專利名稱：氫儲存和輸送的方法和裝置的制作方法
相關申請交叉參考本申請按照35U.S.C§119(e)要求2003年11月26日提交的美國序列號60/525422的優(yōu)先權權益，本文引入其全部內容作為參考。
背景技術：
發(fā)明領域本發(fā)明一般涉及氫儲存、產生和產生能量的應用，更具體地涉及由可再用氫產生化合物產生氫的方法和將用過的化合物再生成適于氫產生的形式的方法，以及產生氫的裝置和組合件。
背景信息“氫經濟”為其中大部分能量產生通過使用氫作為燃料發(fā)生的經濟。基于氫燃料的經濟特別有吸引力和合乎需要，因為其預示著豐富和環(huán)境清潔的能源。例如，燃料電池技術繼續(xù)發(fā)展，并提供了以有效的方式將氫和氧(例如空氣)轉化成能量如電能而只釋放水的可能性。但是，轉變?yōu)榛诟鄽淙剂系南到y(tǒng)需要從世界范圍的石油化學生產和輸送基礎設施轉變和轉化到基于氫燃料的系統(tǒng)。
氫儲存和生產源正不斷被發(fā)現，技術也在進步，生產氫燃料的成本不斷下降。但是，這些技術進步的有效利用和到基于更多氫燃料的系統(tǒng)的轉變受到目前可用的氫儲存和生產源嚴重限制。目前的技術嚴重缺乏例如儲存和輸送氫到需要氫消耗的位置的有效和實用手段。
目前可用的儲存和輸送氫燃料的方法包括例如壓縮氫、液化氫、物理金屬氫化物儲存、化學氫化物儲存、納米管儲存和其它一些。壓縮和液化儲存主要受能量密集且因此昂貴的壓縮氫所需的方法以及儲存壓縮/液化氫所需的笨重槽的限制，當在移動車輛或汽車上時，這可能存在嚴重的爆炸危險。氫化物儲存有前途，但目前的方法極其昂貴，并對于在車輛上的實際應用來說太笨重。例如，估計容納小于2克氫的小金屬氫化物容器重230克。因此，儲存8升或2美國加侖的汽油的等價物時將需要重達200千克或440磅的氫化物儲存器，這使這類氫儲存不實用，例如對于汽車應用(參見例如Bossel等人，2003年4月報告“The Future of the Hydrogen EconomyBright or Bleak？”)。
不幸地是，還沒有發(fā)現廉價但有效和輕質且在氫動力車輛上實用的裝置和方法。因此，存在對用于輕質和有效氫儲存的方法和裝置的需要，它們適用于在氫動力車輛上在需要時產生氫來產生能量。
發(fā)明概述本發(fā)明部分上基于這種發(fā)現，即特定化合物適用于化學儲存氫，并可在需要時用于產生數量足以用于產生能量的氫。本發(fā)明還描述了將用過的化合物再生成適合于氫產生的富氫形式，并按照描述的方法再用于氫產生。
因此，本發(fā)明涉及使用產生的氫產生能量的方法，是通過使能產生氫并具有式R-XH的液體化合物與金屬基材反應產生氫氣；和利用氫氣產生能量。表示為R的化學基團包括例如選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分。另外，X可包括硫、氧、硒或氫。適于與液體化合物反應產生氫的金屬基材可包括例如金、銀、鉑、銅和汞，以及被處理除去表面氧化物涂層的金屬。金屬基材可包括純金屬基材以及金屬的混合物，如金屬合金和涂有金屬的聚合物。該方法還包括利用氫氣產生能量。氫氣的利用可包括例如在燃燒發(fā)動機、燃料電池或任何其它氫消耗裝置中消耗氫氣。
本發(fā)明還涉及儲存和產生用于產生能量的氫的方法。在一種實施方案中，通過使能產生氫并具有式R1-XH的液體化合物與金屬基材反應來產生氫氣和結合到金屬基材的R1-X和利用氫氣來實現儲存和產生氫的方法?；鶊FR1包括例如選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分。另外，X可包括硫、氧或硒。適于與液體化合物反應產生氫的金屬基材可包括例如金、銀、鉑、銅和汞，以及被處理除去表面氧化物涂層的金屬。金屬基材可包括純金屬基材以及金屬的混合物，如金屬合金。收集氫氣可包括例如在裝置如燃燒發(fā)動機或燃料電池中消耗氫氣。
方法還可包括從金屬基材分離R1-X產生用過的化合物。用過的化合物可包括例如二聚物，如具有式R1-X-X-R1的化合物。從金屬基材分離R1-X化合物的各種方法都適合于本發(fā)明的方法，包括通過施加能源到結合的R1-X化合物上。分離R1-X化合物可包括例如加熱結合到金屬基材上的R1-X化合物和/或使結合到金屬基材上的R1-X化合物接觸紫外(UV)光，以及使化合物接觸電流。
本發(fā)明還部分上基于再生用于產生氫的用過的化合物(例如二聚物)的氫產生容量的能力。因此，在一種實施方案中，儲存和產生氫的方法還包括使用過的化合物與氫反應產生具有式R1-XH的化合物，借此將用過的化合物再生成適合于氫產生的形式(例如從用過的化合物再生能產生氫的化合物)。由用過的化合物再生氫產生化合物的各種方法在本發(fā)明的方法中都是有用的，包括例如使用過的化合物與氫通過催化氫化過程反應。產生用于產生能量的氫的步驟和再生用過的化合物的步驟可在相同位置或靠近位置處發(fā)生?；蛘?，氫產生步驟和用過的化合物再生步驟可在不同的位置處進行。例如，氫產生步驟可發(fā)生在汽車中，而用過的化合物再生步驟可發(fā)生在汽車外或與汽車分開，包括例如在從汽車除去用過的化合物后。在氫產生發(fā)生在固定單元如建筑物(例如住宅、商店、居所等)時，再生也可發(fā)生在建筑處，如在建筑內并靠近建筑內氫產生位置的位置處，或可發(fā)生在與建筑不同的位置處。
根據本發(fā)明的方法，還可通過氫產生化合物的烴部分的脫氫產生氫，其中在使化合物與金屬基材反應時發(fā)生脫氫。因此，在本發(fā)明的另一實施方案中，通過使能產生氫并具有式R1-XH的液體化合物與金屬基材反應產生氫氣和用過的化合物來完成儲存和產生用于產生能量的氫的方法。用過的化合物可包括例如具有式R2-XH，其中R2相對于R1被脫氫；R3＝X，其中R3相對于R1被脫氫；或它們的組合的化合物。根據本發(fā)明的這種實施方案，R1、R2和R3中的每一個都為獨立選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分。另外，X選自硫、氧、硒和氫。與上面類似，適于本發(fā)明方法的金屬基材包括例如金、銀、鉑、銅和汞，以及被處理除去表面氧化物涂層的金屬，并可包括例如純金屬基材以及金屬的混合物，如金屬合金。
根據本發(fā)明的方法，能產生氫的液體化合物適于再使用，因為用過的化合物能被再生成適于氫產生的形式。因而，本方法還包括使用過的化合物與氫反應產生具有式R1-XH的化合物，借此由用過的化合物再生能產生氫的化合物。產生氫和再生用過的化合物的步驟可發(fā)生在例如靠近的位置處(例如在同一裝置內)或在不同的位置處。
