TW593148B - Inorganic hydrogen compounds, separation methods, and fuel applications - Google Patents

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593148 A7 B7 五、發明説明 (1 ) 目錄 I.引 言 1. 發明 領域 2. 發明 背景 2.1 氫 2.2 氫陰離子 II·發 明概述 III.圖 式之簡單說明 IV·發 明之詳細說明 1. 氫陰 離子 1.1 軌道球半徑rn之測定 1.2 結合能 1.3 氫氫陰離子 2. 氫化 物反應器 2.1 電解池氫化物反應器 2.2 氣體電池氫化物反應器 2.3 氣體放電電池氫化物反應器 2.4 電漿炬電池氫化物反應器 3. 結合 能增高之氫化合物之純化 4 . 同位 素分離方法 5 . 結合 能增高之氫化合物之識別 6 _ 二氫 6.1 二氫氣體識別 7 . 結合 能額外增高之氫化合物 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐) 593148 A7 _______B7 _ 五、發明説明（2 ) 8·氫氫陰離子獲得劑 9 ·氫氫陰離子燃料電池 1 〇 ·氫氫陰離子電池組 11.氫氫陰離子炸藥及火箭燃料 12·其它催化劑 13.實驗 13·1氫類，二氫類及氫氫陰離子藉XPS (X光光電子 光譜）識別 13.1.1氫原子及二氫分子藉XPS識別之實驗方法 13.1.2結果與討論 13.1.3氫氫陰離子藉XPS識別之實驗方法 13.1.3.1碳電極樣本 13.1.3.2得自電解池之晶體樣本 13.1.4結果與討論 13.2氫氫化合物藉質譜術識別 13.2.1樣本收集與準備 13.2.1.1電解樣本 13.2.2.2氣體電池樣本 13.2.2·3氣體放電電池樣本 13.2.2.4電漿炬樣本 13.2.2 質譜術 13.2.3結果與討論 13.3二氫分子藉質譜術識別 13.3.1樣本收集與準備 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(21〇x 297公董) 593148 A7 B7 五、發明説明（3 13·3·1·1中空陰極電解樣本 13·3·1.2對照氫樣本 13·3·1·3得自重組器之電解氣體 13·3·1·4氣體電池樣本 13.3.2質譖術 13.3.3結果與討論 1 3 ·4氫氫化合物及二氫藉氣相層析術識別及氫氫化 合物分解之熱量計量術 13.4.1氣相層析方法 13.4.1.1對照樣本 13·4·1·2電漿炬樣本 13.4.1.3塗層陽極樣本 氣體放電電池樣本 13 .4.2絕熱卡計方法 13.4.3氫氫化合物之分解反應之焓及氣相層 析術結果與討論 13.4.3.1 焓測量結果 13.4.3.2氣相層析術結果 13.4.4 討論 13.5氫氫化合物藉XRD(X光繞射光譜術）之識別 13.5.1 實驗方法 13.5.1.1濺鍍催化劑樣本 13.5.1.2 電解池樣本 13.5.1.3 氣體電池樣本 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)
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593148 A7 B7
五、發明説明（4 13 · 5.2結果與討論 13.6氫，氫氫陰子化合物及二氫分子離子生成藉極 端紫外光譜術之識別 13.6.1實驗方法 13.6.2結果與討論 13.7氫氲化合物藉飛行時間-二次離子質講術 (TOFSIMS)之識別 13.7.1樣本收集與製備 13.7.2飛行時間-二次離子質譜術（T〇FSIMS) 1 3 . 7.3 X P S證實飛行時間-二次離子質譜術 (TOFSIMS) 13.7.4結果與討論 13.8氫氫化合物藉富立葉轉形紅外光（FTIR)光譜術 之識別 13.8.1樣本收集與製備 13.8.2冨立葉轉形紅外光（FTIR)光譜術 13.8.3結果與討論 13.9氫氫化合物藉雷蒙光譜術識別 13.9.1樣本收集與製備 13.9.2雷蒙光譜術 13.9.1 · 1鎳線樣本 13.9.1.2晶體樣本 13.9.3結果與討論 13.10氫氫化合物藉質核磁共振（NMR)光譜術識別 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（5 1 3 · 1 0 · 1樣本收集與準備 13.10.2質核磁共振（nmr)光譜術 13.10.3結果與討論 13.11氫氫化合物藉電噴霧離子化_飛行時間_質譜術 (ESITOFMS)識別 a 1 3 · 1 1 · 1樣本收集與製備 13.11.2電噴霧離子化-飛行時間-質譜術 (ESITOFMS) 13 · 11 · 3結果與討論 13.12氫氫化合物藉熱重量分析及示差熱分析 (TGA/DTA)識別 13·12·1樣本收集與製備 13.12 ·2熱重量分析（TGA)及示差熱分析（DtA) 13 · 12.3結果與討論 13.13氫氫化合物藉39Κ核磁共振（NMR)光譜術識別 13 · 13 · 1樣本收集與製備 1 3 · 1 3 .2 39Κ核磁共振（NMR)光譜術 13 · 13 · 3結果與討論 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐）
訂
線 593148 A7 B7 五、發明説明（6
LJLX k發明領域： 本發明係關於一種包含具有結合能大於約〇 · 8 eV之氫陰離 子之新穎物質組合物（後文稱”氫氫陰離子”）。新穎氫陰離子 也可與陽離子例如質子組合獲得新穎化合物。 明背景 2.1 t,
氫原子具有結合能表示為 13.6 eV (i) 結合能='、·
\P 此處p為大於1之整數，較佳2至200揭示於Mills，R·傳、统量 土學之偉大統一_理論，1996年9月版（” ’96 Mills GUT”）， BlackLight Power公司，大峽谷公司中心，賓州馬文大峽谷 公園路41號19355提供；及先前申請案PCT/US96/〇7949， PCT/US94/02219，PCT/US91/8496 及 PCT/US 90/ 1 99 8 (併 述於此以供參考）（後文稱"Mills先前公開文獻”）。原子、離 子或分子之結合能也稱作離子化能為由原子、離子或分子去 除一個電子所需能量。 具有式（1)表示之結合能之氫原子於後文稱作惠 (hyd_i.U..Q_—g..t〇m或 hvdrino)。半徑 乂之氫標示為 n[']，此
p P 處為一般氳原子半徑及P為整數。半徑叫之氩原子於後文 稱作"一般氫原子”或，，正常氫原子”。一般原子氫以結合能 為13.6 eV特徵化。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 593148 A7 __B7 五、發明説明（7 ) ^ 氫係經由一般氫原子與具有淨反應給約 m · 27.21 eV ⑺ 此處m為整數之催化劑反應形成。 此種催化釋放能量具有氫原子大小代償減少，= 。例 如Η(η=1)至Η(η=1/2)催化釋放40.8 eV，及氫半徑由#減至 。此種催化系統涉及鉀。鉀之第二離子化能為3163 eV ,及Κ+還原成Κ時釋放4.34 eV。則Κ+反應成Κ2+及Κ·反應 成Κ之組合具有淨反應焓27.28 eV，其等於方程式（2)中 m=l 〇
27.28 eV^K^K'^-H 一> K Κ' τ- Η 「、1 .P . + [(厂 + l)· — /厂 1 X ί 3.6 β V’ ^ ^ K' K K 4- 27.28 dV (3) (4) 總反應爲
[V —H 卜，1 • p - ^ί(Ρ^Ι)： - ρ2]Χ [3.6 eV (5) 4隹化過私放出之能量遠大於損失至催化劑之能量。釋放之 旎量比習知化學反應大。例如當氫氣與氧氣燃燒形成水時 • I * H：0 (I) 已知水之生成給為千焦/莫耳或1 ·48 eV/氫原子。 相反地各個（n=1)進行催化之一般氫原子釋出淨40.8 eV。 此外可旎發生進一步催化過渡反應：n==l/2 — 1/3，〜 1Μ，1M—1/5等。一旦開始催化反應，氫於稱作重之 過程進一步進行自行催化反應。此種機制類似無催 ____-10- 本紙張尺度適财_家料(0^^格(21()>< 29;^ ----^- 593148 A7 B7 五、發明説明（8 ) 化。但由於焓較佳匹配至m · 27.2 eV故氫催化比較無機離 子催化劑具有較高反應速率。 2.2氫陰離子 氫陰離子包含兩個無法區別的電子結合至質子。鹼金屬 及鹼土金屬氫化物與水激烈反應釋放出氫氣其由與水反應 之熱量點燃而於空氣中燃燒。典型金屬氫化物於遠低於母 金屬熔點之溫度加熱時分解。 II.發明概述 提供新穎化合物包含 (a) 至少一種中性、正電性或負電荷氫物種（後文稱作”結 合能增高之氫物種’’）具有結合能 (i) 大於對應一般氫物種之結合能，或 (ii) 大於對應一般氫物種而言為不穩定或未觀察得之任 何氫物種之結合能，原因為一般氫物種之結合能係小於熱 能或為負值故；及 (b) 至少一種其它元素。本發明化合物於後文稱作”結合 能增高之氫化合物”。 本文中"其它元素’，表示結合能增高之氫物種以外之元 素。如此其它元素可為一般氫物種或任何氫以外之元素。 一組化合物中，其它元素及結合能增高之氫物種為中性。 另一組化合物中，其它元素及結合能增高之氫物種帶電 荷。其它元素提供平衡電荷形成化合物。前組化合物係以 分子鍵結及共價鍵結為特徵；後組係以離子鍵結為特徵。 結合能增高之氫物種係經由一個或多個氫原子與電子， -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝
593148 五 、發明説明（9 A7 B7
氣原子，含至少一個結合能增高之氫物種之化合物及至少 一個非為結合能增高之氫物種之其 八2二 、 升匕原子、分子或離子 '^一者或多者反應生成。 本發明之一個具體例中，化合物本有一 二 口 w σ，—或多個結合能捭 鬲芡氳物種選自包括Ηη，Η-η&Η；：此處η為1至3之整數。曰 根據本發明之較佳具體例提供化合物包含至少一個結合 能增高之氫物種，選自包括⑷具有结合能大於約Ο』eV< 氫陰離子（”結合能增高之氫陰離子”或”氫氫陰離子，,）；⑺ 結合能大於13.6 eV之氫原子（”結合能增高之氫原子，，或，，氫 )，（c)含第一結合能大於約15.5 eV之氫分子（”結合能增高 之鼠刀子或一鼠），及（d)結合能大於約16.4 eV之分子^ 原子（”結合能增高之分子氫離子”或，，二氫分子離子"）。 本發明化合物具有一種或多種性質可與包含一般氫（若 一般氫化合物存在）之相同化合物區別。獨特性質包括例 如⑷獨特化學計算學；（b)獨特化學結構；（c) 一或多種不 一般化學性質例如導電率，熔點，沸點，密度及折射指 數’（d)對其它元素及化合物之獨特反應性；（e)於室溫及以 上溫度之安定性及（f)於空氣及/或水之安定性。區別含結 合能增鬲氫之化合物與一般氫化合物之方法包括：1 ·)元素 分析，2.)溶解度，3.)反應性，4.)熔點，5.)沸點，6·)蒸氣 壓呈溫度之函數，7.)折射指數，8.)X光光電子光譜術 (XPS)，9.)氣相層析術，1〇·)Χ光繞射（XRD)，11·)熱量計量 術，12.)紅外光譜術（IR)，13.)雷蒙（Raman)光譜術，14.)摩 斯鮑爾（Mossbauer)光譜術，15.)極端紫外光（EUV)發射及 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)
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k 593148
吸收光譜術，16·)紫外光（uv)發射及吸收光譜術，17)可見 光叙射及吸收光瑨術，18 )核磁共振光譜術，19 )加熱樣本 之氣相質譜術（固體探針四極及磁芯質譜術），2〇)飛行時 間-二次離子質譜術（T〇FSIMS)，21)電噴霧離子化_飛行時 間質譜術（ESIT0FMS)，22.)熱重分析（TGA)，23 )示差熱分 析（DTA)，及24.)示差掃描卡計（DSC)。 根據本發明提供氫陰離子（H·)具有結合能大於0.8 eV。提 供具有結合能約3，7，11，17，23 , 29，36，43，49，55， 61，66，69，71及72 eV之氫陰離子。也提供包含新穎氫陰 離子之組合物。 新穎氫陰離子之結合能係以下式表示： 結合能=__f + Π _ — _ ―叩〆々2 f 2- λ 1 ^ ρ _ - ：； 1卞· 1 + 1) ·; _ Ρ _ / 此處P為大於1之整數，s=1/2 ,冗為pi ,方為蒲朗克（planck) 常數bar，/Z。為真空滲透度，me為電子質量，心為還原電 子貝1 ’ a〇為波爾（B〇hr)半徑及e為基本電荷。 本發明之氫離子係經由電子與氫反應形成，換言之具有 丄 及ρ為大於1之整 ρ 子後文標示為ΗΓ(η=1/ρ)或 結合能約之氫原子，此處 數。所得氫陰離子稱作氫氫陰離 H'(l/p)： ___-13· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（u M ~ ^ H'[n^\! p) (S)a -* ,-— «η "f f (丨//；) (S)b 氣氣陰離子係於包含一般氫核及兩個電子具有結合能〇 g eV之一般氫陰離子區別。後者於後文稱作”一般氫陰離子，， 或正$氫陰離子”。氫氫陰離子包含氫核及兩個無法區別 之電子，結合能對應於式（7)。 氫氫陰離子之結合能H_(n=l/p)係呈p之函數，此處p為整 數示於表1。 表1.氫氫陰離子H_(n=l/p)呈p之函數，式（7)之代表性結 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 合能。 氫陰離子 ri 結合能b 波長 (a〇)a (ev) (nm) tT(n=l/2) 0.9330 3.047 407 Η·(η=1/3) 0.6220 6.610 188 Η'(η=1/4) 0.4665 Π.23 110 Η'(η=1/5) 0.3732 16.70 74.2 Η'(η=1/6) 0.3110 22.81 54.4 Η'(η=1/7) 0.2666 29.34 42.3 Η'(η=1/8) 0.2333 36.08 34.4 Η'(η=1/9) 0.2073 42.83 28.9 Η·(η=1/1〇) 0.1866 49.37 25.1 ΗΓ(η=1/11) 0.1696 55.49 22.3 Η·(η-1/12) 0.1555 60.97 20.3 Η·(η=1/13) 0.1435 65.62 18.9 Η'(η=1/14) 0.1333 69.21 17.9 Η·(η=1/15) 0.1244 71.53 17.3 Η*(η=1/16) 式（21)，參見下文 式（22)，參見下文 0.1166 72.38 17.1 提供新穎化合物包含一個或多個氫氫陰離子及一或多個 593148 A7 B7
