JP2010506818A - ギ酸からの水素生成 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2
Description
M(L)n (I)
ここで、式(I)の錯体は、別の配位子を任意選択的に含み、そして、塩の形態で提供されるか、または中性である。
本発明の方法による水素ガスを生成する工程と、
その水素ガスを水素消費方法および/または装置へ導く工程とを含む。
本発明による水素ガスを生成する工程と、
水素ガスを二酸化炭素から分離する、任意選択的な工程と、
その水素ガスを、水素ガスを使用することによってエネルギーを生成することができる方法および/または装置へ導く工程と、
そして、水素ガスを使用することによってエネルギーを生成する工程とを含む。
本発明の方法にしたがって水素ガスを生成する工程、
二酸化炭素から水素ガスを分離する任意選択的な工程、
燃料電池へ水素ガスを導く工程、および
前記燃料電池の中で水素ガスを酸素ガスで酸化し、このようにして電気エネルギー作り出す工程。
触媒の前駆体[Ru(TPPTS)2(H2O)4](tos)2]を、[Ru(H2O)6](tos)2(式中、tos=トシラート(4−メチルベンゼンスルホネートイオン))およびTPPTS(TPPTSはトリス(3−スルホフェニル)ホスフィン三ナトリウム塩である。)を、1:2のモル比で、トシル酸を使用して少し酸性化された水に溶解することによって調合した。
2つの異なる反応装置で反応を行った。
例2の実験設定を、サファイアチューブ反応装置の中の圧力で温度の効果を評価するために変更する。
例4.1:HCOOH:HCOONaの割合
反応速度および転換効率に対するpHの影響を、例2の実験設定で測定する。それを、バッチ式で行い、基体の全ての濃度を4Mに維持しながら、最初のHCOOH対HCOONaの割合を変え、これによりpHを変える。したがって、100:0モル%、90:10モル%、70:30モル%、40:60モル%、10:90モル%および0:100モル%のHCOOH:HCOONa混合物を調合し、そして、4Mの水性溶液に添加する。
例4.1を、22mM [Ru(H2O)6](tos)2、44mMTPPTS(その場で作製された触媒)、4M HCOOH(10mモル)の濃度で、最初のHCOONaの含有量を変えてバッチ式で行う。
例5.1:転換効率および反応速度における触媒濃度の効果
例2の実験を、異なる最初の濃度(2.3mM、22mM、45nM、67nM、90mM、112mMおよび123mM)の[Ru(H2O)6](tos)2および等量の2倍のTPPTSを添加することによって変更した。
とても高い水溶性および安定性のため、TPPTS(トリス(3−スルホフェニル)ホスフィン三ナトリウム塩)を配位子として選択してきた。より溶解しないモノ−スルホン化トリフェニルホスフィンを有し、[Ru(H2O)6](tos)2錯体のための配位子としてパラおよびメタの位置のスルホニル基(pTPPMSおよびmTPPMS)を有する触媒をさらに試験した。2等量のmTPPMSおよびpTPPMSを、それぞれのRu−等量に添加した。
[RuIII(H2O)6](tos)3を、例2で述べられたバッチ式操作モードにしたがって、2等量のTPPTSを使用して試験した。2等量のTPPTSの存在で、反応は、2TPPTSを有する[RuII(H2O)6](tos)2と同じ速さである。
例2を、NMRサファイアチューブの中で1反応サイクル行い、それにより、例1で調合したような[Ru(TPPTS)2(H2O)4](tos)2を使用したり(5.4a)、または、以下に列挙されたように別の触媒で置き換えたりした。
実験5.4b):Ru(TPPTS)
実験5.4c):Ru(TPPTS)2+10TPPTS
実験5.4d):Ru(H2O)6
実験5.4e):Ru(H2O)6+2等量TPPTS
例2を、触媒が同じ濃度で以下に列挙された触媒のうちの1つで置き換えて、バッチ式モードで繰り返した。
1等量のジホスフィン1,2−ビス(ジ−4−スルホナトフェニルホルフィノ)ベンゼン四ナトリウム塩(Strem Chemicals, 15−0155)の存在下での触媒[RuII(H2O)6](tos)2
1等量の2,2’−ビピリジン(Merck)の存在下での触媒[RuII(H2O)6](tos)2
アレーン誘導体 [Cl2Ru(PPh3)(1−(2−ベンジルエチル)−3−メチルイミダゾリウム]Cl(参考文献:T. Geldbach, G. Laurenczy, R. Scopelliti, P. J. Dyson; Organomet., 2006, 25, 733.)の触媒。