本發(fā)明還涉及產生用于產生能量的氫的裝置。在一種實施方案中，裝置包括適于容納能產生氫并具有式R-XH的液體化合物的儲罐，其中R為選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分；X選自硫、氧和硒。裝置還包括適于與液體化合物反應產生結合到金屬基材上的R-X化合物和氫氣的金屬基材。
裝置另外可包括能從金屬基材分離R-X化合物產生用過的化合物的能源。用過的化合物可包括例如二聚物，如具有式R-X-X-R的化合物。能源可包括例如熱源或UV光源。
在本發(fā)明的另一實施方案中，產生用于產生能量的氫的裝置包括適于容納能產生氫并具有式R1-XH的液體化合物的儲罐；和適于與液體化合物反應產生氫氣和用過的化合物的金屬基材。用過的化合物可包括例如具有式R2-XH的化合物，其中R2相對于R1被脫氫；R3＝X，其中R3相對于R1被脫氫；或它們的組合。R1、R2和R3中的每一個都包括獨立選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分。另外，X選自硫、氧、硒和氫。
適用于本發(fā)明裝置的金屬基材包括例如金、銀、鉑、銅、汞和被處理除去表面氧化物涂層的金屬。金屬基材可包括純金屬基材以及金屬混合物或合金。金屬基材還可包括各種金屬形式，包括納米孔金屬，如納米孔金。在一種實施方案中，化合物可包括例如有機硫醇化合物。
本發(fā)明的裝置還可包括用于儲存用過的化合物的儲罐。在一種實施方案中，用于儲存用過的化合物的儲罐適于從裝置中除去用過的化合物。裝置可另外包括再生室，該再生室適于使用過的化合物與從裝置外部源接受的氫反應產生具有式R-XH的化合物，借此由用過的化合物再生氫產生化合物。本發(fā)明的裝置能利用氫氣產生能量。利用氫氣產生能量可包括例如在氫消耗裝置中如氫燃燒發(fā)動機或燃料電池中消耗氫氣。因而，本發(fā)明另外涉及具有氫消耗裝置和本發(fā)明的產生氫的裝置的汽車。
本發(fā)明還涉及由用過的化合物再生氫產生化合物的方法。這種方法包括從產生用于產生能量的氫的裝置中接受用過的化合物，和使用過的化合物與氫反應產生具有式R-XH的化合物，借此由用過的化合物再生氫產生化合物。
本發(fā)明還涉及產生和利用氫的組合件。在一種實施方案中，本發(fā)明的組合件包括用于產生氫的第一單元和用于利用氫產生能量的第二單元，其中第二單元適于接受來自第一單元的氫。第一單元包括適于容納能產生氫并具有式R-XH的液體化合物的儲罐，其中R為選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分；和X選自硫、氧和硒。第一單元還包括適于與液體化合物反應產生結合到金屬基材的R-X化合物和氫氣的金屬基材。第二單元可包括例如氫消耗裝置，如氫燃燒發(fā)動機或燃料電池。在一種實施方案中，本發(fā)明的組合件可被包含在汽車內。
本發(fā)明的組合件另外可包括能從金屬基材分離R-X產生用過的化合物(例如具有式R-X-X-R的二聚物)的能源。能源可包括例如熱源或UV光源。
在本發(fā)明的另一實施方案中，組合件包括用于產生氫的第一單元和用于利用氫產生能量的第二單元，其中第二單元適于接受來自第一單元的氫。第一單元包括適于容納能產生氫并具有式R1-XH的液體化合物的儲罐；和適于與液體化合物反應產生氫氣和用過的化合物的金屬基材。用過的化合物可包括例如具有式R2-XH的化合物，其中R2相對于R1被脫氫；R3＝X，其中R3相對于R1被脫氫；或它們的組合。R1、R2和R3中的每一個都包括獨立選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分。另外，X選自硫、氧、硒和氫。第二單元可包括例如氫消耗裝置，如氫燃燒發(fā)動機或燃料電池。
適用于本發(fā)明的組合件的金屬基材包括例如金、銀、鉑、銅、汞和被處理除去表面氧化物涂層的金屬。金屬基材可包括純金屬基材以及金屬合金。反應性金屬基材還可包括各種金屬形式，包括納米孔金屬，如納米孔金。在一種實施方案中，氫產生化合物可包括例如有機硫醇化合物。
組合件還可包括用于儲存用過的化合物的儲罐。在一種實施方案中，用于儲存用過的化合物的儲罐適于從裝置中移出用過的化合物。組合件可另外包括再生室，該再生室適于使用過的化合物與從裝置外部源接受的氫反應產生具有式R-XH的化合物，借此由用過的化合物再生氫產生化合物。
附圖簡述

圖1顯示了根據本發(fā)明實施方案的氫產生和由用過的化合物再生氫產生化合物的流程圖。
圖2圖示了使用根據本發(fā)明實施方案的裝置的氫產生和再生系統(tǒng)。
圖3圖示了根據本發(fā)明實施方案的系統(tǒng)和裝置。
圖4圖示了根據本發(fā)明適合于使用的化合物的例子。
圖5進一步圖示了根據本發(fā)明適合于使用的示例性化合物。
發(fā)明詳述本發(fā)明來自于某些氫產生化合物用于化學儲氫和在需要時為了產生能量產生氫的發(fā)現。根據本發(fā)明，氫產生化合物可與金屬基材反應產生氫氣。化合物可為液體形式，并可例如按照汽車燃料使用和分發(fā)的常規(guī)方式(例如加油站、燃料輸送卡車、管道等)使用和分發(fā)。根據本發(fā)明，用過的化合物可被通過用過的化合物的氫化來再加工和再生產生能產生氫并適合于進一步用于氫產生的化合物。因此，本發(fā)明還描述了由用過的化合物再生適合于氫產生的富氫形式(例如氫產生化合物)，和根據所述方法在氫產生中再使用再生的化合物。
參考圖1，顯示了根據本發(fā)明一種實施方案的氫產生和由用過的化合物再生氫產生化合物的流程圖10。用于能量產生的氫產生以步驟12中提供氫產生化合物開始。本發(fā)明的氫產生化合物具有式R-XH，其中R為有機部分，X包括硫、氧、硒或氫。化合物在步驟14中與金屬基材反應產生氫。除了產生氫氣外，化合物與金屬基材的反應還產生用過的化合物和/或結合到金屬基材上的R-X化合物。氫氣可被收集16，例如用于在步驟18中產生能量。在氫產生化合物在步驟14中與金屬基材反應后，可在步驟20中從金屬基材分離任何結合到金屬基材的化合物。結合到金屬基材上的R-X化合物在步驟20中的分離可通過從能源22輸入能量來完成。在步驟20中，由能量22的輸入和結合的R-X化合物從金屬基材的分離產生分離的用過的化合物(例如具有式R-X-X-R的二聚物)。例如，用過的化合物可被收集并再生(例如氫化)成適合于氫氣產生的形式。用過的化合物再生成適合于氫產生的形式通過在步驟24中使用過的化合物與氫反應產生具有式R-XH的化合物來完成，借此由用過的化合物再生氫產生化合物。用于由用過的化合物再生氫產生化合物的氫26可通過任何氫產生手段來得到，包括例如常規(guī)生產方法。