五、發明説明（12 其它元素。此種化合物稱作農。 —般氫物種係以下列結合能為特徵：（勾氫陰離子〇754 eV ("—般氫陰離子"）：（b)氫原子（” 一般氫原子"）13 6 ⑷二原子氫分子15.46 eV(" —般氫分子"）；氫分子離子 16.4〜(”一般氫分子離子"）；及^扣，22 6 “（”一般三氫 分子離子，，）。此處述及氳形式”正常，，及"—般"為同義字。 根據本發明之又一較佳具體例，提供一種化合物包含至 少一種結合能增高之氫物種選自包括（a)具有結合能約 • ίτ 之氫原子，此處ρ為整數較佳2至200之整數；（b)氫陰^子 (tr)具有結合能約 r r^sis^r I) 1 + . 22 8”〇: I + ^is{s *r l) 1 l ; 1 -r yjs(s -r 1) } . P _ V - P 麵 / 此處p為整數 較佳2至200之整數’ s=l/2 ’ 7Γ為pi，方為蒲朗克常數bar， #〇為真2渗透度’ me為電子質量，#e為還原電子質量，& 為波爾半徑及e為基本電荷；（c)為H4+(1/p) ; (d)為三氫分子 離子’ H3 (1 /p) ’具有結合能約216_ 〃丨，此處P為整數，
ί ! V 此處p 較佳2至200之整數；（e)二氫具有結合能約 ί ιΫ {pj 為整數，較佳2至200之整數；（f)二氫分子離子具有結合 -15-
593148 A7 B7 五、發明説明（13 ) 約 此處p為整數，較佳2至200之整數。文中之" 約”表示結合能計算值之± 1 〇%。 本發明化合物之純度較佳大於5 0原子％。更佳化合物大 於9 0原子％純質。最佳化合物大於9 8原子％純質。 根據本發明之一個具體例其中化合物包含帶負電荷結合 能增高之氫物種，化合物又包含一或多個陽離子例如質子 或H;。 本發明化合物除結合能增高之氫物種外又包含一或多個 正常氫原子及/或正常氫分子。 化合物可具有式ΜΗ，MH2或M2H2，其中Μ為鹼金屬陽離 子及Η為結合能增高之氫陰離子或結合能增高之氫原子。 化合物可具有式ΜΗη其中η為1或2，Μ為鹼土金屬陽離 子及Η為結合能增高之氫陰離子或結合能增高之氫原子。 化合物可具有式ΜΗΧ其中Μ為鹼金屬陽離子，X為中性 原子之一如自原子，分子或帶單一負電荷之陰離子如鹵陰 離子及Η為結合能增高之氫陰離子或結合能增高之氫原 子。 化合物可具有式ΜΗΧ其中Μ為鹼土金屬陽離子，X為帶 單一負電荷之陰離子及Η為結合能增高之氫陰離子或結合 能增高之氫原子。 化合物可具有式ΜΗΧ其中Μ為鹼土金屬陽離子，X為帶 二負電荷之陰離子及Η為結合能增高之氫原子。 化合物可具有式Μ2ΗΧ其中Μ為鹼金屬陽離子，X為帶單 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 裝
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A7 B7 五、 發明説明 (14 ) 一 負 電何之 陰離子 及Η為結合能增高之氫陰離子或 結 合 能 增 高 之氫原 子。 化 合物可 具有式MHn其中η為1至5之整數，Μ為 驗 金 屬 陽 離 子及化 合物之 氫含量Ηη包含至少一個結合能增 高 之 氫 物 種 〇 化 合物可 具有式 Μ2Ηη其中η為1至4之整數，Μ為 驗 土 金 屬 陽 離子及 化合物 之氫含量Ηη包含至少一種結合能 增 高 之 氫 物 種。 化 合物可 具有式 Μ2ΧΗη其中η為1至3之整數，Μ 為 驗 土 金 屬 陽離子 ，X為 帶單一負電荷之陰離子及化合物 之 氫 含 量 Hn包含至 少一種 結合能增高之氫物種。 化 合物可 具有式 Μ2Χ2Ηη其中η為1或2，Μ為鹼土 金 屬 陽 離 子 ，X為 帶單一 負電荷之陰離子及化合物之氫含 量 礼包 含 至 少一種 結合能 增高之氫物種。 化 合物可 具有式 Μ2Χ3Η其中Μ為鹼土金屬陽離子 > X 為 帶 早 一負電 荷之陰 離子及Η為結合能增高之氫陰離 子 或 結 合 能 增高之 氫原子 0 化 合物可具有式 Μ2ΧΗη其中η為1或2，Μ為鹼土 金 屬 陽 離 子 ，X為 帶雙負 電荷之陰離子及化合物之氫含量 Ηη包 含 至 少 一種結 合能增 高之氫物種。 化 合物可 具有式 Μ2ΧΧ3Η其中Μ為鹼土金屬陽離子 X為 帶單 一負電 荷之陰 離子，X’為帶雙負電荷之陰離子及Η為 結 合 能增高 之氫陰 離子或結合能增高之氫原子。 化 合物可 具有式 ΜΜΉη其中η為1至3之整數，Μ 為 驗 土 -17- 裝 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇x 297公釐） 593148 A7 B7 五、發明説明（15 ) 金屬陽離子，ΝΓ為鹼金屬陽離子及化合物之氫含量札包 含至少一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式ΜΜ·ΧΗη其中η為1或2，Μ為鹼土金屬陽 離子，Μ'為鹼金屬陽離子，X為帶單一負電荷之陰離子及 化合物之氫含量Ηη包含至少一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式ΜΜ’ΧΗ其中Μ為鹼土金屬陽離子，ΝΓ為 鹼金屬陽離子，X為帶雙負電荷之陰離子及Η為結合能增 高之氫陰離子或結合能增高之氫原子。 化合物可具有式ΜΜ’ΧΧΉ其中Μ為鹼土金屬陽離子，Μ’ 為鹼金屬陽離子，X及X’為帶單一負電荷之陰離子及Η為 結合能增高之氫陰離子或結合能增高之氫原子。 化合物可具有式HnS其中η為1或2及化合物之氫含量Ηη& 含至少一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式ΜΧΧΉη其中η為1至5之整數，Μ為鹼金 屬或鹼土金屬陽離子，X為帶單或雙負電荷之陰離子，X， 為Si，A：l，Ni，過渡元素，内部過渡元素或稀土元素，及 化合物之氫含量Hn包含至少一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式ΜΑ1Ηη其中η為1至6之整數，Μ為鹼金 屬或驗土金屬陽離子及化合物之氫含量仏包含至少一種結 合能增高之氫物種。 化合物可具有式ΜΗη其中η為1至6之整數，Μ為過渡元 素，内部過渡元素，稀土元素或Ni及化合物之氫含量1包 含至少一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式MNiHn其中η為1至6之整數，Μ為鹼金 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） 裝
593148 A7 B7 五、發明説明（16 ) 屬陽離子，鹼土金屬陽離子，矽或鋁及化合物之氫含量Hn 包含至少一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式MXHn其中η為1至6之整數，Μ為鹼金屬 陽離子，驗土金屬陽離子，碎或銘，X為過渡元素，内部 過渡元素或稀土元素陽離子及化合物之氫含量礼包含至少 一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式ΜΧΑ1Χ^Ηη其中η為1或2，Μ為鹼金屬或 鹼土金屬陽離子，X及f為帶單一負電荷之陰離子或帶雙 負電荷之陰離子及化合物之氫含量Ηη包含至少一種結合能 增高之氫物種。 化合物可具有式TiHn其中η為1至4之整數及化合物之氫 含量Ηη包含至少一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式Α12Ηη其中η為1至4之整數及化合物 之氫含量Ηη包含至少一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式[KHmKC03]n其中m及η各自為整數及化 合物之氫含量Hm包含至少一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式[KHmKN.03]n+ nX-其中m及η各自為整 數，X為帶單一負電荷之陰離子及化合物之氫含量^^包含 至少一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式[ΚΗΚΝ03]η其中η為整數及化合物之氫含 量Η包含至少一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式[ΚΗΚΟΗ]η其中η為整數及化合物之氫含 量Η包含至少一種結合能增高之氫物種。 包含陰離子或陽離子之化合物可具有式[MHmM'X]n其中 -19 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝
593148 A7 B7 五、發明説明（17 ) m及η各自為整數，Μ及Mf各自為鹼金屬陽離子或鹼土金 屬陽離子，X為帶單一或雙負電荷之陰離子及化合物之氫 含量Hm包含至少一種結合能增高之氫物種。 包含陰離子或陽離子之化合物可具有式fMHmM’X’t nX_其 中m及η各自為整數，Μ及Μ'各自為鹼金屬陽離子或鹼土 金屬陽離子，X及f為帶單一或雙負電荷之陰離子及化合 物之氫含量Hm&含至少一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式MXSiX’Hn其中η為1或2，Μ為鹼金屬或 鹼土金屬陽離子，X及X’為帶單一負電荷之陰離子或帶雙 負電荷之陰離子及化合物之氫含量Ηη包含至少一種結合能 '增高之氫物種。 化合物可具有式MSiHn其中η為1至6之整數，Μ為鹼金屬 或驗土金屬陽離子及化合物之氫含量！^包含至少一種結合 能增高之氫物種。 化合物可具有式SinH4n其中η為整數及化合物之氫含量 Η4η包含至少一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式SinH3n其中η為整數及化合物之氫含量 Η3η包含至少一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式SinH3nOm其中η及m各自為整數及化合物 之氫含量H3n包含至少一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式SixH4x_2yOy其中X及y各自為整數及化合 物之氫含量H4x_2y包含至少一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式SixH4xOy其中X及y各自為整數及化合物 之氫含量H4x包含至少一種結合能增高之氫物種。 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝
線 593148 A7 B7 五、發明説明（18 ) 化合物可具有式SinH4n · H2〇其中η為整數及化合物之氫 含量Η4η包含至少一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式SinH2n+2其中η為整數及化合物之氫含量 Η2η+2包含至少一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式SixH2x+2〇y其中X及y各自為整數及化合 物之氫含量H2x+2包含至少一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式SinH4n_20其中η為整數及化合物之氫含 量Η4η_2包含至少一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式MSi4nH1GnOn其中η為整數，Μ為鹼金屬 或鹼土金屬陽離子及化合物之氫含量&化包含至少一種結 合能增高之氫物種。 化合物可具有式MSi4nH1()nOn+1其中η為整數，Μ為鹼金屬 或驗土金屬陽離子及化合物之氫含量^⑼包含至少一種結 合能增高之氫物種。 化合物可具有式MqSinHmOp其中q，n，m及ρ為整數，Μ 為鹼金屬或鹼土金屬陽離子及化合物之氫含量Hm包含至少 一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式MqSinHm其中q，n及m為整數，Μ為鹼 金屬或鹼土金屬陽離子及化合物之氫含量Hm包含至少一種 結合能增高之氫物種。 化合物可具有式SinHmOp其中η，m及ρ為整數及化合物 之氫含量Hm包含至少一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式SinHm其中η及m為整數及化合物之氫含 量Hm包含至少一種結合能增高之氫物種。 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 裝
線 593148 A7 B7 五、發明説明（19 ) 化合物可具有式MSiHn其中η為1至8之整數，Μ為鹼金屬 或鹼土金屬陽離子及化合物之氫含量札包含至少一種結合 能增高之氫物種。 化合物可具有式Si2Hn其中η為1至8之整數及化合物之氫 含量Ηη包含至少一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式SiHn其中η為1至8之整數及化合物之氫 含量Ηη包含至少一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式Si02Hn其中η為1至6之整數及化合物之 氫含量Ηη包含至少一種結合能增高之氫物種。 化合物可具有式MSi02Hn其中η為1至6之整數，Μ為鹼 金屬或驗土金屬陽離子及化合物之氫含量Ηη包含至少一種 結合能增高之氫物種。 化合物可具有式MSi2Hn其中η為1至14之整數，Μ為鹼金 屬或驗土金屬陽離子及化合物之氫含量仏包含至少一種結 合能增高之氫物種。 化合物可具有式M2SiHn其中η為1至8之整數，Μ為鹼金 屬或鹼土金屬陽離子及化合物之氫含量仏包含至少一種結 合能增高之氫物種。 ΜΗΧ，Μ2ΗΧ，Μ2ΧΗη，Μ2Χ2Ηη，Μ2Χ3Η，Μ2ΧΧΉ， ΜΜ·ΧΗη，ΜΜ’ΧΧΉ，ΜΧΧΉη，ΜΧΑ1ΧΉη*，帶單一負電 荷之陰離子可為函陰離子，氫氧陰離子，碳酸氫根陰離子 或硝酸根陰離子。 ΜΗΧ，Μ2ΧΗη，Μ2ΧΧΉ，ΜΜ，ΧΗ，ΜΧΧΉη，ΜΧΑ1ΧΉη 中，帶雙負電荷之陰離子可為碳酸根陰離子，氧陰離子或 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐） 裝 訂
線 593148 A7 ___ B7 五、發明説明（20 ) 硫酸根陰離子。 MXSiXfHn，MSiHn，SinH4n，SinH3n,SinH3n〇m,SixHh_ 2yOy ^ SixH4xOy ^ SinH4n ·Η2〇 , SinH2n+2 ^ SixH2x+2〇y ^ SinH4n. 20 ^ MSi4nH10nOn » MSi4nH10n〇n+i , MqSinHmOp ^ MqSinHm »
SinHmOp，SinHm，MSiHn，Si2Hn，SiHn，Si02Hn，MSi02Hn， MSLHn，MzSiHn中觀察之特徵如化學計算學，熱安定性及 /或反應性如與氧之反應性係與對應_般化合物不同，其 中氫含量僅為一般氫Η。獨特觀察得之特徵係與氫物種之 結合能增高有關。 化合物之應用包括用於電池組，燃料電池，切削材料， 輕重量高強度結構材料及合成纖維，熱離子產生器陽極， 發光化合物，防蝕塗層，耐熱塗層，照明用磷，光學塗 層’濾光鏡，極端紫外光雷射介質，光纖電纜，磁鐵及磁 性黾知儲存媒體，及蚀刻劑，阻罩劑，半導體製造之捧雜 劑，燃料，炸藥及推進劑。結合能增高之氫化合物可用於 化子合成加工方法及精練方法。結合能增高之氫離子可用 作高壓電解池之電解質之陰離子。結合能增高之氫物種選 擇性用於與特定同位素形成鍵結提供純化所需元素同位素 之手段。 根據本發明之另一態樣，二氫係經由質子與氫氫陰離子 反應’或經由氫氫陰離子之熱分解，或經由結合能增高之 氫化合物之熱或化學分解生產。 提供一種製備包含至少一種結合能增高之氫陰離子之化 合物之方法。此種化合物於後文稱作”氫氫化合物，，。該方 __ -23- 本紙張尺度適用中_家標準(CNS) Α4規格(21GX297公寶) -------------- 593148 A7 B7 五、發明説明（21 ) 法包含原子氫與具有淨反應熱焓約^ · 27 eV之催化劑反 應，此處m為大於1之整數較佳小於400之整數而生產結合 能增高之氫原子具有結合能約 Π.6 eV ，此處p為整數
