權(quán)利要求的方法，其中可使用或不使用光實施所 述方法。
6. 根據(jù)在前任一權(quán)利要求的方法，其中通過以集中的和/或散射形和/或其氧化物存在條件下從水中制備氫和/或氧。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中光和/或熱能源發(fā)射200-20000nm范圍的能量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6和/或7的方法，其中通過染料或染料團聚物 的偶合/配合/附著/結(jié)合改善硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物的光吸收。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中使用二萘嵌苯和二萘嵌苯類似物 作為染料，
10. 根據(jù)在前任一權(quán)利要求的方法，其中升高的溫度有利于該方 法的過程。
11. 根據(jù)在前任一權(quán)利要求的方法，其中通過由光化學光源、人 造和/或太陽光源和/或由其它產(chǎn)生熱能的裝置例如電爐、微波系統(tǒng)和/i其S化物;在條件^'從水中熱化學制備氬和/或氧。 '
12. 根據(jù)在前任一權(quán)利要求的方法，其中在硅化物和類硅化物組氯和/i^的存儲/釋k和/或吸附/脫附。 二
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中氧的存儲/吸附伴隨氫的存儲/ 吸附，但具有不同比例。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中氫的釋放/脫附伴隨氧的釋放/ 脫附，但具有不同比例。
15. 權(quán)利要求12的方法，其中當中斷或中止硅化物和類硅化物組 成和/或其氧化物與水的接觸時，使用硅化物和類硅化物組成和/或其氧 化物的氫和/或氧的存儲/釋放和/或吸附/脫附是活性的(active)。
16. 根據(jù)在前任一權(quán)利要求的方法，其中一種硅化物和類硅化物 組成和/或其氧化物或多種硅化物和/或類硅化物組成和/或其氧化物是 活性的，另外通過其它非硅化物結(jié)構(gòu)的半導體材料例如二氧化釕 (Ru02)、 二氧化錳(Mn02)、三氧化鎢(W03)和其它半導體材料在反應 性上得到支持以加強根據(jù)任一在前權(quán)利要求的方法。
17. 根據(jù)在前任一權(quán)利要求的方法，其中可使用固定形式的硅化 物和類硅化物組成和/或其氧化物，即，當這些組成嵌入、附著/固定到聚合物材料(例如聚酰胺、?？寺』蛴袡C玻璃)或表面或玻璃或類似玻 璃材料時，特別是當聚合物和/或類似玻璃的材料導電/電子導電/電荷 導電時。
18. 根據(jù)在前任一權(quán)利要求的方法，其中可在表面涂覆聚合物材 料(例如聚酰胺、?？寺』蛴袡C玻璃)或表面或玻璃或類似玻璃材料 后使用硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物，特別是當聚合物和/或類 似玻璃的材料導電/電子導電/電荷導電時。
19. 根據(jù)在前任一權(quán)利要求的方法，其中使用與金屬和/或非金屬物，金屬和/或非金屬組成含有和/或是作為荷電物質(zhì)例如離子和/或殘 基存在的鋰、鈹、鈉、鉀、鉤、銅、鋅、銠、鈧、銣、鎵、硒、銠、 鈀、鎘、鉛、鋨、銻、銥、鴒、錫、鍶、鋇、鈥、鎳、鐵、鉈、硼、 鈷、鉑、錳、鈦、硅、碳、納米管形式的碳、銥、鉬、氮、鋯、鉭、 釩、鉻、銀、金、鑭系元素、錒系元素、有機殘基和/或生物化學衍生 的殘基和/或其混合物。
20. 根據(jù)在前任一權(quán)利要求的方法，其中可在水中和/或含水和/ 或含氧介質(zhì)和/或在其它氧化劑存在條件下形成具有各種氧化程度(0-100% )的硅化物和類硅化物組成的氧化物，其中可通過反應條件 例如溫度、存在空氣和/或其它氣體、反應介質(zhì)的pH和其它物理條件 例如攪拌、搖動、泵吸或通過任何方式移動反應介質(zhì)或完全不移動反 應介質(zhì)及其它物理、化學和/或生物化學方式控制氧化物形成速度。