因此，本發(fā)明涉及通過利用根據所述方法產生的氫來產生能量。在一種實施方案中，通過使能產生氫的液體化合物如具有式R-XH的化合物與金屬基材反應產生氫氣和用過的化合物和/或結合到基材上的R-X化合物來實現產生能量的方法。通過上述方法產生的氫氣可被進一步用于產生能量，包括例如在氫消耗裝置如燃燒發(fā)動機或燃料電池中使用。
本發(fā)明部分上基于這種發(fā)現，即在自組裝單層(SAM)領域中常用的化合物能有效地與金屬基材反應產生相當大數量的氫氣，而且作為反應副產物產生的化合物(例如用過的化合物)可進一步與氫反應并被氫化，借此使用過的化合物再生成適合于氫產生的形式。令人驚奇的是，在形成SAM中常用的化合物也能有效地產生數量足以用于產生能量的氫，包括例如在燃料電池或氫燃燒發(fā)動機中(實施例1-2)。
化合物如有機硫醇化合物因它們自發(fā)與特定金屬基材反應形成結合到金屬表面的有機硫醇鹽化合物的能力而在SAM領域中為人熟知。SAM通常被描述為有組織的緊密組合分子的集合。由例如通過有機分子在金屬表面(例如金)上的化學吸附形成的自組裝單層為特征鮮明的合成有機單層。參見Ulman，An Introduction to Ultrathin OrganicFilmsFrom Langmuir-Blodgett to Self-Assembly，Academic Press，SanDiego，1991；Dubois等人，Annu.Rev.Phys.Chem.43437(1992)。當使有機硫醇化合物與金屬基材接觸時，由于硫在金屬基材織構化表面上的化學吸附，這些單層自發(fā)形成。分子在金屬基材的表面上自組織成相稱的晶格。參見Porter，J.Am.Chem.Soc.，1093559(1987)；Camillone III等人，Chem.Phys.，983503(1993)；Fenter等人，Science，2661216(1994)；20；Chidsey等人，Langmuir，6682(1990)；Sun等人，Thin Solid Films，242106(1994)。除了在金屬表面上形成單層外，上述參考反應產生大量氫氣作為副產物。
本文使用的術語“氫產生化合物”是指具有式R-XH并能在與金屬基材反應時產生氫氣的化合物。在一種實施方案中，X表示在與反應性金屬基材接觸時能釋放氫并結合到金屬基材上的反應性部分。硫為當與反應性金屬基材(參見上文)接觸時具有眾所周知的反應性性質的反應性部分。除了硫醇化合物(例如包含硫作為反應性部分的化合物)外，具有氧和硒的化合物也是有用的，因為氧、硒和硫在周期表中的同一族，并具有類似的反應性性質。因而，氫產生化合物中存在的并適用于本發(fā)明的反應性部分包括例如硫、氧和硒。因此，在一種實施方案中，氫產生化合物為“有機硫醇”，或具有硫作為反應性部分以及本文定義的任何有機部分(“R”)的化合物(參見例如實施例1)。
在本發(fā)明的另一實施方案中，在使氫產生化合物與金屬基材反應時，可通過氫產生化合物烴部分的脫氫產生氫。因此，氫產生化合物還可包括烴(例如其中X為氫)(參見下文；實施例2)。
氫產生化合物還包括有機部分(“R”)。氫產生化合物中存在的并適用于本發(fā)明的有機部分一般包括烴，并可包括能在處理(例如運輸、轉移、反應等)過程中保持化合物的所需相態(tài)和基本不會干擾化合物與反應性金屬基材的反應的任何有機部分。合適的R基團包括但不限于烷基、雜烷基、低級烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合。R基團可為取代的或未取代的，并可包含一個或多個雜原子。
本文使用的術語“烷基”是指具有1至約12個碳原子的一價直鏈或支鏈烴基，包括甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、正己基等。例如，通過結合烷基與氫原子，可得到鏈烷。
本文使用的術語“雜烷基”是指包含至少一個雜原子的烷基。本文使用的術語“雜原子”是指N、O、S等。
本文使用的“取代烷基”是指還帶有一個或多個取代基的烷基，其中取代基選自羥基、烷氧基、巰基、環(huán)烷基、取代環(huán)烷基、雜環(huán)基、取代雜環(huán)基、芳基、取代芳基、雜芳基、取代雜芳基、芳氧基、取代芳氧基、鹵素、氰基、硝基、氨基、酰氨基、-C(O)H、?；?、氧?；?、羧基、硫?；?、磺酰胺基、磺酰基等。
本文使用的“低級烷基”是指具有1至約6個碳原子的烷基。
本文使用的“鏈烯基”是指具有1個或多個碳-碳雙鍵并具有約2至12個碳原子的直鏈或支鏈烴基，“取代鏈烯基”是指還帶有一個或多個上面所列的取代基的鏈烯基。
本文使用的“炔基”是指具有至少一個碳-碳三鍵并具有約2至12個碳原子的直鏈或支鏈烴基，“取代炔基”是指還帶有一個或多個上面所列的取代基的炔基。
本文使用的“芳基”是指具有6至14個碳原子的芳香基，“取代芳基”是指還帶有一個或多個上面所列的取代基的芳基。
本文使用的“雜芳基”是指包含一個或多個雜原子(例如N、O、S等)作為環(huán)結構一部分并具有3至14個碳原子的芳香環(huán)，“取代雜芳基”是指還帶有一個或多個上面所列的取代基的雜芳基。
本文使用的“烷氧基”是指部分-O-烷基，其中烷基如上文所定義，“取代烷氧基”是指還帶有一個或多個上面所列的取代基的烷氧基。
本文使用的“環(huán)烷基”是指包含約3至8個碳原子的含環(huán)烷基，“取代環(huán)烷基”是指還帶有一個或多個上面所列的取代基的環(huán)烷基。
本文使用的“雜環(huán)基”，在不涉及芳香環(huán)使用時，是指包含一個或多個雜原子(例如N、O、S等)作為環(huán)結構一部分并具有3至14個碳原子的環(huán)(即含環(huán))基，“取代雜環(huán)基”是指還帶有一個或多個上面所列的取代基的雜環(huán)基。
本文使用的“烷基芳基”是指烷基取代的芳基，“取代烷基芳基”是指還帶有一個或多個上面所列的取代基的烷基芳基。
本文使用的“芳烷基”是指芳基取代的烷基，“取代芳烷基”是指還帶有一個或多個上面所列的取代基的芳烷基。
本文使用的“芳烯基”是指芳基取代的鏈烯基，“取代芳烯基”是指還帶有一個或多個上面所列的取代基的芳烯基。