7TT S — .Ip) 較佳2至200之整數。結合能增高之氫原子與電子反應生產 結合能增高之氫陰離子。結合能增高之氫陰離子與一或多 種陽離子反應生產包含至少一種結合能增高之氫陰離子之 化合物。 本發明亦係關於一種生產本發明之結合能增高之氫化合 物如氫氫化合物之反應器。此種反應器於後文稱為π氫氫 反應器π。氫氫反應器包含製造氫及電子源之電池。反應 器生產具有式（7)結合能之氫陰離子。製造氫之電池為電解 池，氣體電池，氣體放電電池或電漿炬電池（舉例）形式。 各該電池包含：原子氫來源；製造氫之固體、熔融、液體 或氣態催化劑中之至少一者；及氫與製造氫之催化劑反應 用容器。如此處使用且為本發明含括”氫π —詞除非另行規 定否則不僅包含質子陽離子（4)也包含氘陽離子及氚陽離 子。來自電子來源之電子接觸氫及反應形成氫氫陰離子。 此處稱作”氫氫反應器π之反應器不僅可生產氫氫陰離子 及化合物同時也可生產其它本發明之結合能增高之氫化合 物。因此”氫氫反應器”須瞭解僅受生成之結合能增高之氫 化合物性質所限。 電解池中，氫被還原（亦即獲得電子）生成氫氫陰離子， 還原係經由接觸下列任一者：1.)陰極，2.)構成電池之還 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐） 裝 玎
五、發明説明（22 ) 原劑，3.)任何反應器組件
卞4 4·)見池操作 < 外部還原添丨k + 即由外部來源添加至電、、也之省釭斗，s ^ ^，i(5F 入士 ” ⑽垧耗式返原劑）（2.-4.項於後文 合成虱返原劑”）。氣體電 又 氯陰離子。氣體放電電池中J…原劑這原成氫 電漿電子還原或3)接觸接觸陰極…藉 將 A ^原剑被還原成氫氫陰離子。電 水炬电池中氳藉1.)藉電漿雷 B 、 ^ m u ^ ^ 、 遂原或2 ·)接觸氫還原劑被 遂原成氮鼠陰離子。一彳 ^+ 個具髌例中，包含氫氫陰離子還原 劑（電子來源僅於氫原子存在下有效。 原 根據本發明之一個能揭， 陽離子B A 係由氫氮陰離子及 呀離于形成〇電解電池中，陽齙 ^ ^險離子可為電池陰極或陽極材 料之氧化物種’添加還原南丨 ^ , ^ ? ^ ^離子或電解質陽離子（如 構成催化劑之陽離子）。兩叙肪、 、 两哪卞）私解^足陽離子可為催化劑之陽 離子。氣體電池中陽離子為電池材料之氧化物種，包本分 子麟離材料其可產生原子氫之陽離子，包含添加還原劑 《陽離子’或存在於電池之陽離子（例如構成催化劑之陽 離子）。放電電池中，陽離子可為陽極或陰極材料之氧化 物種’、添加還原劑之陽離子’或存在於電池之陽離子（例 如構成催化劑之陽離子）。電漿炬電池中陽離子可為電池 =料< 氧化物種’添加還原劑之陽離子，或存在於電池之 陽離子（例如構成催化劑之陽離子）。 ^疋供電池組包含陰極及含氧化劑之陰極室；帛極及含 還原劑之陽極腔室’鹽橋完成陽極與陰極腔室間之電路。 結合能增高之氫化合物可作4電池組陰極半反應之氧化 劑。氧化劑可為結合能增高之氫化合物。陽離子ΜΠ +(此處 593148 五、發明説明（23 η為整數）結合至氫氫陰 、 人於很★人气— 文汽、離子或原子Μ(η•丨）.、4 口此低於風氫陰離子 〔丄)〜^ΤΜ )<結 又…口 U可作為氧化劑。另外 可對特定陽離子選擇氫氫子 子氧化。如此氧化劑Μη+Η·[Γ]~八文以陰離子不被陽離 Η ^人包含陽離子Μη+，此處 整數及氫氫陰離子Η·^ ,此 、ρ 處ρ為大於1之整數，其經選 擇使其結合能大於Μ(η-υ+之处人Ab 气与办人心 口月匕。經由選擇穩定陽離子 虱虱化“勿，提供電池组氧化劑 劑之陽離子及陰離子之結合能決定/…位係由-化 電池組氧化劑例如為結合能增高之氫化合物包含二氫分 裝 :離子結合至氫氫陰離子，故經還原二氫分子離子 虱分子 H； 2c V2a〇 <結合能低於氳氫陰離子Η·(1/ρ，）之 結合能。其中一種氧化劑為化合物扣处，L π」 處二氫分子離子之ρ為2及氫氫陰離子之？，為l3，ΐ4，ΐ5， 16，17，18 或 19。另外，於 He2+(H-(1/p))^Fe4+(H_(i/p))4^1 1 " ^ Λ —為 He+及 Fe3 +之結合 V2a〇 訂 線 之例，氫氫陰離子之ρ為II至20，原因為He+&Fe3 +之為 月匕为別為54.4 eV及54.8 eV。如此於He2+(HT(l/p))2之例， 離子經選擇而具有比H e Γ 5 4 4 θ λ/、击#： αλ» 人μ。 氫 陰離子經選擇而具有比He+(54.4 eV)更高的結合能。於 Fe4 (Η·(1/ρ))4之例，氫陰離子經選擇而具有比Fe3 + (54.8 eV) 更高的結合能。 於電池組之一個具體例中，氫氫陰離子經由從陰極腔室 -26 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） A7
通過鹽橋遷移至陽極腔吉 η丄&至而於電池組工 鹽橋包含陰離子導電膜及/或陰離子導-、二成电路。 離子導電膜及/或陰離子導俨 "。橋例如包含陰 且鹽橋可由沸石，硼化鑭萃 兀素（例如ΜΒό此處M為鑭手 鋼系 ΜΒ6此處μ為鹼土金屬&甘 鱼屬硼化物（如 選擇用作陰離子導體。 大i J故 "電=選擇性變成可再充電。根據蓄電池組之一個且r 極腔堇含有還原氧化劑及陽極腔室含有氧化還原 :;了電：：又包含離子如氯氯陰離子遷移而.完成電路: 了許可電池組再充電，舍本杜人处丄、 劑必須由施加適當電壓至# :::二風化合物之氧化 L , 私&至私池組產生而獲得所需氧化劑。 代n表彳fif適當電壓為約1伏特至約1〇〇伏特。氧化劑 Μ Η ^包含於所f電壓形成的所需陽離子，經選擇使由 M(n_1)+此處n為整g形成陽離 於氫氫陰離子Η·^|之結合能 子Μη+之第η離子化能ΙΡη係低 ’此處ρ為大於1之整數。 、經還原之氧化劑例如為鐵金屬，及具有氫氫陰離子來源 之經氧化之還原劑可為例如氫氫化鉀（Κ+Η.(ι/ρ))。施加適 當電壓氧化經還原之氧化劑（Fe)至所需氧化態（Fe4+)形成氧 化剑（Fe (H (1/p))4此處氫氫陰離子之P為11至20之整 =)。施加適當電壓也還原經氧化之還原劑（κ+)至所需氧化 怨（Κ)而形成還原劑（鉀金屬）。氫氫陰離子經由陽極腔室 通過鹽橋遷移至陰極腔室而完成電路。 電池組之具體例中，陰極腔室係作為陰極用。 593148 五 、發明説明（25 才疋供氫氫陰離子之結合能辦 合成所需物質組合物。"& ^ =虱化&物可用於藉電解 電解質之陰離子。所需：：：離子可作為高電壓電解池之 及矽烷類可使用電解透（Zinti)相梦化物類 分解。氫氫陰離子結合^ + = ^貝或電解溶液未 -般物種。電池於所；：=電：操作過程形成之任何 兒壓知作’其形成戶斤堂· g土 \ 解氫氫陰離子。於所兩甚私成所而屋物而未分 例，氫氫陰離子之取：擇:^ 、，二選擇使其結合能大於Μ(η·υ+之結 =成：::二*形成的所需陽離子可經選擇而使由_ 氫:::::歡!整:广離子化能一 、。口此。另外，氫氫陰離子可對所需 陽料選擇使其不被陽離子氧化。例如於He2%W之 ^虱氫陰離子之P可為11至2〇，原因為He+及FJ+之結合 能分別為54.4…及54.8…故。如此於所需化合物He; (i/p))k例，氫陰離子經選擇而具有比He+(544 π)更古之 結合能。於所需化合_e4+(H.(1/p))4之W，氣陰離子:選 擇Ϊ 2糾3+ (54·8 Μ之結合能。氫氫陰離子經選擇而 使電解質於工作生產所需產物期間不會分解。 本發明之燃料電池包含氧化劑來源，含於與氧化劑來源 錢之陰極腔室之陰極，陽極腔室之陽極及完成陰極腔室 與陽極，室間之電路之鹽橋。氧化劑可為得自氧化劑來源 之氫。氫反應形成氫氫陰離子作為陰極半反應。結合能增 高之氫化合物可提供氫。氫可藉熱或化學方法分解結合能 本紙張尺度適用中國國豕標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（26 ) 增高之氫化合物而由氧化劑來源供給陰極。另外氧化劑來 源可為本發明之電解池，氣體電池，氣體放電電池或電漿 炬電池氫氫反應器。燃料電池之替代氧化劑包含結合能增 高之氫化合物。例如陽離子Mn+(此處η為整數）結合至氫氫 障、離子故陽離子或原子Μ(η·1)+之結合能低於氫氫障夢子Η_ ίΟ Γ 0 之結合能可作為氧化劑。氧化劑來源如Μη+Η乂3可為 本發明之電解池，氣體電池，氣體放電電池或電漿炬電池 氮氮反應器。 燃料電池之具體例中，陰極腔室作為陰極用。 根據本發明之另一具體例，提供燃料包含至少一種結合 能增高之氫化合物。 根據本發明之另一態樣，能量係由下列反應物之至少一 者進行熱分解或化學反應釋放：（1)結合能增高之氫化合 物；（2)氫；或（3)二氫。分解或化學反應產生下列至少一 者：（a)具有與反應物不同化學計算學之結合能增高之氫化 合物，（b)具有相同化學計算學之結合能增高之氫化合物， 包含一種或多種結合能增高物種其具有比反應物對應物種 更高的結合能，（c)氫，（d)具有比反應物二氫更高之結合 能之二氫或（e)具有比反應物氫更高之結合能之氫。作為反 應物及產物之結合能增高之氫化合物範例包括實驗乙節及 額外結合能增高化合物乙節列舉者。 本發明之另一具體例為含氫陰離子具結合能約0.65 eV之 結合能增高之氫化合物。 本發明之另一具體例為提供生產含結合能約0.65 eV之氫 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝
線 593148 A7 B7 五、發明説明（27 ) 陰離子之化合物之方法。該方法包含供給結合能增高之氫 原子及結合能增高之氫原子與第一還原劑反應，因而形成 至少一種具有結合能大於0.8 eV之穩定氫陰離子及至少一 種非反應性原子氫。該方法又包含收集非反應性原子氫及 非反應性原子氫與第二還原劑反應，因而形成穩定氫陰離 子包含結合能約0.65 eV之氫陰離子。第一還原劑具有高工 作功能或與非反應性氫反應之正自由能。第一還原劑可為 驗金屬或驗土金屬以外之金屬例如鎢。第二還原劑包含電 漿或驗金屬或驗土金屬。 本發明之另一具體例為爆發釋放能量方法。含氫陰離子 具有結合能約0.65 eV之結合能增高之氫化合物與質子反應 形成具有第一結合能約8,928 eV之分子氫。質子可由酸或 超酸供給。酸或超酸包含例如HF，HC1，H2S04，HN〇3， HF與SbF5之反應產物，HC1與A12C16之反應產物，H2S03F 與SbF5之反應產物，H2S04與S02之反應產物及其組合。酸 或超酸質子之反應可經由快速混合氫陰離子或氫陰離子化 合物與酸或超酸引發。快速混合例如可經由習知氫陰離子 或氫陰離子化合物與酸或超酸爆炸近端之爆震達成。 本發明之另一具體例為爆炸釋放能量之方法，包含熱分 解結合能增高之氫化合物含有結合能約0.65 eV之氫陰離 子。化合物分解產生具有第一結合能約8,928 eV之氫分 子。熱分解例如可經由習知氫陰離子化合物爆炸近端之爆 震達成。熱分解也可經由撞擊加熱氫陰離子化合物達成。 撞擊加熱例如可經由碰撞前端有氫陰離子化合物之射出器 -30- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 裝 玎
線 二练件可於衝撞時導致爆震。 製造與起始：：：：口、t,另一種應用係作為摻雜劑用於 如起始物料可為為佳較南電壓《熱離子陰極。例 佳具體例中，二陰極之較 植入、外延m j 金屬可藉離子 熱離子陰極真二沉積接雜氨氯陰離子形成優異 經選擇而浐徂 卩虱虱陰離子（H (n=1/P)此處p為整數）可 ^ 疋’、所需性質例如摻雜後之電壓。 導二化合物之另""種應用係作為製造掺雜半 ，料改變之頻帶間隙。例如起始物料可為 1 鱗般Π導體或—般接雜劑例如'，錯，嫁，銦： 換二： 銘’ 111族元素，1Μ元素或V族元素。 險離子二：較佳具體例中，摻雜劑或摻雜劑成分為氫氳 積入、外延晶膜增_ 子⑽w Λ 摻雜半導體。特定Ρ氫氫陰離 = ::ΡΓ處ρ為整數)可選擇而於摻雜後具有所需性 貝例如頻帶間隙。 八it素刀離万法包含元素或含有含所需元素之同位辛混 合=物與短缺量之結合能增高之氯物種反應之步：： 主:來成::二月匕係與所需元素之同位素有關。如此反應 :要开山所需元素之新穎化合物，其富含所需 ::一種結合能增高之氫物種。或，反應主要形成含戶斤需 兀素之新穎化合物其富含非所需同位素及至少一種 593148
7 7 A B 五、發明説明（29 增高之氫物種。包含至少一種結合能增高之氫物種及富含 所需同位素元素之化合物經純化。此乃獲得富含元素同位 素之方法。或，包含至少一種結合能增高之氫物種及非所 需同位素富含元素之化合物被去除而獲得所需富含元素同 位素。 一種分離元素同位素之方法包含： 結合能增高之氫物種與相對於結合能增高之氫物種包 含莫耳過量所需同位素之元素同位素混合物反應生成富含 所需同位素之化合物，及 純化富含所需同位素之化合物。 一種分離存在於一種或多種化合物之元素同位素之方法 包含： 結合能增高之氫物種與包含同位素混合物之化合物 (其包含相對於結合能增高之氫物種為莫耳過量之所需同 位素）反應生成富含所需同位素之化合物，及 純化該富含所需同位素之化合物。 一種分離元素同位素之方法包含： 結合能增高之氫物種與包含相對於結合能增高之氫物 種為莫耳過量之非所需同位素之元素同位素混合物反應生 成富含非所需同位素之化合物，及 去除富含非所需同位素之化合物。 一種分離存在於一種或多種化合物之元素同位素之方法 包含： 結合能增高之氫物種與包含同位素混合物（其包含相 -32 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝 訂 線 593148 A7 B7 五、發明説明（30 ) 對於結合能增高之氫物種為莫耳過量之非所需同位素）則 化合物反應生成富含非所需同位素之化合物，及 去除富含非所需同位素之化合物。 分離同位素方法之具體例中，結合能增高之氫物種為氫 氫陰離子。 本發明之其它目的、特點及特性以及操作方法及相關元 素功能當參照附圖考慮下文說明及隨附之申請專利範圍將 顯然易明，全部皆構成本說明書之一部分，其中類似之參 考編號指示各圖中之對應部件。 III.圖式之簡單說明_ 圖1為根據本發明之氫化物反應器之示意圖； 圖2為根據本發明之電解池氫化物反應器之示意圖； 圖3為根據本發明之氣體電池氫化物反應器之示意圖； 圖4為根據本發明之實驗性氣體電池氫化物反應器之示 意圖； 圖5為根據本發明之氣體放電電池氫化物反應器之示意 圖； 圖6為根據本發明之實驗性氣體放電電池氫化物反應器 之示意圖； 圖7為根據本發明之電漿炬電池氫化物反應器之示意 圖； 圖8為根據本發明之另一電漿炬電池氫化物反應器之示 意圖； 圖9為根據本發明之燃料電池之示意圖； -33- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 裝 訂
