RU2487965C2 - Способ получения молекулярного водорода - Google Patents
Способ получения молекулярного водорода Download PDFInfo
- Publication number
- RU2487965C2 RU2487965C2 RU2011143191/05A RU2011143191A RU2487965C2 RU 2487965 C2 RU2487965 C2 RU 2487965C2 RU 2011143191/05 A RU2011143191/05 A RU 2011143191/05A RU 2011143191 A RU2011143191 A RU 2011143191A RU 2487965 C2 RU2487965 C2 RU 2487965C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- molecular hydrogen
- catalyst
- water
- electrode
- hydrogen
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Catalysts (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электрохимии. Молекулярный водород получают из воды электрохимическим методом в присутствии катализатора - галогенида алкильной соли акридинилия, выполняющего также роль фонового электролита. Электрохимический процесс осуществляют с использованием стеклоуглеродного рабочего электрода, стеклоуглеродного вспомогательного электрода и хлорсеребряного электрода сравнения при потенциале, равном от 0 до -1,0 В. Изобретение позволяет упростить, удешевить процесс, улучшить экологию получения молекулярного водорода.
Description
Изобретение относится к области электрохимических производств, в частности электрохимическому способу получения водорода из воды.
Использование молекулярного водорода является одним из возможных путей рационального и устойчивого развития современной энергетики. Способность водорода вступать при повышенных температурах в каталитические реакции гидрирования широко используется в химической (синтез аммиака и метанола), нефтехимической (гидрокрекинг) и пищевой (гидрирование растительных жиров) промышленностях, а также в ряде других отраслей. Восстановительные свойства водорода используются в химической технологии, в порошковой металлургии, металлообработке, машиностроении, микроэлектронике. До сих пор наиболее эффективным среди таких катализаторов электролиза воды (разложения на кислород и водород с помощью электричества) считается платина - дорогой и редкий металл, запасы которого на планете очень ограничены, в связи с чем многие научные группы ищут ему замену.
В настоящее время в литературе описаны лишь несколько типов катализаторов, которые способны разлагать воду на водород и кислород. Так, группой ученых под руководством Даниэля Носера (Daniel Nocera) из Массачусетского технологического института в США показана применимость для этих целей соединений кобальта - довольно распространенного и доступного металла [Joep J.H. Pijpers, Mark T. Winkler, Yogesh Surendranath, Tonio Buonassisi and Daniel G. Nocera, PNAS, 2011, V. 108, p.10056]. В последующей за ней работе ученые из группы Носера описывают каталитическую систему, которая представляет собой соединение на основе элементов никеля и бора [Arthur J. Esswein, Yogesh Surendranath, Steven Y. Reece and Daniel G. Nocera, Energy Environ. Sci., 2011, 4, р.499-504]. Оно может быть нанесено в виде тонкой пленки на любую поверхность с помощью электричества. На получающемся таким образом электроде, опущенном в водный раствор соединений бора (электролит), при приложении электрического напряжения менее чем в два вольта происходит реакция разложения воды с выделением кислорода. При этом на противоположном электроде происходит реакция с выделением чистого водорода. Достоинство нового катализатора состоит в том, что он может быть получен из широко распространенных и дешевых элементов. Кроме того, он обладает хорошими рабочими характеристиками, которые позволяют надеяться на то, что подобные каталитические системы в будущем найдут коммерческое применение. Для этого ученым необходимо увеличить мощность подобных катализаторов, "научить" их работать на обычной воде без применения дополнительных химических компонентов в качестве электролитов, а также для максимальной эффективности совместить в едином устройстве с солнечными элементами.
В такой энергетической установке избыток электричества, вырабатываемый в светлое время суток, может быть преобразован в водород и накоплен для использования в темное время суток. Эта концепция подразумевает полный цикл генерации и использования энергии малыми хозяйствами, что очень удобно и намного более эффективно, нежели централизованное получение энергии на электростанциях и дальнейшее ее распределение по электросетям.
Автор работы, Джефри Лонг (Jeffrey Long) из Калифорнийского университета в Беркли, сумел предложить кардинально новый принцип создания катализаторов для получения водорода из воды [Hemamala I. Karunadasa, Christopher J. Chang, Jeffrey R. Long, Nature, 2010, 464, 1329-1333]. Его основу составляет атом металла молибдена - распространенного металла, широко использующегося в производстве легированных сталей. В катализаторе Лонга этот атом окружен пятью лигандами - присоединенными к нему фрагментами органических молекул на основе пиридина - циклической молекулы с одним атомом азота. Изначально подобные соединения заинтересовали Лонга своими магнитными свойствами, однако на определенном этапе синтетических работ группа ученого обнаружила, что одно из синтезированных соединений обладает способностью к транспорту электронов, что является ключевой характеристикой катализаторов для получения водорода.
Протестировав свое соединение на каталитическую активность, ученые обнаружили, что соединение обладает значительной эффективностью и скоростью работы как в чистой, так и в соленой морской воде, а также существенно более устойчиво к деградации по сравнению с катализаторами на основе биологических молекул. Эта стабильность обусловлена тем, что атом молибдена связан в молекуле с 5 лигандами, которые надежно его удерживают.