本文使用的“芳炔基”是指芳基取代的炔基，“取代芳炔基”是指還帶有一個或多個上面所列的取代基的芳炔基。
本文使用的“亞芳基”是指具有6至14個碳原子的二價芳基，“取代亞芳基”是指還帶有一個或多個上面所列的取代基的亞芳基。
本文使用的“氧亞芳基”是指部分“O-亞芳基”，其中亞芳基如上面所定義，“取代氧亞芳基”是指還帶有一個或多個上面所列的取代基的氧亞芳基。
提供了適用于本發(fā)明的氫產生化合物的各種例子，并且不打算限制于任何特定大小的烴。例如，氫產生化合物可包括具有較大烴基如6個或以上碳的分子(例如C6-C12、C12-C20或大于20個碳原子)、具有較小烴的分子(例如少于6個碳原子)。例子包括甲硫醇(CH3SH)，和具有式CH3(CH2)nSH的有機硫醇，其中n＝小于6(例如2、3、4或5)。例子還包括具有多個硫醇基的有機硫醇。具有多個硫醇基的化合物每個分子中一般少于4個硫醇基(例如2或3個)。具有高-XH基(例如硫醇)比例的分子通過-X-X-鍵形成聚合物，它的低粘度會降低用于本發(fā)明的化合物的有效性。具有多個-XH基的化合物的例子包括HS-(CH2)n-SH，其中n＝小于6(例如2-3)，以及雜原子化合物如二硫蘇糖醇。適用于本發(fā)明的化合物的其它例子包括HO-CH2-CH2-SH、硫代苯(thiobenzene)和苯硫酚。適用于本發(fā)明的化合物的更多例子列在圖4和5中。
在一種實施方案中，本發(fā)明的氫產生化合物在室溫下以液體形式存在。室溫下的這種液態(tài)是有用的，例如在需要利用當前的汽車燃料分配方法(例如氣泵)時。因而，在本發(fā)明中有用的氫產生化合物一般在室溫下為液相，并具有約20℃-約200℃的沸點范圍。
下面就使有機硫醇與金基材反應產生氫氣和結合到金基材上的有機硫醇鹽來舉例說明使氫產生化合物與反應性金屬基材反應的步驟，如下例子用于本發(fā)明的反應性金屬基材包括包含金屬并能與氫產生化合物反應提供用過的化合物或結合到基材上的化合物的任何基材，與未反應的氫產生化合物相比，用過的化合物或結合到基材上的化合物被脫氫。合適的反應性金屬基材可包括例如金、銀、鉑、銅和汞。金屬基材還可包括例如被處理除去表面氧化物涂層的金屬，由此增強當與本文所述的氫產生化合物接觸時金屬基材的反應能力。有用的金屬基材不限制于特定的尺寸和尺寸范圍。對于給定的應用，適宜金屬基材尺寸的選擇對本領域那些技術人員是顯而易見的。本發(fā)明中使用的反應性金屬基材在形式方面沒有限制，并可包括例如薄膜、片、箔、線、晶片、管、纖維、棒、球和它們的任意組合或復合形式。反應性金屬基材還可為被設計增加或最大化金屬基材表面積的形式。具有增加表面積的反應性金屬基材可包括例如納米孔金屬的各種形式(例如納米孔金)，如美國專利號6805972中所描述的，本文引入其作為參考(還參見美國專利號4977038)。
在本發(fā)明的一種實施方案中，其中使氫產生化合物反應產生氫氣和結合到基材上的化合物，本發(fā)明還包括從金屬基材上分離結合的化合物(例如有機硫醇鹽化合物)產生非結合的用過的化合物。本文使用的術語“用過的化合物”是指已與金屬基材反應產生氫并和與金屬基材反應前的氫產生化合物相比被脫氫的非結合化合物。因此用過的化合物可包括已與金屬基材反應并進一步從金屬基材分離的化合物。在一些實施方案中，在無分離步驟時產生用過的化合物(見下文)。用過的化合物可包括例如具有式R-X-X-R的二聚物，通過從金屬基材分離結合的R-X產生。在一種實施方案中，用過的化合物包括由從金屬基材分離的多種(例如至少二種)R-X化合物的組合形成的聚合物。
就從金基材分離有機硫醇鹽化合物形成二硫化物分子來舉例說明從金屬基材分離R-X化合物并借此產生用過的化合物的方法，如下例子但是，應認識到，通過分離步驟產生的化合物可包括除從金屬基材分離的多種“-X-R”化合物的組合(例如聚合物)外的化合物。在一些情況下，例如，在初始氫產生化合物包括多個反應性部分(例如HS(CH2)nSH)時，可通過連接單一化合物內兩個反應性部分形成用過的化合物，如下面所示
從金屬基材分離R-X化合物的各種方法都適用于本發(fā)明的方法，包括例如通過施加能源。在一個例子中，通過施加熱從金屬基材分離R-X化合物。例如可在大于80℃的熱下從金屬基材分離R-X化合物。施加的熱可包括例如施加約50-100℃、如60-80℃、和更尤其是約70℃的熱源。其它方法可包括施加紫外(UV)光，或施加電流。根據本發(fā)明的結合的化合物和金屬基材系列之間的表面相互作用一般為從約10kJ/mol-約50kJ/mol。硫醇鹽-金相互作用例如具有約35kJ/mol的相互作用能。因此，必須施加超過35kJ的能量到表面上以釋放/分離結合的化合物。分離結合到金屬基材上的化合物所需要具體能量數量將部分取決于化合物和正使用的金屬的組合，并能容易地由技術人員確定。對于分離金屬基材結合的R-X化合物的更多討論，如溫度驅動的有機硫醇鹽化合物從金屬基材的釋放，參見例如Walczak等人，Langmuir1991，7，2687-2693；Bondzie等人，Surface Science 431(1999)174-185；Rowe等人，Langmuir 1991，7，2307-2312；Ross等人，Langmuir 1993，9，632-636；Huang等人，1993，J.Am.Chem.Soc.115，3342-3343；本文全部引入它們作為參考。
本發(fā)明還包括從用過的化合物再生氫產生化合物。從用過的化合物再生氫產生化合物包括例如使用過的化合物與氫反應產生具有式R-XH的化合物，借此由用過的化合物再生氫產生化合物。可以化學還原用過的化合物如二聚物的各種方法在本領域中是已知的。例如，在二聚物為二硫化物時，可用氫還原二硫化物形成硫醇，借此再生富氫硫醇。例如，通過催化氫化(例如與銠羰基催化劑反應)可使二硫化物與氫反應形成硫醇。例如，催化氫化有機硫醇的各種方法對本領域那些技術人員是顯而易見的(參見例如美國專利號4767884；Bondzie等人，Surface Science 431(1999)174-185)。用于再生用過的化合物的氫可通過本領域中已知的任何方法產生(例如水的電離、烴的重整、高壓儲存等)。例如，在氫動力車輛上實施本發(fā)明的裝置和方法時，使用過的化合物再生成適于氫產生的形式可在與氫產生分開的位置處進行，如在車輛“下”，此時現有方法的限制如高溫和高壓(例如重整)就不太重要。