線 593148 A7 B7 五、發明説明（31 ) 圖9 A為根據本發明之電池組之示意圖； 圖10為對照玻璃碳棒之X光光電子光譜（XPS)之0至1200 eV結合能區； 圖11為於0.57M碳酸鉀電解質（樣本1號）電解後之玻璃碳 棒陰極之研究光譜，附有識別一次元素； 圖1 2為於0.57M碳酸鉀電解質（樣本1號）電解後玻璃碳棒 陰極之低結合能範圍（0-285 eV); 圖1 3為0.57M碳酸鉀電解質（樣本1號）電解後玻璃碳棒陰 極之X光光電子光譜（XPS)之55至70 eV結合能區； 圖1 4為0.57M碳酸鉀電解質（樣本2號）電解後玻璃碳棒陰 極之X光光電子光譜（XPS)之0至70 eV結合能區； 圖1 5為0.5 7M碳酸鉀電解質電解及儲存三個月後（樣本3 號）電解後玻璃碳棒陰極之X光光電子光譜（XPS)之0至70 eV結合能區； 圖1 6為過濾得自碳酸鉀電解池之電解質製備之晶體之研 究光譜，其產生結合能增高之氫化合物（樣本4號）形成焓 6.3 X 108焦耳附有識別之一次元素； 圖1 7為經由過濾得自碳酸鉀電解池之電解質，其產生結 合能增高之氫化合物生成焓6.3 X 108焦耳（樣本4號）製備之 晶體之高解析度X光光電電子光譜（XPS)之0至75 eV結合能 區， 圖1 8為晶體之研冗光譜，該晶體係經由酸化得自碳酸钟 電解池之電解質，其產生結合能增高之氫化合物之生成焓 6.3 X 108焦耳，及濃縮酸化溶液至於室溫放置時形成晶體 -34- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 裝
線 593148 A7 _ B7 五、發明説明（32 ) ~^ ^ (樣本5號）附有識別一次產物； 圖19為晶體之向解析度X光光電子光譜（xps)之〇至75 eV結合能區，該晶體之製法係經由酸化得自碳酸_電解池 之電解質’其產生結合也增南之氣化合物之生成給 1〇8焦耳，及濃縮酸化溶液至於室溫放置時形成晶體為止 (樣本5號）； 圖2 0為晶體之研究光譜，該晶體係經由濃縮藉司馬克公 司操作之礙酸_電解池之電解質至恰生成沉殿（樣本6號） 且附有識別一次元素； 圖21為晶體之高解析度X光光電子光譜（xps)之〇至75 eV結合能區，該晶體之製法係經由濃縮司馬克公司操作之 碳酸鉀電解池之電解質至恰生成沉澱為止（樣本6號）附有 識別一次元素； 圖22為樣本4號，樣本5號，樣本6號及樣本7號之高解 析度X光光電子光譜（XPS)之0至75 eV結合能區之重疊； 圖2 3為以由底至頂樣本8號，樣本9號及樣本9 A號順序 疊置高解析度X光光電子光譜（XPS)之0至75 eV結合能區； 圖24為蒸氣之質譜（m/e=0-110)，該蒸氣係得自碳酸鉀電 解池氫氫反應器之電解質之晶體，該反應器調整為1 Μ硝 酸鋰且以硝酸酸化（電解池樣本3號），樣本加熱器溫度為 200°C ； 圖25A為得自由碳酸鉀電解池氫氫反應器之電解質過濾 所得晶體（電解池樣本4號）之蒸氣之質譜（m/e=0-l 1〇)，樣 本加熱器溫度為185°C ; -35- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
訂
線 593148 A7 Γ---- --- Β7 五、發明説明（33 ) 圖25Β為得自由碳酸鉀電解池氫氫反應器之電解質過濾 所得晶體（電解池樣本4號）之蒸氣之質譜（m/e = 〇] 1〇),樣 本加熱器溫度為225°C ; 圖25C為得自由碳酸鉀電解池氫氫反應器之電解質過濾 所得晶體（電解池樣本4號）之蒸氣之質譜（m/e=〇_2〇〇)，樣 本加為斋溫度為234C ’具有對主要成分氫氫陰離子碎燒 化合物之指定及矽烷片段峰； 圖25D為得自由碳酸鉀電解池氫氫反應器之電解質過濾 所ί于晶體（電解池樣本4號）之蒸氣之質譜（m/e=0-200)，樣 本加熱器溫度為249°C，具有對主要成分氫氫陰離子矽烷 及矽氧烷化合物之指定及矽烷片段峰； 圖26A為得自黃白晶體之蒸氣之質譜（m/e=〇-110)，該晶 體係經由司馬克公司操作之碳酸钟電解池之酸化電解質結 晶皿外緣形成，產生結合能增高之氫化合物之形成焓1.6 x 1〇9焦耳（電解池樣本5號），樣本加熱器溫度為220°C ; 圖26B為得自黃白晶體之蒸氣之質譜（m/e=〇-l 1〇)，該晶 體係經由司馬克公司操作之碳酸鉀電解池之酸化電解質結 晶皿外緣形成，產生結合能增高之氫化合物之形成給1.6 X 1〇9焦耳（電解池樣本5號），樣本加熱器溫度為2 7 5 °C ; 圖26C為得自黃白晶體之蒸氣之質譜（m/e=0-l 10)，該晶 體係經由司馬克公司操作之碳酸鉀電解池之酸化電解質結 晶皿外緣形成，產生結合能增高之氫化合物之形成焓1.6 X 1〇9焦耳（電解池樣本5號），樣本加熱器溫度為212°C ; 圖26D為得自黃白晶體之蒸氣之質譜（m/e=0-200)，該晶 -36- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 593148 A7 _____B7 五、發明説明（34 ) 骨豆係經由司馬克公司操作之碳酸_電解池之酸化電解質結 晶皿外緣形成，產生結合能增高之氫化合物之形成焓1.6 X 109焦耳（電解池樣本6號），樣本加熱器溫度為147它，附有 指定主要成分氫氫陰離子矽烷化合物及矽烷片段峰； 圖27為得自低溫泵送晶體之蒸氣之質譜（m/e=〇-11〇),該 晶體係由包含碘化鉀催化劑，不銹鋼纖維引線及鎢纖維之 氣體電池氫氫反應器之40 °C蓋分離而得（氣體電池樣本1 號）’樣本由90 °C動態加熱至120 °C，掃描係於質量範圍 m/e=75-100 獲得； 圖28八為圖27所示樣本之質譜（111/^〇_11〇)，隨後重複掃 描，各次掃描總時間為7 5秒； 圖28B為圖2 7所示樣本4分鐘後掃描之質譜 110)，樣本溫度200°C ; 圖29為得自低溫泵送晶體之蒸氣之質譜（in/e=〇-11〇)，係 由包含琪化卸催化劑，不銹鋼纖維引線及鎢纖維之氣體電 池氫氫反應器之40°C蓋分離得（氣體電池樣本2號），樣本 溫度225°C ; 圖30A為由氣體電池氫氫反應器頂部之暗色帶製備之晶 體所得蒸氣之質譜（m/e=〇_200)，該反應器包含碘化鉀催化 劑’不銹鋼纖維引線及鎢纖維（氣體電池樣本3 A號），樣 本加熱器溫度為253°C，附有指定主要成分氫氫陰離子矽烷 化合物及矽烷片段峰； 圖30B為由氣體電池氫氫反應器頂部之暗色帶製備之晶 體所得蒸氣之質譜（m/e=0-200)，該反應器包含碘化钟催化 -37- 本紙張尺度適财@國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公董)麵 --------— 593148 A7 B7 五、發明説明（35 ) 劑，不銹鋼纖維引線及鎢纖維（氣體電池樣本3 B號），樣 本加熱器溫度為2 1 6 °C，附有指定主要成分氫氫陰離子矽 烷及矽氧烷化合物及矽烷片段峰； 圖3 1為恰於圖30A及30B所示光譜後方所得得自純碘晶 體蒸氣之質譜（m/e = 0-200); 圖3 2為得自晶體之蒸氣之質譜（m/e=0-110)，該晶體係得 自包含破化钟催化劑，不務鋼纖維引線及嫣纖維之氣體電 池氫氫反應器本體（氣體電池樣本4號），樣本加熱器溫度 為 226〇C ; 圖3 3為由包含碘化鉀催化劑，不銹鋼纖維引線及鎢纖維 之氣體電池氫氫反應器（氣體電池樣本4號）製備之結晶晶 體之高解析度X光光電子光譜（XPS)之0至75 eV結合能區， 對應於圖3 2所示質譜； 圖34A為由包含碘化铷催化劑，不銹鋼纖維引線及鎢纖 維之氣體電池氫氫反應器（氣體電池樣本5號）之40°C蓋分 離之低溫泵送晶體蒸氣之質譜（m/e = 0-110)，樣本溫度為 205〇C ； 圖3 4B為由包含碘化铷催化劑，不銹鋼纖維引線及鎢纖 維之氣體電池氫氫反應器（氣體電池樣本5號）之40°C蓋分 離之低溫泵送晶體蒸氣之質譜（m/e = 0-200)，樣本溫度為 205 °C，指定主要成分氫氫陰離子矽烷及矽氧烷化合物及 矽烷片段； 圖34C為由包含碘化釦催化劑，不銹鋼纖維引線及鎢纖 維之氣體電池氫氫反應器（氣體電池樣本5號）之40°C蓋分 -38- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝 訂
線 593148 A7 _______ B7 五、發明説明（36 ) 離之低溫泵送晶體蒸氣之質譜（m/e = 〇-2〇〇)，樣本溫度235 °C ’指定主要成分氫氫陰離子矽烷及矽氧烷化合物及矽烷 片段； 圖3 5為由包含碘化鉀及鎳電極之氣體放電電池之氫氫反 應务所得晶體蒸氣之質譜1〇)，樣本加熱器溫度 225〇C ； 圖3 6為得自電漿炬電池氫氫反應器之晶體之蒸氣之質譜 (m/e=0-110)，樣本加熱器溫度25〇°c，指定主要成分鋁氫 氫化合物及片段峰； 圖3 7為記錄得自電解池，氣體電池，氣體放電電池及電 漿炬電池氫氫反應器之晶體之質譜後所得氫（m/e=2及 m/e=l)，水（m/e=18，m/e=2 及 m/e=l)，二氧化碳（111/6=44 及 m/e-12)及煙片段CH;(m/e=l5)及碳（m/e=l2)之質譜呈時間 之函數； 圖3 8為得自質譜儀線上碳酸鉀電解池之鎳管陰極之氣體 之質譜（m/e=0-50); 圖3 9為包含得自碳酸鉀電解池之非可重組氣體之MI丁樣 本之質譜（m/e = 0-50); 圖4 0為氫催化期間輸出功率相對於時間及於含經加熱麵 纖維及由纖維加熱之石英舟孤内之硝酸卸粉末之卡維特 (Calvet)電池中氦之反應； 圖41A為得自賓州大學卡維特電池之氣體之質譜（m/e=〇_ 5 0)該氣體係於氫催化後收集於抽真空之不銹鋼樣本瓶· 圖4 1B為得自賓州大學卡維特電池之氣體之質譜⑽ -39-
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5 0)孩氣體係於氫催化後於低樣本壓力收集於抽真命、 銹鋼樣本瓶； 、二之不 圖42A為得自賓州大學卡維特電池之氣體之質譜（m/e吲 200)孩氣體係於氫催化後收集於抽真空之不銹鋼樣本瓶· 圖4 3為使用絕熱卡計測量氫氫化合物分解產物之焓之結 果，該卡計附有原始鎳線及得自碳酸鈉電解池及碳酸鉀^ 解池之陰極，其產生結合能增高之氫化合物生成焓為6 3 X 1〇8焦耳； * 圖44為當樣本加熱至400°C時由電漿炬歧管收集得樣本 釋放出氣體之氣相層析分析（60米柱）； 圖45為鬲純度氫之氣相層析分析（6〇米柱）； 圖4 6為由碳酸鉀電解池於真空容器加熱，得自鎳線陰極 熱分解之氣體之氣相層析分析（6 〇米柱）； 圖4 7為以催化劑碘化鉀進行氫放電氣體之氣相層析分析 (6 0米柱），此處反應氣體流經1 〇〇%氧化銅重組器及藉線 上氣相層析儀採樣， 圖4 8為氫流經離子氫濺鍍催化劑材料前之X光繞射（XRD) 資料：40%重量比硝酸鉀於格拉箔（Grafoil)含5%重量比1% 銷/石墨碳； 圖4 9為氫流經離子氫濺鍍催化劑材料前之X光繞射（XRD) 資料·· 40%重量比硝酸鉀於格拉箔（Grafoil)含5%重量比1% 銷/石墨碳； 圖5 0為得自碳酸鉀電解池氫氫反應器（樣本1 A號）之儲 存鎳陰極之晶體之X光繞射（XRD)圖樣； -40-本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 593148 A7 B7 五、發明説明（38 ) 圖5 1為得自司馬克公司操作之碳酸鉀電解池之電解質濃 縮至恰生成沉澱（樣本2號）製備之晶體之X光繞射（XRD)圖 樣， 圖52為裝置示意圖，該裝置包含放電電池光源，無視窗 (EUV)光譜術之極端紫外光EUV光譜儀，及質譜儀用於觀 察氫，氫氫陰離子，氫氫化合物及二氫分子離子生成及過 渡； 圖5 3為藉加熱由催化劑貯器蒸發之正常氫及使用硝酸鉀 催化劑催化氫記錄得之EUV光譜（20-75毫微米）； 圖5 4為藉電漿放電由鎳發泡體金屬陰極氣化之使用碘化 鉀催化劑對氫催化記錄得之EUV光譜（90-93毫微米）； 圖55為對氫劑催化記錄得之EUV光譜（89-93毫微米），使 用五路不銹鋼交叉放電電池作為陽極，不銹鋼中空陰極及 碘化鉀催化劑其藉加熱由催化劑貯器直接氣化至中空陰極 電漿内，該光譜重疊於四個對照（不含催化劑）操作回合 上； 圖56為氫催化記錄得之EUV光譜（90-92.2毫微米），碘化 鉀催化劑係藉電漿放電由中空銅陰極氣化； 圖57為由放電電池激發正常氫記錄得之EUV光譜（20-120 毫微米），其包含五路不銹鋼交叉作為陽極，且附有中空 不銹鋼陰極； 圖5 8為使用藉加熱由催化劑貯器氣化之碘化鉀催化劑合 成之氫氫化合物記錄得之EUV光譜（20-120毫微米），其中 過渡反應係於放電電池藉電漿放電激發，該電池包含五路 -41 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝
線 593148 A7 B7 五、發明説明（39 ) 不銹鋼交叉作為陽極及中空不銹鋼陰極； 圖5 9為對氫催化生成氫而與放電電漿質子反應記錄得之 EUV光譜（120-124.5毫微米），其中碘化鉀催化劑係藉電漿 放電由電池壁氣化； 圖60為由底至頂順序堆疊TOFSIMS樣本8號及樣本10號 之 TOFSIMS 光譜 m/e = 94-99 ; 圖61A為由底至頂順序堆疊TOFSIMS樣本2號，樣本4 號，樣本1號，樣本6號及樣本8號之堆疊TOFSIMS光譜 m/e=0-50 ; 圖61B為由底至頂順序堆疊TOFSIMS樣本9號，樣本1 0 號，樣本1 1號及樣本12號之堆疊TOFSIMS光譜m/e=0-50 ; 圖6 2為由氣體電池氫氫反應器蓋製備之晶體所得蒸氣之 堆疊質譜（m/e = 0-200)，該反應器包含破化_催化劑，不銹 鋼纖維引線，及鎢纖維，樣本加熱器溫度為157°C，由頂 至底之順序為IP = 30 eV，IP = 70 eV及IP=150 eV。 圖6 3為由晶體所得蒸氣之質譜（m/e=0-50)，該晶體係經 由使用旋轉蒸發器於5 0 °C濃縮由此處所述電池所得300 cc 碳酸鉀電解質（其可產生結合能增高之氫化合物之生成焓 6·3 X 108焦耳）至恰生成沉澱為止製備，（XPS樣本7號； TOFSIMS樣本8號），樣本加熱器溫度為100°C及IP=70 eV ; 圖6 4為晶體之研究光譜，該晶體係經由使用旋轉蒸發器 濃縮得自碳酸鉀電解池之電解質製備，該電解質可產生結 合能增高之氫化合物生成焓6.3 X 108焦耳，及許可晶體於 室溫放置生成（XPS樣本7號）識別一次元素； -42- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝
線 593148 A7 B7 五、發明説明（40 ) 圖6 5為低溫泵送晶體之X光光電子光譜（XPS)之675 eV至 765 eV結合能區，該晶體係由包含碘化鉀催化劑，不銹鋼 纖維引線，及鎢纖維之氣體電池氫氫反應器之4 0 °C蓋分離 而得（XPS樣本13號），識別Fe2Pl&Fe2p3峰； 圖66為低溫泵送晶體之X光光電子光譜（XPS)之0 eV至 110 eV結合能區，該晶體係由包含碘化鉀催化劑，不銹鋼 纖維引線，及鎢纖維之氣體電池氫氫反應器之蓋分離而得 (XPS樣本14號）； 圖6 7為碘化鉀（XPS樣本15號）之X光光電子光譜（XPS)之 0 eV至80 eV結合能區； 圖6 8為樣本1號之FTIR光譜，由其中以數位方式扣除參 考品碳酸鉀之FTIR光譜； 圖6 9為樣本1號與參考品碳酸鉀之重疊FTIR光譜； 圖70為樣本4號之FTIR光譜； 圖7 1為1.)鎳線，其由司馬克公司操作之碳酸鉀電解池陰 極移出，以蒸餾水清洗及乾燥，其中電池產生結合能增高 之氫化合物生成焓1.6X109焦耳，2.)鎳線，其係由黑燈電 力公司操作之對照碳酸鈉電解池陰極移出，其以蒸餾水洗 滌及乾燥及3.)與樣本2號及樣本3號之電解池使用相同鎳 線（NI 200 0.0197吋，HTN3 6NOAG1，鋁線技術公司）之堆 疊雷蒙光譜；