21. 根據(jù)在前任一權(quán)利要求的方法，其中可通過使各種元素和/或如溶液、懸浮液及固體或液體或任何其它形式以各種比例進行接觸制 備珪化物和類硅化物組成和/或其氧化物。
22. 根據(jù)在前任一權(quán)利要求和條件的方法，其中氧轉(zhuǎn)變?yōu)槭?On(i^3)的聚氧和/或式H20n(n〉2)的聚過氧化氫，其中聚氧和聚過氧化 氫在溶劑中和/或在金屬和/或其氧化物內(nèi)和/或在其上被穩(wěn)定。
23. 根據(jù)在前任一權(quán)利要求和條件的方法，其中通過釋放能量式 On(n〉3)的聚氧和/或式H20n(n〉2)的聚過氧化氫轉(zhuǎn)變?yōu)檠酢?br> 24. 根據(jù)在前任一權(quán)利要求的方法，其中作為一般原理的一部分， 統(tǒng)一在從水中制備/生產(chǎn)氫和/或氧和存儲/釋放和/或吸附/脫附氫和/或氧的常規(guī)過程中使用硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物。
25. 根據(jù)在前任一權(quán)利要求的方法，其中這種新的技術(shù)能用于例 如氫和/或氧的生產(chǎn)/制備和/或吸附/脫附以發(fā)電和提供能量例如用于 加熱系統(tǒng)、燃料電池技術(shù)或任何其它基于動力和能量的技術(shù)，均可用 于地面和非地面交通和靜態(tài)構(gòu)造和裝置，及有利于包括有生命的人體、 商業(yè)和健康的裝置中。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中用于驅(qū)動這種迄今由基于使用 礦物能源的裝置驅(qū)動的構(gòu)造和裝置的能量可以通過在前權(quán)利要求中要 求的方法進行替換和/或支持和/或補充。
全文摘要
本發(fā)明涉及在硅化物、類硅化物組成、金屬硅化物和非金屬硅化物例如硅化硼、硅化碳和硅化氮，即所有含硅并分子式為RSi_x和/或RSi_xO_y的組成存在條件下從水中光和熱化學制備氫和/或氧的方法，其中R表示有機、金屬、有機金屬和/或無機殘基和/或其氧化物，Si是硅，特別是X＞0的硅化物部分，O是氧特別是Y0。在這些組成中，硅化物部分在所有也能被氧化的硅上具有特征性的高電子密度。在這些上述使用光或不使用光進行的過程中硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物能進行催化反應。然而，通過照射反應，觀察到氣體析出增加，當應用人造光及太陽光時更為顯著。較高反應溫度通常有利于這些過程。硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物多為半導體類型材料。此外，這些組成能可逆的吸附/脫附氫和氧，其中氧吸附/脫附是有利的，但與氫吸附/脫附能同時發(fā)生。能在室溫或較高溫度下進行氫和氧的脫附，特別是關(guān)于氫的過程，這取決于使用的硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物性質(zhì)。此外，發(fā)現(xiàn)將染料例如二萘嵌苯、二萘嵌苯染料和二萘嵌苯同類物或類似物偶合或配合到硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物上有利于光吸收，因此有利于硅化物和類硅化物組成的反應性。此外發(fā)現(xiàn)使用硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物用于水還原和/或氧化以分別產(chǎn)生氫和/或氧目的的反應能通過使用固定形式的硅化物和類硅化物組成和/或其氧化物進行，即當這些組成附著或固定到聚合物材料及玻璃或類似玻璃的材料時，特別是當這些材料導電時。這也適用于上述氣體的存儲和釋放。此外發(fā)現(xiàn)其中氧轉(zhuǎn)變形成式O_n(n＞3)的聚氧和/或式H₂O_n(n＞2)的聚過氧化氫，也包括形成氧的逆反應的過程。
文檔編號C01B3/04GK101263079SQ200680030312
公開日2008年9月10日 申請日期2006年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月24日
發(fā)明者M·德姆思, P·利特斯卡姆普 申請人:H2太陽能有限公司