下面舉例說明由用過的化合物再生氫產生化合物。例如，可用氫還原二聚物二硫化物成硫醇來再生富氫硫醇。例如，可通過催化氫化將二硫化物轉化成硫醇，如下面圖示的兩個反應中例示
根據本發(fā)明的方法，還可通過使氫產生化合物的烴部分進行脫氫來產生氫，其中當使化合物與金屬基材反應時發(fā)生脫氫。因此，在本發(fā)明的另一實施方案中，儲存和產生用于產生能量的氫的方法包括使能產生氫并具有式R1-XH的液體化合物與金屬基材反應產生氫氣和用過的化合物。用過的化合物可包括例如具有式R2-XH的化合物，其中R2相對于R1被脫氫；R3＝X，其中R3相對于R1被脫氫；或它們的組合。合適的R基如上文所定義。
根據本發(fā)明，盡管通過氫產生化合物的烴部分的脫氫產生氫的結果是催化脫氫，但原理與催化氫化相同。差別在于通過烴脫氫產生氫的這種方法的氫源可能為包含氫的任何有機分子。在正常催化氫化中，催化劑表面均裂地打破氫分子之間的鍵(H-H 436kJ/mol)并且催化劑與氫形成新鍵。由于這些新鍵缺乏穩(wěn)定性，因此部分氫原子作為氫氣離開表面。根據目前的氫產生方法，氫產生化合物的烴部分(例如上面定義的R)為氫源。這種烴部分通入催化劑，催化劑表面從烴部分提取氫并如以前一樣與它形成鍵。檢查烴部分的部分鍵能(例如CH3-H440kJ/mol；CH3CH2-H 421kJ/mol；CH3CH2CH2-H 423kJ/mol；CH2＝CH2CH2-H 375kJ/mol；(CH3)3C-H 359kJ/mol；CH2＝CH-H 465kJ/mol；RS-H 367kJ/mol)并比較它們的鍵能與氫的鍵能(H-H 436kJ/mol)，表明這些分子中的任何一個都能失去氫原子到催化劑上。但是，對于失去氫后能產生較穩(wěn)定分子的那些更容易(例如丙烯和2-甲基丙烷)。在一個例子中，可選擇環(huán)己基部分，因為它能失去3摩爾的氫形成非常穩(wěn)定的芳香結構。轉換芳基成環(huán)己基部分是已知的方法(參見例如美國專利號5189233；和Makal等人，CatalyticHydrogenation of Benzene to Cyclohexane in Gas Phase，Pol.(1989)PL 146758)。另外，由于方法的第一個步驟由均裂啟動，因此在理論上，可產生穩(wěn)定基團的任何原子都適合于上述反應。烴分子對于氫產生也是有效的(圖5)。
適合于通過烴部分脫氫儲存和產生氫的示例性化合物包括例如丁硫醇、戊硫醇、己硫醇、環(huán)己硫醇和1，4-環(huán)己二硫醇。適合于通過烴部分脫氫產生氫的化合物的其它例子包括圖4和5中所示的以下化合物。
根據本發(fā)明，使用化合物1，4-環(huán)己二硫醇和金來舉例說明通過氫化氫產生化合物的烴部分來產生氫。如下面所示，當1，4-環(huán)己二硫醇接觸金表面時，氫立即被釋放，1，4-環(huán)己二硫醇被轉化成用過的化合物二硫代對苯醌和/或1，4-苯二硫醇加上氫。
實施例 例如，通過本領域中已知的用于分離氫和液體的各種方法中的任何一種來分離用過的化合物二硫代對苯醌和/或1，4-苯二硫醇與氫，如利用它們沸點上大的差異或通過膜分離方法。
通過脫氫反應產生的用過的化合物能被再氫化，借此使用過的化合物再生成適合于在氫產生中再使用的形式。根據下面的例子，二硫代對苯醌和1，4-苯二硫醇可被化學還原成1，4-環(huán)己二硫醇。在這種過程中，分子被再氫化或“再充”氫，并可再次用于產生用于例如產生能量的氫?？苫瘜W還原用過的化合物如二硫代對苯醌和1，4-苯二硫醇分子的烴部分的各種方法在本領域中是已知的，并包括例如催化氫化。對于烴氫化如催化氫化的更多討論，參見例如Botaiux等人，“NewestHydrogenation Catalysts”，Hydrocarb.Process，1985年3月，51-59頁；和美國專利號6794552；本文全部引入它們作為參考。
本發(fā)明還涉及由用過的化合物再生氫產生化合物的方法。這種方法包括從產生用于產生能量的氫的裝置中接受用過的化合物，和使用過的化合物與氫反應產生具有式R-XH的化合物，借此由用過的化合物再生氫產生化合物。
產生用于產生能量的氫的步驟和由用過的化合物再生氫產生化合物的步驟可在相同位置或靠近位置處發(fā)生?；蛘?，氫產生步驟和用過的化合物再生步驟可在不同的位置處發(fā)生。例如，氫產生步驟可發(fā)生在汽車中或汽車上，而用過的化合物再生步驟可發(fā)生在汽車下或與汽車分開，包括例如在從汽車移出用過的化合物后。在一個例子中，用過的化合物的再生可發(fā)生在服務站，類似于目前正使用的服務站(例如加油站、卡車加油站等)。在氫產生發(fā)生在固定單元如建筑(例如住宅、商店、居所等)時，再生也可發(fā)生在建筑處，如在建筑內并靠近建筑內氫產生位置的位置處，或可發(fā)生在與建筑不同的位置處。
本發(fā)明還涉及產生用于產生能量的氫的裝置。本發(fā)明的裝置包括適于容納具有式R-XH的氫產生化合物的儲罐，其中R為有機部分和X為選自硫、氧和硒的反應性部分。裝置還包括適于與氫產生化合物反應產生氫氣和用過的化合物和/或結合到金屬基材上的R-X化合物的金屬基材。
在氫產生化合物與金屬基材反應產生結合到金屬基材的化合物的實施方案中，裝置可另外包括能從金屬基材分離結合的化合物產生非結合的用過的化合物(例如具有式R-X-X-R的二聚物)的能源。能源可包括例如熱源或UV光源。例如，在裝置存在于汽車上時，熱源可包括由氫消耗裝置如氫燃燒發(fā)動機得到的熱。在另一實施方案中，金屬基材可適于從裝置卸下。在這種實施方案中，包括金屬基材和結合的化合物的復合體可從裝置中卸下，并暴露于來自能源的能量，以便從金屬基材分離結合的化合物。
裝置還可包括用于儲存用過的化合物的儲罐。在一種實施方案中，用于儲存用過的化合物的儲罐適于從裝置中除去用過的化合物。裝置可另外包括再生室，該再生室適于使用過的化合物與從裝置外部源接受的氫反應產生具有式R-XH的化合物，借此使用過的化合物再生成適于氫產生的形式。本發(fā)明的裝置能利用氫氣產生能量。利用氫氣產生能量可包括例如在氫燃燒發(fā)動機或燃料電池中消耗氫氣。