圖7 2為晶體之雷蒙光譜，該晶體之製法係經由使用旋轉 蒸發器濃縮得自可產生結合能增高之氫化合物生成焓6.3 X 1 08焦耳之碳酸鉀電解池之電解質，及任晶體於室溫放置 -43- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 裝 訂
k 593148 A7 B7 五、發明説明（41 ) 生成（樣本4號）；及 圖7 3為經由濃縮得自司馬克公司操作之碳酸鉀電解池之 電解質至恰生成沉澱為止（樣本1號）製備之晶體之神奇角 固體NMR光譜； 圖74為樣本12號之研究X光光電子光譜（XPS)之0-160 eV結合能區，識別一次元素及二氫峰； 圖7 5為1.)包含99.999%硝酸之參考品（TGA/DTA樣本1號） 及2.)得自黃白色晶體之堆疊TGA結果，該晶體係於得自司 馬克公司操作之可產生1.6 X 109焦耳結合能增高之氫化合 物生成焓之碳酸钾電解池之酸化電解質中結晶皿外緣上生 成的晶體（TGA/DTA樣本2號）。 圖76為1.)包含99.999%硝酸之參考品（TGA/DTA樣本1號） 及2 .)得自黃白色晶體之堆疊TGA結果，該晶體係於得自 司馬克公司操作之可產生1.6 X 109焦耳結合能增高之氫化 合物生成焓之竣酸4甲電解池之酸化電解質中結晶皿外緣上 生成的晶體（TGA/DTA樣本2號）。 IV.發明之詳細說明 生成具有結合能大於約0.8 eV之氫陰離子亦即氫氫陰離 子許可生產穩定性增高及於水中緩慢反應之驗金屬及驗土 金屬氫化物。此外，極為穩定之金屬氫化物可以氫氫陰離 子生產。 結合能增高之氫物種與某些陽離子生成極強力鍵結，且 具有多種用途之獨特性質例如切削材料（替代鑽石等）；結 構材科及合成纖維例如新穎無機聚合物。由於此種氫氫陰 -44- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 裝
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離子之質量小，此種材料之 3 輕。 <枓<重夏比含其它陰離子之材料更 結合能增高之氫物種具有容 器之陰極；發光化合物之途例如熱離子產生 口观 < 生成（例如含結合 種足任透相矽化物及碎燒 ^ 虱物 具用磷；光學塗…:），防蚀塗層；耐熱塗層；燈 先子童層，濾光鏡（例如因 獨特的連續發射及吸收帶、·打& 口此㈢问足虱物種 為具有帶高度正ί =子紫外光雷射介質(例如作 .°離予足化合物）；光纖電纜（例如作 ==衰減低及折射指數高之材料)；磁鐵及磁性 合物ur如作為與鐵磁陽離子如鐵，鎳或絡之化 子^ ，及精練万法。特定P氫氫陰離 (n /Ρ)此處Ρ為整數）可選搓而户役μ + α讲 雜後之電壓。 ）了選擇而如供所需性質例如摻 :致;成結合能增高之氫化合物之反應可用於化學姓刻 -。例如半導體蝕刻而形成電腦晶片 =作=體接雜劑，改變半導體材料之導電及價= t::主氣氫陰離子可藉離子植入’射束外延晶膜增長或 儿知摻混於半導體材料。特定P氯氫陰離子（H-(n=l /p) 此ι p為整數）可經選擇而提供所需性質例如摻雜後之頻帶 間隙。 氫氫，合物可用作半導體遮蔽劑。&氫物種為端基（相 糸以氫為端基）之矽也可使用。 Μ南度穩度性氫氫陰離子可應用作為高電壓電解池之電解 、3 、子另一應用中，具有極端穩定性之氫氫陰離子 45- 本紙張尺歧财國^?^^(210)<297公石 593148 A7 B7 五、發明説明（43 ) 表示燃料電池或電池組之陰極半反應產物優於本電池組及 燃料電池之習知陰極產物之顯著改良。式（8)之氫氫陰離子 反應釋放能量遠更多。 氫氫陰離子之另一電池組應用進展為用於電池組之製 造。電池組包含由高度氧化陽離子及氫氫陰離子形成之氫 氫化合物（"氫氫陰離子電池組π)作為氧化劑化合物。具有 比較習知電池組更輕重量，更高電壓，更高功率及更大能 量密度。一個具體例中，氫氫陰離子電池組具有電池電壓 為習知電池組之約100倍。氫氫陰離子電池組也具有比習 知電池組更低的電阻。如此本電池組之功率超過習知電池 組功率之10,000倍。又氫氫陰離子電池組具有能量密度大 於100,000瓦小時/千克。最先進的習知電池組具有能量密 度低於200瓦小時/千克。 由於結合能增高之氫化合物特別氫氫化合物之反應動力 學快速且放熱性質絕佳，故其它應用包括武器、炸藥、推 近劑及固體燃料。 用於與特定同位素生成鍵結之氫原子及氫陰離子之選擇 係基於鍵結能之差，提供純化所需元素同位素之手段。 1 . 氫陰離子 一氫原子Η[，]與電子反應生成對應氫氫陰離子ΗΓ(η=1 Ρ /ρ)，如式（8)所列。氫陰離子為雙電子原子之特例，各自 包含一個核及一個π電子1 ”及一個π電子2 π。雙電子原子 之結合能之偏差係於'96 Mills GUT列舉。後文簡述氫陰離 子結合能偏差，因此格式之編號（#.###)對應於’96 Mills -46- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝 玎
線 593148 A7 ------- B7 五、發明説明（44 ) GUT之編號。 氫陰離子包含兩個無法區別之電子結合至ζ=+ι質子。各 電子出現離心力，經由兩；而Ra 由％子與核間之電子力產生平衡向心 力(於各個電子)係由電子與核間之電力產生。此外，磁力 存在於兩個電子間引起電子成對。 1 · 1軌道球丰徑 考慮第-包子結合至氫原子生成氫陰離子。第二電子立 未^ I中^私力原因為第一電子半徑外側之電場為零 故。但第二電子遭遇因電子！之磁力造成與電子工成對旋 轉。如此電子1經歷電子2之反應力作為離心力。力平衡方 程式:由使作用於兩個結合電子之總力相等決定。成對電 子軌迢球《力平衡方程式係經由作用於質量之力及電荷密 度之力相等獲得。二電子之離心力係以式（71)及式（7.2)表 示，此處質量為2me。電場線結束於電荷。因兩個電子於 相同半徑成對，止於電子丨電荷密度之場線數目等於終止 於電子2電荷密度之線數目。電力係與場線數目成比例； 如此電子與核間之向心電力Fele為 F ie2 (12)
r ele(電子 1，2)=二-T 4^〇Γη 此處ε 〇為游離空間滲透度。於兩個成對電子上之向外磁力 係以方程式（7.15)之負值表示，此處質量為2叫。作用於電 子1及2之向外離心力及磁力係由電力平衡 tr2"、r\ ri- 4/τε.·/·: Ζ 2nt
593148 A7 發明説明（45 此處Ζ^ι。解出j*2。
r2"rl=^〇(l +Vs(sTl)).s：::：I m 5 (14) 換g之電子2最終半徑r係 終半徑。 、4)表示；亦為電子1之最 L2Jt±^ 離子化過程中電子2移至盔限、土 兩讲^ & …、丨艮逆。經由守恆角動量指示 兩早、絲t a丄τ 九子吸收引起反平行旋轉成對 包子 < 轉軸變成平行。未成對心 — 卞月匕E未成對（磁性）係由式（7.30) 及式（14)乘以2獲得，原因為如气 ^ 、、 為如式（1122-1.129)演算，磁能 係興磁場平方成比例。因轉細 w 1 轉軸又千行對正故互斥磁力存在 於待離子化電子。移動電子2 、 土播限大於電子1半徑之半徑 量為零。此種情況下唯一作 L , ^ 作用於電子2之力為磁力。 由於说f守恆故，由式3磁力γψ # 刀」不出移動電子2至無限大而 離子化氫陰離子之位能變化。磁功F ^ ^ 、、、 ^ 兹功Emagw〇rk為由12至無限大 之磁力之負積分（式（13)右側第二項） £ mug work 7 tr 2/72. (15) 此處r2以式（14)表示。積分結果為 λ2λ/7(^ + 1) (16) 4/¥〇2[1 + λ/7(!+1)Ρ 此處s=玉。經由移動電子2至無限大，電子i移動至半 48- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 593148 A7 --------- 阶 五、發明説明（明 )
1*1=叫，對應磁能；^子1^(磁性）以式（7.30)表示。本反平方 中心場之例中，結合能為位能負值之半[F〇wles, G. R 摄第二版 ’ Holt ’ Rinehart，及 Winston，紐約（1977) 1 54-1 56頁]。如此結合能係由磁功負值一半扣除兩個磁能 嚷獲得’其中me為式（1·167)列舉之電子還原質量&，原因為 電子2與核間之電動力磁能係以式（1 · 164)之一半表示。半 因數係由式（13)求出。
結合能=‘力-E巧最终（磁性）-E未成對（磁性） 一般氫陰離子H-(n=i)之結合能根據式（17)為〇 754〇2 eV。 Dean [John A. Dean編輯复皇化學土龙_ ,第十三版麥克羅西 爾書報公司’紐約（1985年）3_10頁]為〇·7542〇9 eV，對應於 波長；1=1644 nm。如此二值趨近於結合能約〇8 ev。1_. 3氫氤陰龜早 氫原子H(l/2)可形成穩定氫陰離予， (n=l/2)。氫原子之中央電場為氫原 (13)，氫氫陰離子Η·(η=1/2)之半徑為 (η=1)之半，以式（14)表示。 亦即氫氫陰離子Η-子之兩倍並遵循式 一般氫氫陰離子Η- 裝 η
線 厂2 =ΓΙ = υ(1 + λ/ΦΤΤ))； J =去 由式（17)及（18)所得能量。 49- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐） (18) (19) 發明説明（47 結合能 最终（磁性）·Ε未成對（磁性） 2: 广、人 （1/2)<結合也根據式（19)為3.047 eV，m 應於波長；1=407 nm。通當奇厣名…— 萄泰俨 吊虱原子H(n=l/p) , p =整數之中心 "琢為風原子中心電場之p倍。如此力平衡式為 rr -a/j(7TT) 2nirr: 4π*ε/； Ζ 2mfr\ 吏Ζ l，原因為r>ri之電場為零。解出q (20) :厂丨
ii〇 P ·ν·*+ι)); (21) == (21)，氫氫陰離子Η_(η=1/ρ) ;ρ等於整數之半徑為原 風氫陰離子Η_(η=1)之半徑之1/ρ，以式⑽表示。能量遵 式（20)及式（21)。結合能㈣最终（磁性）_Ε未成對（磁性）
Pr^sis-h 1) 1 f 2- 1 ^ yis(s -r 1) ' ηΚ^〇 1 τ 1 + λ/λ·(..、· — 1) . r · V - !) _ (22) 上表1提供根據式（22)呈ρ之函數，氫氫陰離子Η-(η=1/ρ)之 結合能。 k氫反應器 本發明之具體例包括圖1所示氫反應器包含含催化混合 -50- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 593148 A7 B7
五、發明説明（48 物5 4之容器5 2。催化混合物5 4包含經由_糾从2 σ、二田虱供給通路4 2供 給之原子氫5 6來源及經由催化劑供給通路 、續4 1供給爻催化 劑5 8。催化劑5 8具有淨反應焓約1 · 27 9 1 、， , ^ m Z/·21 eV，此處历為 整數較佳為小於400之整數。催化涉及得自來源56之原子 氫與催化劑5 8反應生成氫。氫反應器又包含電子來源7〇 供接觸氫與電子而還原氫成為氫氫陰離子。 氫來源可為氫氣，水，一般氫陰離子或金屬-氫溶液。 水例如可藉熱解離或電解解離形成氫原子。根據本發明之 具體例，分子氫藉分子氫解離催化劑解離成原子氫。此種 解離催化劑包括例如貴金屬如鈀及鉑，耐火金屬如细及 鎢，過渡金屬如鎳及鈦，内部過渡金屬如鈮及锆，及其它 列舉於先前Mills公開文獻之材料。 根據本發明之另一具體例利用氣體電池氫化物反應器或 氣體放電電池氫化物反應器，分別如圖3及5所示，光子源 解離氫分子成為氫原子。 本發明之全部氫氫反應器具體例中，形成氫之裝置可為 電化學，化學，光化學，熱，自由基，音波或核反應或無 彈性光子或顆粒錢散反應中之一者或多者。後二例中，氫 反應态包含顆粒源及/或光子源7 5，如圖1所示供給反應呈 無彈性賤散反應。於氫氫反應器之具體例中，催化劑包含 先前Mills公開文獻表中所列呈熔融、液態、氣態或固態之 電催化離子或偶極（例如pCT/US9〇/〇1998之表4及 PCT/US94/02219之25-46，80-108 頁）。 此處催化係於氣相進行，催化劑可維持於低於大氣壓之 -51 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規^ 593148
壓力，較佳於ίο毫托耳至100托耳之範圍。原子及/或分子 氫反應物維持於低於大氣壓之壓力，較佳於丨〇毫托耳至 100托耳之範圍。 本發明之各氫氫反應器具體例（電解池氫反應器，氣體 兒池氫反應斋，氣體放電電池氫反應器及電漿炬電池氳反 應器）包含下列：原子氫來源；供產生氫之固體、熔融、 液體或氣體催化劑中之至少一者；及容納原子氫及催化劑 之容器。生產氫之方法及裝置包含有效催化劑及氫原子來 源表列述於先前Mills公開文獻。識別氫之方法也述於其 中。如此生產之氫與電子反應形成氫氫陰離子。還原氫成 氫氫陰離子之方法包括例如下列：於電解池氫反應器中， 於陰極還原；於氣體電池氫反應器，藉反應物之化學還 原；於氣體放電電池氫反應器，藉電漿電子或氣體放電電 池陰極還原；於電漿炬氫反應器，藉電漿電子還原。 2_J電解池1反應器 本發明之電解池氫反應器示於圖2。電流藉施加電壓通 過容器101各納之電解液102。電壓係由電源供電之功 率控制器108施加至陽極104及陰極丨〇6。電解液ι〇2含有生 產氫原子之催化劑。 根據電~池氫反應為之具體例，陰極1 〇 6係由鎳陰極1 〇 6 形成’陽極104係由鉑化鈦或鎳形成。包含約〇·5Μ碳酸钟 電解水溶液（Κ+/Κ+催化劑）之電解液102經電解。電池於ι.4 至3伏特電壓範圍工作。本發明之具體例中，電解液1〇2為 熔體。 -52- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐） 593148 A7
透過電解液1〇2之催化劑接觸陰極1〇6產生之氫原 ㈣如㈣於陰極1〇6形成氫原+ (hydrin〇)。^池氣反應 态裝：又包含電子來源接觸電池產生之氫而形成氫氫陰離 T。虱於電解池被還原（亦即獲得電子）變成氫氫陰離子。 還原係經由氫與下列任一者接觸進行：1〇陰極1〇6，以構 成電池容器101之還原劑或3 ·(反應器組件之任一者例如陽 極1〇4或％解質1〇2或4.)電池工作外來之還原劑16〇(亦即由 外部來源添加至電池之消耗性還原劑）。任一種還原劑可 包含還原氫成為氫氫陰離子之電子來源。 化合物可於氫氫陰離子與陽離子間於電解池生成。陽離 子包含例如陰極或陽極材料之氧化物種，添加還原劑之陽 離子或電解質之陽離子（例如構成催化劑之陽離子）^ 池氤化物反應器