Однако все представленные электрокаталитические процессы имеют ряд недостатков: низкая стабильность катализаторов во времени, высокие значения перенапряжения потенциала, низкая скорость электрокаталитического процесса, невозможность проводить каталитическую реакцию в гомогенном режиме, невозможность проводить реакцию без применения дополнительных химических компонентов в качестве электролитов (дополнительные экономические затраты). Самым основным недостатком является неоправданно высокие энергетические затраты. Поэтому все разработанные в настоящее время каталитические системы не могут использоваться как коммерческие катализаторы.
Технический результат заключается в упрощении, удешевлении процесса получения молекулярного водорода при улучшении экологичности.
Сущность изобретения заключается в том, что способ получения молекулярного водорода из воды электрохимическим методом осуществляют в присутствии катализатора, в качестве которого используют галогенид алкильную соль акридинилия, выполняющую также роль фонового электролита. Электрохимический процесс осуществляют с использованием стеклоуглеродного рабочего электрода, стеклоуглеродного вспомогательного электрода и хлорсеребряного электрода сравнения при потенциале, равном от 0 до -1,0 В.
Галогенид алкильная соль акридинилия относится к электронно-избыточным радикалам, способным к очень легкому окислению с образованием устойчивых при стандартных условиях органических водорастворимых солей (Танасейчук Б.С. Начала химии стабильных свободных радикалов, Саранск, изд-во Мордовского госуниверситета, 2011, с.8-13).
При значениях потенциала менее нуля электрохимический процесс не протекает, а выше -1,0 В - экономически неоправдан.
Способ осуществляют следующим образом. В электрохимическую ячейку объемом 10 мл, содержащую дистиллированную воду (рН=7), помещают катализатор - галогенид алкильной соли акридинилия, рабочий электрод - стеклоуглерод, вспомогательный - стеклоуглерод, электрод сравнения - хлорсеребряный (Ag/AgCl/KClaq). Накладывают потенциал, равный - 0,55 В. В ходе протекания электрохимического процесса электролиза образуется молекулярный водород.
Процесс получения молекулярного водорода в присутствии органического катализатора имеет несомненное преимущество по сравнению с известными:
1) простота технологического процесса;
2) его непрерывность, возможность наиболее полной автоматизации, отсутствие движущихся частей в электролитической ячейке;
3) возможность получения ценнейших побочных продуктов - тяжелой воды и кислорода;
4) общедоступное и неисчерпаемое сырье - вода;
5) процесс протекает при стандартной температуре и не требует дополнительно нагревания, либо охлаждения;
6) органические катализаторы очень легко утилизировать или перерабатывать;
7) использование органического катализатора позволит в несколько раз уменьшить стоимость производства особо чистого молекулярного водорода, т.к. катализатор работает при очень низких значениях потенциала и в ходе каталитического процесса выход молекулярного водорода по току 100%;
8) экологичность процесса обеспечивается участием только воды и органического катализатора, что делает этот процесс безвредным и безотходным;
9) возможность тонкой подстройки рабочего потенциала катализатора в зависимости от рН используемого раствора;
10) используемый катализатор также выполняет роль фонового электролита, что позволяет не вводить в систему дополнительные компоненты - в конечном итоге уменьшается стоимость процесса получения и существенно снижаются требования к оборудованию.
Claims (1)
- Способ получения молекулярного водорода из воды электрохимическим методом в присутствии катализатора, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют галогенид алкильную соль акридинилия, выполняющую также роль фонового электролита, при этом электрохимический процесс осуществляют с использованием стеклоуглеродного рабочего электрода, стеклоуглеродного вспомогательного электрода и хлорсеребряного электрода сравнения при потенциале, равном от 0 до -1,0 В.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011143191/05A RU2487965C2 (ru) | 2011-10-25 | 2011-10-25 | Способ получения молекулярного водорода |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011143191/05A RU2487965C2 (ru) | 2011-10-25 | 2011-10-25 | Способ получения молекулярного водорода |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011143191A RU2011143191A (ru) | 2013-04-27 |
RU2487965C2 true RU2487965C2 (ru) | 2013-07-20 |
Family
ID=48791334
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011143191/05A RU2487965C2 (ru) | 2011-10-25 | 2011-10-25 | Способ получения молекулярного водорода |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2487965C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2706117C1 (ru) * | 2019-09-03 | 2019-11-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва» | Применение материала на основе безметального электрокатализатора для получения молекулярного водорода из воды в присутствии органических солей |