圖2圖示了根據本發(fā)明一種實施方案的氫產生和再生系統(tǒng)30和裝置32。圖示系統(tǒng)包括加油站34、產生用于產生能量的氫的裝置32和移出站36。裝置32包括適于容納具有式R-XH的氫產生化合物的儲罐38，其中R為有機部分和X選自硫、氧和硒。裝置32還包括適于與化合物反應產生用過的化合物和/或結合到金屬基材40上的R-X化合物和氫氣的反應性金屬基材40。在該例示的實施方案中，裝置包括包含金屬基材40和能源44的反應室42，能源44用于分離結合到金屬基材40上的R-X化合物產生非結合的用過的化合物(例如具有式R-X-X-R的二聚物)。裝置32還包括儲存用過的化合物的儲罐46，其適于從裝置中除去用過的化合物。儲罐46和儲罐可分開，或形成為用例如擋板47隔開的一個連續(xù)單元。在一種實施方案中，擋板47可為可移動的擋板，其中可移動擋板的位置限定了儲罐38和46的體積。擋板的位置受例如添加或除去和相應受儲罐38和46中分別的氫產生化合物和用過的化合物相對數量的影響。例如，在擋板47為可移動擋板時，儲罐38裝入氫產生化合物會導致擋板47的移動，因而造成儲罐38體積的擴大和儲罐46體積的相對縮小。系統(tǒng)還可包括適于從本發(fā)明的裝置32接受氫的氫消耗裝置48。
參考圖2討論本發(fā)明的系統(tǒng)和裝置的操作。將氫產生化合物(例如液體有機硫醇)從加油站34轉移到裝置32(參見圖2，步驟1)。化合物(圖2中的R-XH)一般為液體形式，并可儲存在儲罐38中(見圖2，步驟2)。在需要時，化合物可與反應性金屬基材40反應產生氫氣(圖2中的H2)和用過的化合物和/或結合到金屬基材40的R-X化合物(見圖2，步驟3)。反應步驟產生的氫可被送到氫消耗裝置48，如燃料電池或氫燃燒發(fā)動機(見圖2，步驟4)。通過從能源44施加能量可從金屬基材40分離結合到金屬基材40的R-X化合物產生用過的化合物，如具有式R-X-X-R的二聚物(見圖2，步驟5)。在分離步驟后，例如在儲存用過的化合物的儲罐46中冷凝和形成液體后收集用過的化合物(見圖2，步驟6)。然后在移出站36從儲罐46中除去用過的化合物(見圖2，步驟7)和隨后再生成適于氫產生的形式(例如氫產生化合物)。
因此，本發(fā)明還涉及產生和利用氫的組合件。在一種實施方案中，組合件包括用于產生氫的第一單元和用于利用氫產生能量的第二單元，其中第二單元適于從第一單元接受氫。第一單元包括適于容納具有式R-XH的氫產生化合物的儲罐，其中R為有機部分(見上文)和X選自硫、氧和硒；和適于與氫產生化合物反應產生氫氣和用過的化合物和/或結合到金屬基材的R-X化合物的金屬基材。第二單元可包括氫消耗裝置，如氫燃燒發(fā)動機或燃料電池。本發(fā)明的組合件可包含在例如車輛或汽車內。本發(fā)明的組合件可另外包括能從金屬基材分離R-X產生用過的化合物(例如具有式R-X-X-R的二聚物)的能源。能源可包括例如熱源或UV光源。
組合件還可包括用于儲存用過的化合物的儲罐。在一種實施方案中，用于儲存用過的化合物的儲罐適于從裝置中除去用過的化合物。組合件可另外包括再生室，該再生室適于使用過的化合物與從裝置外部源接受的氫反應產生具有式R-XH的化合物，借此再生用過的化合物成適于氫產生的形式。
圖3進一步圖示了根據本發(fā)明實施方案的系統(tǒng)50和裝置52。本發(fā)明的裝置52可位于例如用氫消耗裝置56提供動力的車輛54內部。因此，圖示的系統(tǒng)50包括具有產生用于產生能量的氫的裝置52的車輛54、服務站58和運輸工具60。將氫產生化合物62(例如液體有機硫醇)從服務站58轉移到位于車輛54內部的裝置52的儲罐64。當需要時，化合物62可與金屬基材66反應產生氫氣和用過的化合物和/或結合到金屬基材66的R-X化合物(例如有機硫醇鹽)。氫氣可被輸送到氫消耗裝置56用于產生車輛54操作所用的能量。通過從能源施加能量可以從金屬基材66分離結合到金屬基材66的R-X化合物產生用過的化合物(例如二聚物R-X-X-R)。用過的化合物68可被儲存在儲罐70中，并最終從車輛54中除去和位于例如服務站58處。用過的化合物68可被再生成適于氫產生的形式。再生可發(fā)生在服務站58處或在另外的位置處。通過運輸工具60運輸氫產生化合物和/或用過的化合物到達和離開服務站。適用于本發(fā)明的運輸工具可包括從一個位置到另一個位置運輸液體的任何工具，包括例如常規(guī)車輛運輸工具(例如卡車、油罐車、船等)以及通過管道或其它方法。
實施例1有機硫醇與金屬基材反應后的氫產生下面的實施例說明通過使有機硫醇化合物與金屬基材反應產生的氫氣的收集和定量。通過提供進行氫產生反應的容器來進行例示的反應，容器包括室、進口和出口。通過在容器的室中放置反應材料進行反應，使材料反應，并測量通過反應產生的氫。將材料經由進口送入到容器內，經由出口從容器中取出通過反應產生的氫。通過氣相色譜法包括通過連接到還原氣體分析儀的氣相色譜法(“GC-RGA”)(Reduction Gas Analyzer Trace Analytical，In.，Model TA 3000)分析和定量氫。
首先進行正對照實驗以便證實測試裝置能檢測在容器中通過使材料反應產生的氫氣。對于正對照，在容器的室中放置少量鈉(10-20mg)，其中室的體積為大約25ml。然后密封容器并用真空泵對室抽真空。向燒瓶中再引入水(20μl)，并與室中存在的鈉反應。鈉和水之間的反應產生大量氫氣，充滿燒瓶。反應后用GC-RGA分析容器室的內含物顯示在燒瓶的室中存在約10000ppm的氫氣。
使用有機硫醇和金屬基材進行類似于上述正對照的實驗。己硫醇(99％)購自Aldrich化學公司。金粉末，球形，APS 5.5-9.0微米，99.96％(金屬基)，S.A.0.05-0.2m2/g，購自Alfa Aesar。將金粉末(300mg)放在容器的室中(體積約5ml)。密封容器后通過真空泵對室抽真空，將己硫醇(1ml)引入到容器的室中。反應后，用GC-RGA分析容器的內含物。檢測容器中的氫氣，反應后，數量大約3000ppm。
重復實驗，如上所述，在容器的室中放置金粉末(300mg)，并在真空泵抽真空后將在乙醇(1ml)中的2％己硫醇注入到室內。反應后，通過GC-RGA測定氫氣含量，大約2000ppm。另外，分析房間內空氣以便確定氫氣含量和停留時間。房間內空氣、正對照、純己硫醇和在乙醇中的2％己硫醇的氫氣含量實驗結果示于表1中。
表1
如上所述進一步重復上述實驗，但使用連接到質譜分析的氣相色譜法(“GC-MC”)(Agilent GC/MS型號6890N/5973)進行氫氣分析和定量。GC-MS分析證實了GC-RGA分析的實驗結果，表明通過使有機硫醇化合物與金屬基材反應產生氫。盡管儀器不能顯示出氫峰值，但確定了在房間內空氣停留時間以下的負峰值。這種負峰值可能是由于缺少背景氣體(例如He)和可能是存在停留時間比空氣低的其它氣體。這被解釋為氫，因為它給出了與正對照類似的結果。