根據本發明之另一具體例，產生氫氫陰離子之反應器可 王氫氣體電池氫反應器形式。本發明之氣體電池氫反應器 示於圖3。又圖4所示實驗性氣體電池氫反應器之構造及操 作述於藉質謂術識別氫氫化合物乙節（氣體電池樣本）（參 見下文）。兩種電池中反應物氫係由電催化反應及/或重分 配反應提供。催化可出現於氣相。 圖3反應器包含反應容器207具有腔室200，其可含真空 或高於大氣壓壓力。氫來源221連同腔室200輸送氫氣通過 氫供給通路242至腔室。控制器222設置成經由氫供給通 路242控制氫壓力及流入容器。感壓器223監控容器壓力。 真空泵256用於經由真空管路257將腔室作真空。裝置又包 -53- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（51 ) 含電子來源接觸氫而形成氫氫陰離子。 產生氫原子之催化劑250可置於催化劑貯器295。氣相催 化劑包含Mills先前公開文獻所述之電催化離子及偶極。反 應容器207具有催化劑供給通路241供氣態催化劑由催化劑 貯器295通至反應腔室200。另外，催化劑可置於反應容器 内侧之化學抗性開放容器如舟皿内。 反應容器207之分子及原子氫分壓及催化劑分壓較佳維 持於10毫拖耳至100拖耳之範圍。最佳反應容器207之氫分 壓維持於約200毫拖耳。 分子氫可於容器内藉解離材料解離成原子氫。解離材料 包含例如貴金屬如始或免，過渡金屬如鎳及鈇，内部過渡 金屬如就及锆，或耐火金屬如鎢或鉬。解離材料藉反應器 進行之氫催化（氫產生）及氫還原釋放之熱維持於升高溫 度。解離材料也藉控溫裝置230維持於升高溫度，如圖3剖 面所示控溫裝置成加熱線圈形式。加熱線圈可由電源225 供電。 分子氫可藉施加電磁輻射如光子源205提供之紫外光解 離成原子氫。 分子氫可藉電源285供電之熱纖維或格柵280解離成原子 氫。 氫解離之進行使解離氫原子接觸呈熔體、液體、氣體或 固體形式之催化劑而生產氫原子。催化劑蒸氣壓係經由使 用電源272供電之催化劑貯器加熱器298控制催化劑貯器 295之溫度而維持於所需壓力。當催化劑含於反應器内側 -54- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝
線 593148 A7 B7 五、發明説明（52 ) 之舟皿時，催化劑蒸氣壓係經由調整舟皿電源控制催化劑 舟皿溫度維持於所需值。 藉氣體電池氫反應器產生氫之速率可經由控制氣相催化 劑量控制，及/或經由控制原子氫濃度控制。氫氫陰離子 生產速率可經由控制氫濃度例如控制氫生產速率控制。反 應腔室200之氣體催化劑濃度可經由控制腔室200之揮發性 催化劑初量控制。腔室200之氣體催化劑濃度也可經由控 .制催化劑溫度，經由調整催化劑貯器加熱器298，或當催 化劑容納於反應器内側舟皿時經由調催化劑舟皿加熱器控 制。腔室200之揮發性催化劑250之蒸氣壓係由催化劑貯器 295之溫度或催化劑舟皿溫度決定，原因為各溫度皆比反 應器容器207更冷。反應器容器207之溫度藉氫催化（氫生 成）及氫還原釋放之熱維持於比催化劑貯器295更高之工作 溫度。反應器容器溫度也可藉控溫裝置如圖3剖面圖所示 加熱線圈230控制。加熱線圈230係由電源225供電。反應 器溫度又控制反應速率如氫之解離及催化。 較佳工作溫度部分依構成反應器容器207之材料性質決 定。不銹鋼合金反應器容器207之溫度較佳維持於200-1200 °〇。鉬反應器容器207溫度較佳維持於200-1800°(：。鎢反應 器容器207溫度較佳維持於200-3000°C。石英或陶瓷反應器 容器207溫度較佳維持於200-1800°C。 反應腔室200之原子氫濃度可由氫解離材料產生之原子 氫數量控制。分子氫解離速率係由控制表面積，溫度及解 離材料之選擇控制。原子氫濃度亦由原子氫來源280提供 -55- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝 訂
線 593148 A7 B7 五、發明説明（53 ) 之原子氫數量控制。原子氫濃度進一步由流量控制器222 及感壓器223控制之氫來源221供給之分子氫數量控制。反 應速率可藉無視窗紫外光（UV)發射光譜術監測而偵測因催 化劑氫氫陰離子及化合物發射所致紫外光發射強度。 氣體電池氫反應器又包含電子來源260接觸生成之氫而 生成氫氫陰離子。圖3之氣體電池氫反應器中，氫可經由 接觸構成反應器容器207之還原劑被還原成氫氫陰離子。 另外，氫經由接觸反應器組件之任一者被還原成氫氫陰離 子，例如光子來源205，催化劑250，催化劑貯器295，催 化劑貯器加熱器298，熱纖維格柵280，感壓器223，氫來 源221，流量控制器222，真空泵256，真空管路257，催化 劑供給通路241或氫供給通路242。氫也可經由接觸電池工 作外來還原劑還原（亦即由外側來源添加至電池之消耗性 還原劑）。電子來源2 6 0為此種還原劑。 包含氫氫陰離子及陽離子之化合物可於氣體電池生產。 形成氫氫化合物之陽離子包含電池材料陽離子，包含分子 氫解離材料陽離子其可產生原子氫，包含添加還原劑之陽 離子，或存在於電池之陽離子（如催化劑陽離子）。 氣體電池氫反應器之另一具體例中，反應器容器為内燃 引擎，火箭引擎或氣體渦輪之燃燒腔室。氣體催化劑由烴 燃燒過程中烴熱解產生的氫原子形成氫。含烴或含氫燃料 含有催化劑。催化劑於燃燒過程中氣化（變成氣體）。另一 具體例中，催化劑為铷或鉀之熱安定性鹽例如RbF， RbCl，RbBr，Rbl，Rb2S2，RbOH，Rb2S04，Rb2C03， -56- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 裝 玎
線 593148 A7 B7 五、發明説明（54
Rb3P〇4^KF . KC1 - KBr > ΚΙ - K2S2 > K0H - K2S04 . k2co3，k3p〇4，K2GeF4。電催化離子或偶極之其它相對4離 子包括有機陰離子例如濕潤劑或乳化劑。 本發明之另一具體例中利用燃燒引擎產生氫原子，含烴 或含氫燃料又含水及催化劑之溶劑合來源，例如乳化電催 化離子或偶極。熱解後，水作為進行催化之氫原子之另一 來源。水可於表面例如汽缸或活塞頭以熱或催化作用解離 成氫原子。表面包含解離水成氫及氧之材料。水解離材料 包含元素，化合物，合金或過渡元素或内部過渡元素之混 合物，鐵，鉑，鈀，锆，釩，鎳，鈦，Sc，Cr，Μη，α， Cll ’ Ζη，Υ ’ Nb ’ Μ〇，Tc ’ Ru，Rh，Ag，Cd，La , Hf，
Ta，W，Re，0s，Ir，Au，Hg，Ce，pr，则，pm，—，如，
Gd ’ Tb ’ Dy ’ Ho ’ Er，Tm，Vb，Ln，Th，pa，u，活性碳 (碳）或Cs嵌合碳（石墨）。 本發明之另一具體例利用引擎透過熱解產生氫原子，氣 化催化劑由催化劑貯器295經由催化劑供給通路24 1抽取入 容器腔室200。腔室對應於引擎汽缸。此係於各引擎週期 發生。每個引擎週期之催化劑25〇用量可由催化劑蒸氣壓 及催化劑貯器295之氣體置換容積決定。催化劑蒸氣壓可 經由以貯器加熱器298控制催化劑貯器295之溫度控制。電 子來源例如接觸氫之氫還原劑可導致生成氫氫陰離子。 2 ·3氣體放電電池氤反蹲器 本發明之氣體放電電池氫反應器顯示於圖5，及實驗性 氣體放電電池氫反應器顯示於圖6。示於圖6之實驗性氣體 -57- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公—董)' ------
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線 593148 A7 B7 五、發明説明（55 ) 放電電池氫反應器之構造及操作述於藉質譜術識別氫氫化 合物乙節（放電電池樣本）（參見下文）。 圖5之氣體放電電池氫反應器包括氣體放電電池307，包 含具有腔室300之氫同位素氣體填補輝光放電真空容器 313。氫來源322透過控制閥325經由氫供給通路342供給氫 氣之腔室300。產生氫之催化劑，例如Mills先前公開文獻 所述化合物（例如PCT/US90/01998之表4及PCT/ US94/02219之25-46，80-108頁）含於催化劑貯器395。電壓 及電流源330使電流通過陰極305及陽極320間。電流為可 逆。 氣體放電電池氫陰離子化合物之具體例中，容器313壁 為導電及作為陽極。.另一具體例中，陰極305為中空例如 中空，鎳，鋁，銅或不銹鋼中空陰極。 陰極305可塗布以產生氫用催化劑。形成氫之催化反應 發生於陰極表面。為了形成產生氫（hydrinos)用氫原子 (hydrogen)，分子氫於陰極解離。為達此目的，陰極係由 氫解離材料製成。另外分子氫係藉放電解離。 根據本發明之另一具體例產生氫之催化劑為氣態形式。 例如放電可用於氣化催化劑提供氣態催化劑。另外氣態催 化劑可藉放電電流產生。例如氣態催化劑可經由於钟金屬 放電形成K+/K+，铷金屬放電形成Rb+或鈦金屬放電形成 Ti2+提供。與氣態催化劑反應用之氣態氫原子係經由分子 氫氣放電提供因而催化係於氣相進行。 氣體放電電池氫反應器之另一具體例，此處催化出現於 -58- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝
線 593148 A7 ------— .__B7 五、發明説明（56^ -- f相=用可控制之氣態催化劑。氣態氫原子轉成氯係由 刀子虱氣放電提供。氣體放電電池307具有催化劑供給通 路341供氣態催化劑35〇由催化劑貯器3%送至反應腔室 〇催化浏貯奋3 95係由催化劑辟器加熱器3 92提供，加 毛、1、有黾源3 72可}疋供氣態催化劑至反應腔室3 〇〇。催化 劑备氣壓係經由控制催化劑貯器395溫度，利用電源調 整加熱斋392控制。反應器又包含選擇性通風閥3〇1。 氣把放私包池氫反應器之另一具體例中，此處催化係於 氣相進行，利用可控制之氣態催化劑。氣態氯原子係經由 分Τ氫氣放電提供。化學抗性（反應器工作時不會反應或 分解）開放式容器如鎢或陶瓷舟盟置於氣體放電電池内側 且容納催化劑。催化劑舟皿内之催化劑以舟皿加熱器利用 關聯電源加熱提供氣態催化劑至反應腔室。另外，輝光氣 體放電電池於升高溫度操作，故舟皿之催化劑被昇華、沸 騰或氣化成氣相。催化劑蒸氣壓係經由藉電源調整加熱器 控制舟皿或放電電池溫度控制。 氣體放電電池可藉連續供給催化劑於室溫操作。另外為 了防止催化劑於電池内冷凝，溫度維持高於催化劑來源、 催化劑貯器395或催化劑舟皿溫度。例如不銹鋼合金電池 溫度為0-1200 C ;鉬電池溫度為〇-18〇〇π ;鎢電池溫度為〇_ 3 000 C及玻璃，石英或陶瓷電池溫度為04 8〇〇π。放電電 壓可於1000至50,000伏特之範圍。電流於^微安至1安之範 圍，較佳約1毫安。 氣體放電電池裝置包含電子來源接觸氫俾產生氫氫陰離 I -59- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(21〇 X 297公爱·)
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593148 A7 B7 五、發明説明（58 ) 原子。使用鉀離子催化導致發射極端紫外光（UV)光子。除 過渡 h[^] K+/K+ >H[^-] + 912j^ 外，PCT/US96/07949 能態重分 配乙節敘述之重分配反應引起於912埃及304埃之極端紫外 光額外發射。額外紫外光光子離子化氫氣，導致發射含可 見光之正常氫氣光譜。如此由催化發射之極端紫外光可如 極端紫外光轉成可見光波長指示直接觀察。同時氫與電子 反應形成氫氫陰離子具有表1 (參見上文）列舉之連續吸收 及發射線。此等線可藉發射光譜術觀察，其識別催化及結 合能增高之氫化合物。 2.4電漿炬電池氤反應器 本發明之電漿炬電池氫反應器顯示於圖7。電漿炬702提 供由歧管706包圍之氫同位素電漿704。來自氫來源738之 氫及來自電漿氣體源712之電漿氣體連同形成氫之催化劑 7 14供給炬702。電漿例如可含氬氣。催化劑包含Mills先前 公開文獻所述之任一種化合物（例如PCT/ US90/01998之表 4 及 PCT/ US94/02219之 25-46，80-108 頁）。催化劑含於催 化劑貯器7 16。貯器配備有機械攪動器如由機械攪棒馬達 720驅動之機械攪棒718。催化劑通過通路728供給電漿炬 702 ° 氫氣由氫通路726供給炬702。另外氫及催化劑二者可經 通路728供給。電漿氣體藉電漿氣體通路726供給炬。另外 電漿氣體及催化劑二者可經由通路728供給。 氫氣由氫來源73 8經通路742流至催化劑貯器7 1 6。氫之 流量係藉氫流量控制器744及閥746控制。電漿氣體由電漿 -61 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝 玎
線 593148 A7 B7 五、發明説明（59 ) 氣體供應源712經通路732供給。電漿氣體流量係由電漿氣 體流量控制器734及閥736控制。電漿氣體與氫氣混合物透 過通路726供給炬及經通路725供給催化劑貯器716。混合 物係由氫-電漿氣體混合器及混合物流量調節器72 1控制。 氫與電漿氣體混合物作為催化劑粒子載氣，催化劑藉機械 攪動呈細粒分散於氣體流。氣霧化催化劑及混合物之氫氣 流入電漿炬702變成氣態氫原子及氣化催化劑離子（如得自 KI之K+離子）於電漿704。電漿藉微波產生器724供電，其 中微波係藉可調諧微波腔穴722調諧。於氣相發生催化。 氣態催化劑於電漿炬之含量係藉控制催化劑以機械攪動 器氣霧化之速率控制。氣態催化劑之量亦由控制載氣流速 控制，此處載氣包括氫與電漿氣體混合物（如氫與氬）。氣 態氫原子對電漿炬之量係經由控制電漿流速及混合物中氫 對電漿氣體比控制。氫流速及電漿氣體至氫-電漿-氣體混 合器流速及混合物流量調節器721係藉流速控制器734及 744及藉閥736及746控制。混合器調節器721控制氫-電漿 混合物送至炬及催化劑貯器。催化速率亦由以微波產生器 724控制電漿溫度控制。 氫原子及氫氫陰離子係於電漿704產生。氫氫化合物經 低溫泵送至歧管706，或經通路748流入氫氫化合物阱。阱 708經由真空管路750及閥752連通真空泵710。至阱708之 泵係藉真空泵710，真空管路750及真空閥752控制。 圖8所示電漿炬電池氫反應器之另一具體例中，電漿炬 802或歧管806中之至少一者具有催化劑供給通路856供給 -62- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 裝 玎
線 593148 A7 發明説明（60 來自催化劑貯器858之氣態催化劑至電漿8〇4。催化劑於催 化劑貯器858藉具有電源868之催化劑貯器加熱器866加熱 而提供氣態催化劑至電漿8〇4。催化劑蒸氣壓係經由以電 源868調整加熱器866而控制催化劑貯器858之溫度控制。 圖8之其它元件具有圖7之對應元件之相同構造及功能。換 舌之’圖8元件8 1 2為對應於圖7電漿氣體源712之電漿氣 體源，圖8元件83 8為對應於圖7氫來源738之氫來源等。 電漿炬電池氫反應器之另一具體例中，具有化學耐性之 開放容器如設置於歧管内部之陶瓷舟皿含有催化劑。電漿 炬歧管形成電池其係於升高溫度操作，故舟皿内之催化劑 被升華，沸騰或揮發成氣相。另外，催化劑舟皿之催化劑 以附有電源之舟皿加熱器加熱而提供氣態催化劑至電漿。 催化劑蒸氣壓係經由以電池加熱器控制電池溫度，或經由 以聯結之電源調整舟皿加熱器控制舟皿溫度控制。 電漿炬電池氫反應器之電漿溫度較佳維持於5，⑻〇-3〇,〇⑽ C之範圍。笔池可經由連績供給催化劑而於室溫操作。另 外，為了防止催化劑於電池中冷凝，電池溫度維持高於催 化劑、催化劑貯器758或催化劑舟皿溫度。工作溫度部分 依構成電池之材料性質而定。不銹鋼合金電池溫度較佳為 〇-12〇rC。鈿電池溫度較佳為綱。c。鶏電池溫度為〇_ 3000°C。玻璃，石英或陶瓷電池溫度較佳為〇_18〇〇。〇。此 處歧管706對大氣開放，電池壓力為大氣壓。 電漿炬氫反應器之範例電漿氣體為氬氣。氣霧流速為每 分鐘0.8標準升（slm)氫氣及〇·15 slm氬氣。範例氬氣電漿流