触媒[RuCl2(PTA)(9S3)](式中、9S3=1,4,7−トリチアシクロノナンおよびPTA=1,3,5−トリアザ−7−ホスファアダマンタン)(参考文献:B. Serli, E. Zangrando, T. Gianferrara, C. Scolaro, P. J. Dyson, A. Bergamo, E. Alessio; Eur. J. Inorg. Chem., 2005, 3423.)。
一般的に全ての触媒5.5a)〜d)は、2TPPTSをともなったRu(H2O)6に比べて非常に遅かった。
例6.1:水銀による毒作用
例2を、22mM[Ru(TPPTS)2(H2O)4](tos)2を使用してバッチ式モードで行った。
例2を、22mM[Ru(TPPTS)2(H2O)4](tos)2を使用してバッチ式モードで行った。
上述の例2で述べたように、窒素で溶液をバブリングすることによって、反応装置が満たされる前に、全ての溶液から酸素を除去する。[Ru(H2O)6](tos)2およびホスフィンは酸化される可能性があるので、これらの予防策をとる。しかし、再利用のサイクルの間は、脱ガスしないHCOOHを、酸素に対する予防策なしで添加する。Ru(TPPTS)2の場合、脱ガスは必要ない。
例2をバッチ式モードで行った。2等量のTPPTSにさらに加えた2等量のNaClを添加した。NaClの存在下での再利用の間、反応速度に影響は観察されなかった。
反応がより高い圧力でもなお行われることを立証するため、高圧オートクレーブを同じ条件で用意した。
上記の本明細書で記載され、行われた一連の実験から、本発明の方法は、一酸化炭素からとても純粋な水素ガスの速やかな生成を可能にするということを結論付けることができる。生成された水素ガスの総量を、とても短い期間に、基質の量、温度およびpHによって決定および変更することが可能である。水素の発生を容易に調整し、そして、本発明の触媒は強固である。本発明の反応は、好都合なことに、バッチ式または連続モードで、触媒の損失なしで行うことが可能である。
Claims (11)
- 水素ガスおよび二酸化炭素を化学反応でギ酸から生成する方法であって、
前記反応は、
水性溶液の中で、
20〜200℃の範囲内の温度で、
添加されたギ酸塩の存在下で、および
触媒の存在下で
行われ、
前記触媒は、一般式(I)の錯体を含み、
M(L)n (I)
式中、Mは、Ru、Rh、Ir、Pt、PdおよびOsから選択された金属であり、好ましくはRuであり、Lは、カルベン、または少なくとも1つのリン原子を含む配位子であり、該リン原子は、該金属に錯体結合によって結合されており、該リン配位子は、少なくとも1つの芳香族基および1つの親水基をさらに含み、nは1〜4の範囲内であり、
前記一般式(I)の錯体は、別の配位子を任意選択的に含み、そして、塩の形態で供給されるか、または中性である。 - 前記反応が、75℃〜140℃の範囲内の温度で行われる請求項1に記載の方法。
- 前記反応が、触媒の存在下で行われ、
前記触媒が140℃までの温度で、および1〜8の範囲内のpHで安定である請求項1または2に記載の方法。 - ギ酸:ギ酸塩(HCOOH:HCOO-)のモル比が、1:9〜15:1の範囲内である請求項4に記載の方法。
- 前記反応が、水性溶液で、1〜6、好ましくは、2.5〜5.0の範囲内のpHで、行われる請求項1乃至4のいずれか1項に記載の方法。
- 0.5〜600バールの範囲内のH2分圧で行われる請求項1乃至5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記触媒の前記配位子Lの少なくとも1つの前記親水基が、スルホネート、カルボキシレートおよび/またはヒドロキシから選択される請求項1乃至6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記化学反応が、モノ−、ジ−および/もしくはトリスルホン化トリフェニルホスフィンまたはその水溶性塩を含む触媒の存在下で行われる請求項1乃至7のいずれか1項に記載の方法。
- n>1の場合、それぞれのLは他のLと異なることができる請求項1乃至8のいずれか1項に記載の方法。
- Mがルテニウムである請求項1乃至9のいずれか1項に記載の方法。
- エネルギーを発生する方法および/または装置であって、
前記方法は、
請求項1乃至10のいずれかにしたがって水素ガスを生成する工程と、
前記二酸化炭素から前記水素ガスを分離する、任意選択的な工程と、
水素ガスを使用することによってエネルギーを生成することが可能である方法および/または装置へ前記水素ガスを導く工程と、および
前記水素ガスを使用することによってエネルギーを生成する工程とを含む。
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