實施例2烴與金屬基材反應后的氫產生下面的實施例說明使烴與金金屬催化劑反應后的氫的產生和收集，金金屬催化劑使烴脫氫并釋放氫氣。
在本實施例中，用金粉末填塞GC/MS的注入口并加熱到175℃。在定速和加熱金后，通過注入口注入1μl環(huán)己醇(99％，Aldrich)。通過GC/MS(見上文)直接監(jiān)測流出物。通過GC/MS監(jiān)測環(huán)己醇與金的反應顯示出停留時間類似于房間內空氣的負峰值。結果表明檢測器中缺少氦氣或存在其它氣體，這被解釋為反應產生的氫氣。另外，反應后檢測到的主要烴化合物為苯酚(即脫氫的環(huán)己醇)。反應后沒有檢測到環(huán)己醇。
作為對照，在沒有金填塞步驟時進行類似的實驗。在對照實驗中沒有檢測到負峰值或苯酚。檢測到的唯一化合物是環(huán)己醇，表明在缺少金金屬基材時沒有發(fā)生反應。
盡管參考本文描述的實施例說明了本發(fā)明，但應認識到，更改和變化都包括在本發(fā)明的精神和范圍內。因此，本發(fā)明只受下面的權利要求限制。
權利要求
1.一種產生能量的方法，包括使能產生氫并具有式R-XH的液體化合物與金屬基材反應產生氫氣，和利用氫氣產生能量；其中R為選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分；X選自硫、氧、硒和氫。
2.權利要求1的方法，其中所述金屬基材包括選自金、銀、鉑、銅和汞的金屬。
3.權利要求1的方法，其中所述金屬基材包括被處理除去表面氧化物涂層的金屬。
4.權利要求1的方法，其中R為C2-C8烷基、雜烷基、鏈烯基或雜烯基。
5.權利要求1的方法，其中利用氫氣包括在燃燒發(fā)動機中消耗氫氣。
6.權利要求1的方法，其中利用氫氣包括在燃料電池中消耗氫氣。
7.一種儲存和產生用于產生能量的氫的方法，包括使能產生氫并具有式R1-XH的液體化合物與金屬基材反應產生氫氣和結合到金屬基材的R1-X；和收集氫氣；其中基團R1為選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分；X選自硫、氧和硒。
8.權利要求7的方法，其中所述金屬基材包括選自金、銀、鉑、銅和汞的金屬。
9.權利要求7的方法，其中所述金屬基材包括被處理除去表面氧化物涂層的金屬。
10.權利要求7的方法，其中所述液體化合物為C2-C8有機硫醇。
11.權利要求7的方法，還包括分離結合到金屬基材的R1-X產生用過的化合物。
12.權利要求11的方法，其中所述用過的化合物為具有式R1-X-X-R1的二聚物。
13.權利要求11的方法，其中所述分離包括加熱結合到金屬基材的R1-X。
14.權利要求11的方法，其中所述分離包括使結合到金屬基材的R1-X與紫外(UV)光接觸。
15.權利要求11的方法，還包括使用過的化合物與氫反應產生具有式R1-XH的化合物，借此由用過的化合物再生能產生氫的化合物。
16.權利要求15的方法，其中使用過的化合物與氫反應包括催化氫化。
17.權利要求15的方法，其中產生氫和再生用過的化合物在不同的位置處發(fā)生。
18.權利要求7的方法，還包括使液體化合物與金屬基材反應產生氫氣和用過的化合物，用過的化合物包括(a)R2-XH，其中R2相對于R1被脫氫；(b)R3＝X，其中R3相對于R1被脫氫；或(c)(a)和(b)的組合；其中R1、R2和R3中的每一個都為獨立選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基和氧亞芳基中的部分；
19.權利要求7的方法，其中收集包括在燃燒發(fā)動機或燃料電池中消耗氫氣。
20.一種儲存和產生用于產生能量的氫的方法，包括使能產生氫并具有式R1-XH的液體化合物與金屬基材反應產生氫氣和用過的化合物，用過的化合物包括(a)R2-XH，其中R2相對于R1被脫氫；(b)R3＝X，其中R3相對于R1被脫氫；或(c)(a)和(b)的組合；和收集氫氣；其中R1、R2和R3中的每一個都為獨立選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分；和X選自硫、氧、硒和氫。
21.權利要求20的方法，其中所述金屬基材包括金、銀、鉑、銅或汞。
22.權利要求20的方法，其中所述金屬基材包括被處理除去表面氧化物涂層的金屬。
23.權利要求20的方法，還包括使用過的化合物與氫反應產生具有式R1-XH的化合物，借此由用過的化合物再生能產生氫的化合物。
24.權利要求23的方法，其中使用過的化合物與氫反應包括催化氫化。
25.權利要求23的方法，其中產生氫和再生用過的化合物在不同的位置處發(fā)生。
26.權利要求20的方法，還包括使R1-XH化合物與金屬基材反應產生氫氣和結合到金屬基材上的R1-X。
27.權利要求26的方法，還包括使R2-XH化合物與金屬基材反應產生氫氣和結合到金屬基材上的R2-X。
28.權利要求27的方法，還包括分離結合到金屬基材的R1-X-或結合到金屬基材的R2-X-產生包括從金屬基材分離的R1-X-或R2-X-的用過的化合物。
29.權利要求28的方法，其中包括R1-X-或R2-X-的用過的化合物選自R1-X-X-R1、R2-X-X-R2或R1-X-X-R2。
30.權利要求20的方法，其中所述收集包括在燃燒發(fā)動機或燃料電池中消耗氫氣。
31.一種產生用于產生能量的氫的裝置，包括適于容納能產生氫并具有式R-XH的液體化合物的儲罐，其中R為選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分；和X選自硫、氧和硒；和適于與液體化合物反應產生結合到金屬基材上的R-X化合物和氫氣的金屬基材。
32.權利要求31的裝置，其中所述液體化合物包括C2-C8有機硫醇化合物。
33.權利要求31的裝置，其中所述金屬基材包括銀、鉑、銅或汞。
34.權利要求31的裝置，其中所述金屬基材包括金。
35.權利要求34的裝置，其中所述金包括納米孔金。
36.權利要求31的裝置，其中所述金屬基材包括被處理除去表面氧化物涂層的金屬。
37.權利要求31的裝置，還包括能從金屬基材分離R-X產生用過的化合物的能源。
38.權利要求37的裝置，其中用過的化合物為具有式R-X-X-R的二聚物。
39.權利要求37的裝置，其中能源包括熱源。
40.權利要求37的裝置，其中能源包括UV光源。
41.權利要求37的裝置，還包括儲存用過的化合物的儲罐。
42.權利要求41的裝置，其中儲存用過的化合物的儲罐適于從裝置取出用過的化合物。