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593148 A7 B7 五、發明説明（61 ) 速為5 slm。正向輸入功率例如為1000 W及反射功率例如 為 10-20 W。 電漿炬氫反應器之其它具體例中，機械催化劑攪動器 (磁攪棒718及磁攪棒馬達720)以抽取器、霧化器或噴霧器 替代生成催化劑714溶解或懸浮於液體介質如水之氣霧。 介質含於催化劑貯器7 16。或，抽取器、霧化器或喷霧器 將催化劑直接射入電漿704。噴霧或霧化催化劑藉載氣如 氫氣載入電漿704。 電漿炬之氫反應器又包括電子來源接觸氫供產生氫氫陰 離子。電漿炬電池中，氫被還原成氫氫陰離子，還原方式 經由接觸1.)歧管706，2.)電漿電子或4.)任一種反應器組件 如電漿炬702，催化劑供給通路756或催化劑貯器75 8或5.) 電池操作外來之還原劑（例如消耗式還原劑由外側來源添 加至電池）。 包含氫氫陰離子及陽離子之化合物可於氣體電池形成。 形成氫氫化合物之陽離子可包含構成炬或歧管材料之氧化 物種之陽離子，添加還原劑之陽離子或存在於電漿之陽離 子（如催化劑陽離子）。 3.結合能增高之氫化合物之製備 於氫反應器内形成的結合能增高之氫化合物可於操作後 由反應器剩餘之催化劑分離及純化。於電解池，氣體電 池，氣體放電電池及電漿炬電池氫反應器之例，結合能增 高之氫化合物可經由物理收集、沉澱及再結晶或離心獲 得。結合能增高之氫化合物又可藉後述方法純化。 -64- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 裝
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A7 B7 五、發明説明 (62 ) 結合 能增 南之氫 化合物之分離 及純化方 法容後詳述 。以 電解池 氫反 應器為 例，藉蒸發由 電解質去 除水獲得 固 體混 合物。 含結 合能增 高之氫化合物 之催化劑 懸浮於適當 溶劑 如水， 其偏 好溶解催化劑但非溶解結合 能增高之 氫 化合 物。溶 劑經 過遽出 ，收集不可溶 之結合能 增高之氫 化 合物 晶體。 根據 分離 及純化 結合能增高之 氫化合物 之替代方 法 ，剩 餘催化 劑溶解及結 合能增南之氫 化合物懸 浮於適當 溶 劑， 其偏好 溶解催化劑 但非結合能增 高之氫化 合物。結 合 能增 南之氯 化合物晶體 隨後於電池表 面增長。 然後傾倒 出 溶劑 及收集 結合 能增高 之氫化合物晶 結合 能增 南之氯 化合物也可由 催化劑如 鉀鹽催化 劑 ，經 由使用 催化 劑或結 合能增高氫化 合物之不 同陽離子 交換或 催化劑 之陰 離子交 換方法由催化 劑純化。 交換改變 結 合能 增高的 氫化 合物相 對於催化劑或基它存在 的離子之 溶解度 差異。 另外 ，結合 能增高的氫化 合物可經 沉澱及再結 晶， 探勘於 溶劑 如有機 ,溶劑/水性混 合物之差 異溶解度 〇 又由 催化劑 分離 及純化 結合能增高的 氫化合物 之另一種 方 法係 利用薄層、 氣相或 液相層析，如 南壓液相> 層析（HPLC) 〇 結合 能增 南的氮 化合物也可藉 蒸餾、昇華或低溫 泵送如 於減壓 下如 1 0微托耳至1托耳壓 力下純化 。化合物 混 合物 置於含真空 及低溫 阱之加熱容器 内。低溫 醉包含冷指 附有 溫度梯度之 容器區 段。混合物經 加熱。依 據混合物 成 分之 相對揮發度 而定。 結合能增高的 氫化合物 呈昇華物 或 殘餘 -65- 裝 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 593148 A7 B7 五、發明説明（63 ) 物收集。若結合能增高的氫化合物比混合物中其它成分更 具揮發性，則其收集於低溫阱。若結合能增高之氫化合物 之揮發性，較低，則其它混合物成分收集於低溫阱，結合能 增高之氫化合物收集呈殘查。 由催化劑如鉀鹽純化結合能增高之氫化合物之方法包含 蒸鶴或昇華。催化劑如钾鹽被蒸館去除或昇華，殘餘結合 能增高之氫化合物晶體殘留。如此氫反應器產物溶解於溶 劑如水，溶液經過滤去除粒狀物及/或污染物。然後催化 劑之陰離子經交換而增加結合能增高之氫化合物相對於催 化劑之沸點差異。例如硝酸根可交換碳酸根或碘陰離子而 降低催化劑沸點。於碳酸根催化劑陰離子之例，硝酸根可 藉添加硝酸替代碳酸根。以碘化物催化劑陰離子為例，經 由以過氧化氫及硝酸氧化碘陰離子為碘替代碘化物獲得硝 酸根。亞硝酸根僅藉添加硝酸替代碘陰離子。該方法之最 末步驟中，轉化妥之催化劑鹽經昇華及收集剩餘結合能增 南之氯化合物晶體。 由催化劑如鉀鹽純化結合能增高之氫化合物之方法之另 一具體例包含蒸餾，昇華或低溫泵送，其中結合能增高之 氫化合物具有比催化劑更高的蒸氣壓。結合能增高之氫化 合物晶體經蒸餾或昇華而被收集。經由交換催化劑陰離子 而增高沸點可增加分離。 結合能增高之氫化合物分離方法之另一具體例中，採用 催化劑陰離子取代使所得化合物具有低熔點。包含結合能 增高之氫化合物之混合物經熔化。結合能增高之氫化合物 -66 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 裝
線 593148 A7 •B7 五、發明説明（64 ) 不可溶於熔體如此由熔體中沉澱出。熔化係於真空下進行 故陰離子交換催化劑產物如硝酸鉀部分昇華.。包含結合能 增高之氫化合物之混合物沉澱溶解於最小量適當溶劑如 水，其偏好溶解催化劑但非結合能增高之氫化合物晶體。 或，結合能增高之氫化合物由溶解混合物中沉澱出。然後 混合物經過濾獲得結合能增高之氫化合物晶體。 純化結合能增高之氫化合物之一種方法包含沉澱及再結 晶。此種方法中，結合能增高之氫化合物由含結合能增高 之氫化合物及鋼，經或钾破化物中之一者或多者（其除非 濃度高於約10 Μ否則不會沉澱）之碘化物溶液再結晶。如 此結合能增高之氫化合物可優先沉澱。於碳酸鹽溶液之 例，換化物可經由以氫破酸（HI)中和生成。 根據由碘化鉀催化劑純化結合能增高之氫化合物之一個 具體例，碘化鉀催化劑由氣體電池，氣體放電電池或電漿 炬反應器清洗及過濾。然後濾液濃度藉添加水或透過蒸發 濃縮調整至約5 Μ。結合能增高之氫化合物晶體許可於放 置時沉澱。然後沉澱經過濾。一個具體例中，結合能增高 之氫化合物藉添加酸如硝酸，氫氯酸，氫破酸或硫酸由酸 性溶液（如pH 6至1之範圍）沉澱。 替代純化方法中，結合能增高之氫化合物藉添加共同沉 澱之陰離子、陽離子或化合物由水性混合物中沉澱。例如 加入可溶性硫酸鹽，磷酸鹽或硝酸鹽化合物而使結合能增 高之氫化合物優先沉澱。結合能增高之氫化合物藉下列步 驟由碳酸鉀電解池電解質分離。得自電解池之碳酸鉀電解 -67- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 裝
線 593148 A7 B7 五、發明説明（65 ) 質調整成陽離子約1 Μ，其沉澱氫氫陰離子或結合能增高 之氫化合物，如硝酸經，硝酸鈉或硝酸鎂提供之陽離子。 此外或另外，電解質可以酸如硝酸酸化。溶液濃縮至沉澱 生成。溶液經過濾獲得晶體。另外，任溶液於結晶皿上蒸 發故結合能增高之氫化合物與其它化合物分開結晶。此種 情況下結晶可以物理方式分開。 結合能增高之氫物種可鍵結至具有未成對電子之陽離子 如過渡金屬陽離子或稀土陽離子而生成順磁性或強謗電性 化合物。另一具體例中，結合能增高之氫化合物可藉以磁 鐵（如電磁鐵）篩析混合物呈結晶形磁力分離而由雜質分 離。結合能增高之氫化合物黏附於磁鐵。.然後晶體以機械 方式或清洗去除。後述例中，清洗液藉蒸發去除。以電磁 分離為例，電磁鐵經失活化，及收集結合能增高之氫化合 物晶體。 替代分離具體例中，結合能增高之氫化合物藉通過帶電 收集器（如電容器板）篩析混合物呈結晶形靜電分離而由雜 質分離。結合能增高之氫化合物黏附至收集器。然後晶體 以機械方式或清洗去除。後述例中清洗液藉蒸發去除。於 靜電分離之例，帶電收集器被鈍化，及收集結合能增高之 氫化合物晶體。 結合能增高之氫化合物藉此處所述範例方法分離及純化 呈大體純質。換言之分離材料包含5 0原子％化合物。 分離氫氫陰離子之陽離子可經由加熱及濃縮含所需陽離 子溶液反應或透過離子交換層析藉不同所需陽離子置換 -68- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） 裝 訂
線 593148 A7 B7 五、發明説明（66 ) (例如K+由Li+置換）。 純化去除陽離子及陰離子獲得所需結合能增高之氫化合 物之方法包括Bailar提供之方法[理解無機化學，Editorial Board J. C. Bailar, H. J. Emeleus, R. Nyholm, A. F. Trotman-Dickenson，Pergamon Press]包括 528-529 頁（併述於此以供 參考）。 4.同位素分離方法 氫原子及氫陰離子基於键結能差異與特定同位素形成键 結之選擇性提供純化所需元素同位素之手段。此處使用同 位素一詞表示CRC列舉之任一種同位素（併述於此以供參 考）[R. C. Weast編輯，化犖及物理學CRC手冊5 8版，CRC Press，（1977)，pp·，B-270-B-354]。差異鍵結能係來自於同 位素之核矩，且差異夠大可供分離。 分離元素同位素之方法包含：1.)結合能增高之氫物種與 含相對於結合能增高之氫物種為莫耳過量之所需同位素之 元素同位素混合物反應，而生成一種富含所需同位素之化 合物及包含至少一種結合能增高之氫物種，及2.)純化富含 所需同位素之化合物。分離存在於一種或多種化合物之元 素同位素之方法包含：1.)結合能增高之氫物種與構成同位 素混合物（其包含相對於結合能增高之氫物種為莫耳過量 之所需同位素）之化合反應生成富含所需同位素之化合物 及包括至少一種結合能增高之氫物種；及2.)純化富含所需 同位素之化合物。反應物結合能增高之氫物種來源包括電 解池，氣體電池，氣體放電電池及本發明之電漿炬電池氫 -69- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝 訂
線 593148
A7 B7 五、 發明説明（67 ) 氫 反 應 器 及結合能增高之氫化合物。結合能增高之氫 物 種 可 具 有 結 合能增高之氫陰離子。包含至少一種結合能增 之 氫 物 種 及所需富含同位素之元素之化合物係藉此處所述 方 法 純 化 而純化含結合能增高之氫物種之化合物。純 化 妥 之 化 合 物 又反應生成富含不同同位素之化合物或元素 反 應 方 法 係 分解反應如電漿放電或電漿炬反應或結合能 增 高 之 氫 物 種 之置換反應。反應及純化步驟例如業界使用 者 可 視 而 要 重 複多次獲得所需富含同位素之元素或化合物 之 所 需 純度 〇 例 如 氫 氫陰離子氣體電池以碘化鉀催化劑操作。結 合 能 增 之 氫 化合物39KHn生成而大體並未生成41ΚΗη (η為 整 數 )< 3催化劑與39KHni混合物可溶解於水，39KHJi 其 沉 澱 獲 得 富 含39Κ同位素之化合物。 另 一 種 分離元素同位素之方法包含：1.)結合能增高 之 氫 物 種 與 元 素同位素混合物（其包含相對於結合能增高 之 氫 物 種 為 莫 耳過量之非所需同位素）反應生成富含非所 需 同 位 素之 化 合物且包含至少一種結合能增高之氫物種， 及2·) 移 出 S 含非所需同位素之化合物。另一種分離存在於 一 種 或 多 種 化 合物之元素同位素之方法包含：1.)結合能增 高 之 氫 物 種 與 包含同位素混合物（其包含相對於結合能增 高 之 氫 物 種 為 莫耳過量之非所需異構物）之化合物反應生 成 含 非 所 需 同位素及包含至少一種結合能增高之氫物種 之 化 合 物 及 2 . )去除富含非所需同位素之化合物。反應物 結 合 能增 高 之 氫物種來源包括電解電池，氣體電池，氣體 放 電 -70- 裝 玎 線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 593148 A7 B7 五、發明説明（68 ) 電池及本發明之電漿炬電池氫氫反應器及結合能增高之氫 化合物。結合能增高之氫物種可為結合能增高之氫陰離 子。富含非所需同位素及含至少一種結合能增高之氫物種 之化合物藉此處所述方法由反應物去除而純化含結合能增 高之氫物種之化合物。另外，富含所需同位素而未含至少 一種結合能增高之氫物種之化合物由反應產物混合物純 化。經純化之富含所需同位素之化合物又可藉分解或置換 反應生成不同富含同位素之化合物或元素。反應及純化步 驟如業界人士使用者可視需要重複多次獲得所需富含同位 素元素或化合物之所需純度。 例如氫氫陰離子氣體電池以碘化鉀催化劑工作。結合能 增高之氫化合物39KHn生成而大體未生成41ΚΗη (η為整 數）。催化劑與39ΚΗη之混合物可溶解於水，使39ΚΗη沉澱 而獲得呈溶液之富含同位素41Κ之化合物。 差異鍵結能可來自於同位素之核矩差異，而差異足夠使 其分離。此種機構可於較低溫增強。如此分離可藉形成結 合能增高之化合物並於較低溫執行而增進。 5 .結合能增高之氫化合物之識別 結合能增高之氫化合物可藉多種方法識別如：1.)元素分 析，2.)溶解度，3.)反應性，4.)熔點，5.)沸點，6.)蒸氣壓 呈時間之函數，7.)折射指數，8.)Χ光光電子光譜術 (XPS)，9·)氣相層析術，10·)Χ光繞射（XRD)，11.)溫度計 量術，12.)紅外光譜術（IR)，13.)雷蒙光譜術，14.)摩斯鮑 爾光譜術，15.)極端紫外光（EUV)發射及吸收光譜術，16.) -71 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） 裝
線 593148 A7 B7五、發明説明（69 ) 紫外光（UV)發射及吸收光譜術，17.)可見光發射及吸收光 譜術，18.)核磁共振光譜術，19.)加熱樣本之氣相質譜術 (固體探針四極及磁區質譜術），20.)飛行時間-二次離子-質譜術（TOFSIMS)，21.)電喷霧-離子化-飛行時間-質譜術 (ESITOFMS)，22.)熱重量分析（TGA)，23·)差異熱分析 (DTA)及24.)示差掃描卡計術（DSC)。 XPS可藉特徵性結合能識別化合物之各種結合能增高之 氫物種。高解析度質譜術如TOFSIMS及ESITOFMS提供基 於獨特高解析度質量提供結合能增高之氫化合物之絕對識 別。各種氫氫化合物之XRD圖樣為獨特可供絕對識別。經 過激發之結合能增高之氫化合物之紫外光（UV)，及可見光 發射光譜可藉存在有各化合物之結合能增高之氫物種之特 徵性氫氫陰離子連續線及/或特徵性發射線識別之。結合 能增高之氫化合物之光譜識別可經由對揮發經純化之晶體 執行極端紫外光（EUV)及紫外光（UV)發射光譜術及質譜術 獲得。結合能增高之氫化合物經激發之發射出現於當激發 來源為電漿放電時，質譜以線上質譜儀記錄而識別蒸發化 合物。採光譜方式識別氫（hydrogen)被催化形成氫 (hydrinos)及識別氫氫陰離子及結合能增高之氫化合物之原 地方法為本發明之氫氫反應器之線上EUV及UV光譜術及質 譜術。記錄由於氫氫化合物生成及激發發射光譜及氫催化 之發射光譜。 結合能增高之氫化合物係藉實驗乙節所揭示之方法識 別。 -72- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
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線 593148 A7 B7 五、發明説明（7〇 6 .