RU2781376C1 (ru) * | 2021-12-22 | 2022-10-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Применение гибридного материала на основе безметального электрокатализатора для генерирования водорода из воды |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1794107A3 (ru) * | 1991-03-13 | 1993-02-07 | Гpaчeb Ebгehий Aлekceebич | Электролизер для получения смеси водорода и кислорода 2 |
RU2235151C2 (ru) * | 1998-06-26 | 2004-08-27 | Зоджен Пауэр Инк. | Способ получения водорода и устройство для его осуществления |
RU2342470C2 (ru) * | 2007-01-30 | 2008-12-27 | Игорь Николаевич Могилевский | Способ получения водорода и продуктов окисления алюминия и установка для осуществления способа |
US20100143811A1 (en) * | 2007-03-23 | 2010-06-10 | Robin Brimblecombe | Water Oxidation Catalyst |
US7909980B2 (en) * | 2004-06-11 | 2011-03-22 | Matgas 2000, A.I.E. | Process for the production of hydrogen |
-
2011
- 2011-10-25 RU RU2011143191/05A patent/RU2487965C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1794107A3 (ru) * | 1991-03-13 | 1993-02-07 | Гpaчeb Ebгehий Aлekceebич | Электролизер для получения смеси водорода и кислорода 2 |
RU2235151C2 (ru) * | 1998-06-26 | 2004-08-27 | Зоджен Пауэр Инк. | Способ получения водорода и устройство для его осуществления |
US7909980B2 (en) * | 2004-06-11 | 2011-03-22 | Matgas 2000, A.I.E. | Process for the production of hydrogen |
RU2342470C2 (ru) * | 2007-01-30 | 2008-12-27 | Игорь Николаевич Могилевский | Способ получения водорода и продуктов окисления алюминия и установка для осуществления способа |
US20100143811A1 (en) * | 2007-03-23 | 2010-06-10 | Robin Brimblecombe | Water Oxidation Catalyst |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
HEMAMALA I. KARUNADASA et al, A molecular molybdenum-oxo catalyst for generating hydrogen from water, Nature, 29.04.2010, vol.464, 1329-1333. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2706117C1 (ru) * | 2019-09-03 | 2019-11-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва» | Применение материала на основе безметального электрокатализатора для получения молекулярного водорода из воды в присутствии органических солей |
RU2781376C1 (ru) * | 2021-12-22 | 2022-10-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Применение гибридного материала на основе безметального электрокатализатора для генерирования водорода из воды |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011143191A (ru) | 2013-04-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Varanasi et al. | Biohydrogen production using microbial electrolysis cell: recent advances and future prospects | |
Martindale et al. | Bi‐functional iron‐only electrodes for efficient water splitting with enhanced stability through in situ electrochemical regeneration | |
Thorson et al. | Effect of cations on the electrochemical conversion of CO2 to CO | |
US8961774B2 (en) | Electrochemical production of butanol from carbon dioxide and water | |
CN111686736B (zh) | 一种含高活性高价态铁的NiFe-LDH/NF三维自支撑电解水析氧催化剂的制备方法 | |
Chaurasia et al. | Enhancing biohydrogen production from sugar industry wastewater using Ni, Ni–Co and Ni–Co–P electrodeposits as cathodes in microbial electrolysis cells | |
CN108191075B (zh) | 一种微生物电解池中MoS2/过渡金属/石墨烯复合析氢电极的制备方法及应用 | |
Fenwick et al. | Electrocatalytic reduction of nitrogen and carbon dioxide to chemical fuels: challenges and opportunities for a solar fuel device | |
EP2627801A2 (en) | Electrochemical process for the preparation of nitrogen fertilizers | |
CN114686917B (zh) | 一种电催化硝酸盐还原合成氨催化剂、其制备方法及用途 | |
Kamiya et al. | CO2 electrolysis in integrated artificial photosynthesis systems | |
CN108607586B (zh) | 一种镍磷化物、其制备方法及电解水制氢的方法 | |
Li et al. | How to go beyond C 1 products with electrochemical reduction of CO 2 | |
Liu et al. | Interconnected Mn-doped Ni (OH) 2 nanosheet layer for bifunctional urea oxidation and hydrogen evolution: The relation between current drop and urea concentration during the long-term operation | |
Ren et al. | Self-powered hydrogen production with improved energy efficiency via polysulfides redox | |
Liu et al. | Enhanced photocatalytic CO 2 reduction on biomineralized CdS via an electron conduit in bacteria | |
CN118374813A (zh) | 一种邻羟基化合物电催化氧化体系及其应用 | |
CN113235076B (zh) | 一种磷掺杂钝化泡沫镍的制备方法及其应用 | |
RU2487965C2 (ru) | Способ получения молекулярного водорода | |
CN111939914B (zh) | 一种利用废弃铜箔制备高活性三元金属析氧催化剂的方法 | |
CN116145193B (zh) | 一种电催化还原硝酸根为氨的铜基催化剂及其制备方法 | |
CN111111714A (zh) | 一种氟改性CoP纳米片全pH电解水催化剂的制备方法 | |
CN114657595B (zh) | 一种表面吸附酸根离子的金属硫化物电催化剂及其制备方法与应用 | |
CN110227467B (zh) | 一种三层同轴产氧电催化剂及其制备方法 | |
CN108998808B (zh) | 用于电化合成硼氢化物的催化电极的制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151026 |