43.權利要求37的裝置，還包括再生室，該再生室適于使用過的化合物與從裝置外部源接受的氫反應產生具有式R-XH的化合物，借此由用過的化合物再生能產生氫的化合物。
44.權利要求31的裝置，其中使用氫氣產生能量。
45.一種汽車，包括氫消耗裝置和權利要求31的裝置。
46.權利要求45的汽車，其中氫消耗裝置包括氫燃燒發(fā)動機。
47.權利要求45的汽車，其中氫消耗裝置包括燃料電池。
48.一種產生用于產生能量的氫的裝置，包括適于容納能產生氫并具有式R1-XH的液體化合物的儲罐；和適于與液體化合物反應產生氫氣和用過的化合物的金屬基材，用過的化合物包括(a)R2-XH，其中R2相對于R1被脫氫；(b)R3＝X，其中R3相對于R1被脫氫；或(c)(a)和(b)的組合；其中R1、R2和R3中的每一個都為獨立選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分；和X選自硫、氧、硒和氫。
49.權利要求48的裝置，其中所述金屬基材包括銀、鉑、銅或汞。
50.權利要求48的裝置，其中所述金屬基材包括金。
51.權利要求50的裝置，其中所述金包括納米孔金。
52.權利要求48的裝置，其中所述金屬基材包括被處理除去表面氧化物涂層的金屬。
53.權利要求48的裝置，還包括儲存用過的化合物的儲罐。
54.權利要求53的裝置，其中儲存用過的化合物的儲罐適于從裝置移出用過的化合物。
55.權利要求48的裝置，還包括再生室，該再生室適于使用過的化合物與從裝置外部源接受的氫反應產生具有式R1-XH的化合物，借此由用過的化合物再生能產生氫的化合物。
56.權利要求48的裝置，其中使用氫氣產生能量。
57.一種汽車，包括氫消耗裝置和權利要求48的裝置。
58.權利要求57的汽車，其中所述氫消耗裝置包括氫燃燒發(fā)動機。
59.權利要求57的汽車，其中所述氫消耗裝置包括燃料電池。
60.一種由用過的化合物再生能產生氫的化合物的方法，包括從權利要求42的裝置接受用過的化合物；和使用過的化合物與氫反應產生具有式R-XH的化合物，借此由用過的化合物再生能產生氫的化合物。
61.一種由用過的化合物再生能產生氫的化合物的方法，包括從權利要求54的裝置接受用過的化合物；和使用過的化合物與氫反應產生具有式R1-XH的化合物，借此由用過的化合物再生能產生氫的化合物。
62.一種產生和利用氫的組合件，包括用于產生氫的第一單元，第一單元包括(a)適于容納能產生氫并具有式R-XH的液體化合物的儲罐；其中R為選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分；和X選自硫、氧和硒；和(b)適于與液體化合物反應產生結合到金屬基材的R-X化合物和氫氣的金屬基材；和用于利用氫產生能量的第二單元，其中第二單元適于接受來自第一單元的氫。
63.權利要求62的組合件，其中所述反應性金屬基材包括銀、鉑、銅、汞或被處理除去表面氧化物涂層的金屬。
64.權利要求62的組合件，其中所述金屬基材包括金。
65.權利要求64的組合件，其中所述金包括納米孔金。
66.權利要求62的組合件，還包括能從金屬基材分離R-X產生用過的化合物的能源。
67.權利要求66的組合件，其中所述用過的化合物包括具有式R-X-X-R的二聚物。
68.權利要求66的組合件，其中所述能源包括熱源。
69.權利要求66的組合件，其中能源包括UV光源。
70.權利要求66的組合件，還包括儲存用過的化合物的儲罐，該儲罐適于從裝置移出用過的化合物。
71.權利要求66的組合件，還包括再生室，該再生室適于使用過的化合物與從裝置外部源接受的氫反應產生具有式R-XH的化合物，借此由用過的化合物再生能產生氫的化合物。
72.權利要求62的組合件，其中第二單元包括燃燒發(fā)動機。
73.權利要求62的組合件，其中第二單元包括燃料電池。
74.權利要求62的組合件，其中所述組合件包含在汽車內。
75.一種產生和利用氫的組合件，包括用于產生氫的第一單元，該第一單元包括(1)適于容納能產生氫并具有式R1-XH的液體化合物的儲罐，和(2)適于與液體化合物反應產生氫氣和用過的化合物的金屬基材，用過的化合物包括(a)R2-XH，其中R2相對于R1被脫氫；(b)R3＝X，其中R3相對于R1被脫氫；或(c)(a)和(b)的組合；其中R1、R2和R3中的每一個都為獨立選自烷基、雜烷基、鏈烯基、取代鏈烯基、炔基、芳基、雜芳基、烷氧基、環(huán)烷基、雜環(huán)基、烷芳基、芳烷基、芳烯基、芳炔基、亞芳基、氧亞芳基和它們的組合中的部分；和X選自硫、氧、硒和氫。用于利用氫產生能量的第二單元，其中第二單元適于接受來自第一單元的氫。
76.權利要求75的組合件，其中所述反應性金屬基材包括銀、鉑、銅、汞或被處理除去表面氧化物涂層的金屬。
77.權利要求75的組合件，其中所述金屬基材包括金。
78.權利要求77的組合件，其中所述金包括納米孔金。
79.權利要求75的組合件，還包括儲存用過的化合物的儲罐，該儲罐適于從裝置移出用過的化合物。
80.權利要求79的組合件，還包括再生室，該再生室適于使用過的化合物與從裝置外部源接受的氫反應產生具有式R-XH的化合物，借此由用過的化合物再生能產生氫的化合物。
81.權利要求75的組合件，其中第二單元包括燃燒發(fā)動機。
82.權利要求75的組合件，其中第二單元包括燃料電池。
83.權利要求75的組合件，其中所述組合件包含在汽車內。
全文摘要
涉及氫產生的方法、裝置和組合件。系統(tǒng)(50)包括具有產生用于產生能量的氫的裝置(52)的車輛(54)、服務站(58)和運輸工具(60)。將氫產生化合物(62)(例如有機硫醇)從服務站(59)轉移到位于車輛(54)內部的裝置(52)的儲罐(64)上。在需要時，使化合物(62)與金屬基材(66)反應產生氫氣和用過的化合物和/或結合到金屬基材(66)的R－X化合物(例如有機硫醇鹽)。氫氣可被輸送到氫消耗裝置(56)用于產生車輛(54)操作時所用的能量。通過從能源施加能量可從金屬基材(66)分離結合到金屬基材(66)的R－X化合物產生用過的化合物(68)(例如二聚物R－X－X－R)。用過的化合物(68)可被儲存在儲罐(70)中并通過運輸工具(60)運輸到服務站(58)進行再生。
文檔編號C01B3/22GK1918068SQ200480040988
公開日2007年2月21日 申請日期2004年11月24日 優(yōu)先權日2003年11月26日
發(fā)明者B·D·拉特納, E·D·內米 申請人:阿森布朗公司