A 理論上對二氫的介紹參考，96 Mills GUT。二 原子H[5l]反 應形成—原子分子稱作二氫 2c = 個氫（hydrino) n2q P 2H Ί , V2a 2c ---匕 _ P _ 此處p為整數 子， 氫包含具總能量£ f Η： \ L p」J In •p:V2 (23) ，之氫分 H: 2c ，一必
P
:一 13.6 W y ^2 - ρ'λ/2 (24) 此處2c’為核間距，心為波爾（Bohr)半徑。如此二氫之相對 核間距（大小）為分數。未考慮因零級振動所致校正，键解 離能 /" 「 Ευ Hi 2cf = ' ^ L " W 係由兩個氫原子間之能（各自 以式（1)表示）及式（24)提供之二氫分子總能差提供。（键解 離能定義為打斷一個鍵所需能量）。 Η： 2d 2σ: Ρ - 13.6 π(-4/?’·1η3 + 〆 +2ρ’·1η3) (26) 氫氫陰離子之第一結合能BEi考慮零級振動約為 (2.7)
\P 此處p為大於1較佳2至200之整數。未考慮來自零級振動 之校正，鍵解離能 ε〇 Η： 2c 為式（1)提供對應 -73- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（71 H： 氫原子之結合能之負值與式（26)提供之 Ρ 之差。 2c
E(H
L P J 2c：
2a n P (28) 氫分子能之第一結合能BE， Η： 2c = H： 一. P . - Ρ (29) 係由式（26)減式（24)提供 BE, = Ετ H： -飞 卜 } / H： Y-凾。 \ L ρ」 \ L ρ \) 第二結合能BE2係由式（26)之負值提供 合能BEi考慮零級振動為約 15.: BE,
eV (30) 氫分子之第一結 (31) \P) 此處ρ為大於1之整數較佳2至200。二氫及二氫離子又說 明於’96 Mills GU丁及 PCT/US96/07949及 PCT/US/94/02219。 二氫分子與二氫分子離子反應生成氫原子H(1/p)及結合 能增高的分子離子H3+(l/p)包含三個質子（原子序為一之三 個核）及兩個電子，其中整數p對應於氫，二氫分子及二氫 分子離子。分子離子H3+(l/p)於後文稱作”三氫分子離子”。 反應為 2c： 2c，= ，H:(l / ρ) — Η;(I / ρ) + Η(\ / μ) (32) Η4 (1 /ρ)作為存在有二氫分子及分子離子之象徵，例如經由 74- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(21〇χ 297公釐） 593148 A7 B7 五、發明説明（72 結合能增高的氫化合物分段於質譜儀生成之該等二氫分子 及分子離子’驗證於氫氫化合物藉質譜術識別段及二氫分 子藉質譜術識別段（參見下文）。 二氮分子 2c， λ[2ο 也與質子反應生成三氫分子離子
Hi(l/p)。反應為 V2- 2d- + ΗΉ;(1/ρ) (33) 氫分子離子之結合能BE為約 (34) 離子之 電電池 此處p為大於1之整數較佳2至200。 由氫氫陰離子製備二氫氣體之方法包含含氫氳陰 化合物與質子來源反應。質子可為酸質子，氣體放 之電漿質子，或金屬氫化物之質子。氫氫陰離子 與質子之反應為 H- (\) 仏1 一 + Η 一> Ηί 2c = KPJ L p . 能量 (35) 由氫氫化合物產生二氫氣體之一種方式係藉熱分解化合 物。例如氫氫化鉀加熱至鉀金屬及二氫氣體生成為止。氫 氫化合物之熱分解反應
Μ，HT 為
PJ
2MTFT P. 2c：
P •能量+ (36) 此處Μ爲陽離子 -75- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） 593148 A7 B7 五、發明説明（73 ) 氫（hydrino)可與質子反應生成二氫離子，其又與電子反 應生成二氫分子。 Η 十 Η’ 4 Η; 2c
P ίο (37) 氫原子與質子之反應能係由二氫離子之键結能（式（28))之 負值提供。二氫離子藉電子還原提供之能量為第一結合能 (式（3 0))之負值。此等反應發射紫外光。UV光譜術為監測 發射射線之一種方式。 裝 玎
二氫氣體之製備反應示於式（37)。反應物質子之來源包 含例如金屬氫化物（如過渡金屬如鎳氫化物）及氣體放電電 池。於金屬氫化物質子來源之例，氫原子可於電解池生 成，電解池包含催化劑電解質及金屬陰極其生成氫化物。 氫原子滲透通過含質子之金屬氫化物導致根據式（37)合成 二氫。所得二氫氣體可由抽真空之中空陰極内側收集，陰 極之一端封閉。根據式（37)產生之二氫滲透入陰極腔穴且 被收集。氫也可滲透通過陰極且與陰極之氫化物質子反 應。 於氣體放電電池質子來源之例中，氫係於氫氣體放電電 池形成，其中催化劑呈氣相存在。氫原子藉氣體放電電池 離子化提供質子與於氣相之氫反應根據式（37)生成二氫分 子。二氫氣體可藉氣相層析純化或藉使用重組氣如氧化銅 重組氣燃燒正常氫純化。 根據本發明之另一具體例，二氫係藉加熱分解化合物釋 放出二氫氣體而由結合能增高的氫化合物製備。二氫亦可 -76- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 593148 A7 B7 五、發明説明（74 藉化學分解結合能增高的氫化合物製備。例如該化合物經 由與陽離子如U+與NiH6反應化學分解釋放出二氫，採用 之方法如下· 1.)長時間如一年使用鎳電極運作0.57 Μ碳酸 钟電解池；2·)使電解質於硝酸鋰内調整約i Μ及以硝酸酸 化I，3.)蒸發溶液至乾；4)加熱所得固體混合物至熔化； ).....'、施熱土 /谷液由結合能增南的氫化合物分解轉黑，如 .ό轉成#NiO —氫氣體及氫氲化鐘；ό·)收集二氫氣體； 及7.)藉氣相層析，氣相XPS或雷蒙光譜術方法識別二氫。 氣體識別 一氫氣體於質譜儀中識別為較高離子化質量2。二氫亦 由貝瑨術識別存在有m/e=4峰及m/e=2其於低壓分裂。二氫 峰係A通過1 〇〇% Η"。2重組器（例如氧化銅重組器）後於低 溫氣相層析期間出現於與正常氫不同的停留時間。於 2c H； 之例’二氳氣體識別為於高解析度磁 區溢瑨儀分裂m/e = 2峰，於氣相又？8呈62 2 ev峰，藉雷蒙 光瑨術出現呈具有振動能高於正常分子氫4倍之峰。於刺 激雷蒙光譜術之例，YAG雷射激發用於觀察來自二氫 H： 42c 或 2c V2a (其於低溫泵質譜術階段液化） 之振動之雷蒙史托克（Ramans Stokes)及抗史托克線。另一 種識別法係於二氫液化階段執行xps (χ光光電子光譜 術）。一氫又可藉表3列舉之特徵性結合能藉xps識別，其 中一氫係於含二氫及至少另一種元素之化合物存在。二氫 77- 本紙張尺度it 中國國家標準(CNS) A4規格( x 297公酱Τ' 593148 A7 B7 五、發明説明（75 係於貫驗乙節識別。 1·^它結合能螬高之氤化合物 本發明之又一具體例中，氫氫陰離子反應或鍵結至週期 表代正電原子，如鹼金屬或鹼土金屬陽離子或質子。氫氫 陰離子也與任何有機分子，無機分子，化合物，金屬，非 金屬或半導體反應或键結生成有機分子，無機分子，化合 物，金屬，非金屬或半導體。此外，氫氫陰離子可與Hf， H;(l/p)，H:(l/p)或二氫分子離子 「 2α T 反應或 ηΊ lc =—-\ P · 鍵結。二氫分子離子键結至氫氫陰離子，故還原二氫分子 離子亦即二氫分子 ，rL V2a 1 ,、 P 之結合能低於化合 物之氫氫陰離子 "之結合能。 可與氫氫陰離子反應之反應物包括中性原子，帶負電或 正電原子及分子離子及自由基。生成含氫氫化合物之例 中’氫氫陰離子與金屬反應。如此於電解池氫陰離子反應 裔之具體例中’於陰極操作產生之氫、氫氫陰離子或二氫 與陰極反應生成化合物；及於氣體電池氫陰離子反應器具 體例中，操作期間產生之氫、氫氳陰離子或二氫與解離材 料或原子氫來源反應生成化合物。如此生成金屬-氫氫化 合物材料。 本發明化合物之範例包括下列。各種本發明化合物包括 至少一個氫物種Η，其為氫氫陰離子或氫原子；或於含兩 個或多個氯物種Η之化合物之例，至少此種Η為氫氫陰離 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210Χ 297公 ·； 裝 訂
▲ 593148 五、發明説明（76 子或氫原子，及/或兩種或多種化合物之氳物種於化合物 呈二氫分子離子（兩個氯）及/或二氨分子（兩個幻存在。 本發明化合物又包含一般氫原子或一般氨分子，此外包本 -種或多種結合能增高的氫物種。通常下列範例化合物： 此種一般氫原子及一般氫分子於此處稱作，，氫： 中之至少一者，又包含 Η·(1/Ρ) Η;，· MH，MH2及μ#2，此處旭為鹼金屬陽離子 ^於Μ#,之例，鹼金屬陽離子可不同）及11為氫氫陰離子或 氫原子；MHn，n=1至2 ,此處M為鹼土金屬陽離子及^1為 氫氫陰離子或氫原子；MHX此處M為驗金屬陽離子，乂為 中性原子或分子或帶負一價陰離子如函陰離子，氫氧陰離 子，碳酸氫根離子或硝酸根離子及H為氫氫陰離子或氫原 子；MHX此處Μ為鹼土金屬陽離子，χ為帶單一負電荷陴 離子如齒陰離子，氫氧陰離子，碳酸氫根陰離子或硝酸^ 陰離子及Η為氫氫陰離子或氫原子；ΜΗχ此處Μ為鹼土金 屬陽離子，X為帶雙負電荷陰離子如碳酸根陰離子或硫酸 根陰離子及Η為氫原子；ί^Ηχ此處“為鹼金屬陽離子（鹼 金屬陽離子可不同），Χ為帶單一負電荷陰離子如卣陰離 子，氫陰離子，碳酸氫根陰離子或硝酸根陰離子及η為氫 氫陰離子或氫原子；ΜΗη，η=1至5，此處Μ為鹼金屬陽^ 子及Η為氫氫陰離子，氫原子，二氫分子離子，二氫分子 般氫原子或一般氫分子； 個 M2Hn ’n==1至4此處！^為鹼土金屬陽離子及η為氫氫陰離 子’氫原子，二氫分子離子，二氫分子中之至少一者，及 又包含一般氫原子或一般氫分子（鹼土金屬陽離子可不 79- 本家料(CNS) A4^(21Qx 297公爱) 593148 A7
子此==屬
或確酸根陰離子及η為氫氫陰離子讀錢陰離子 子’二氫分子中之至少一者及又包含：二：：分子離 分子（驗土金屬陽離子可不同）；μ2Χη 或—般氫 為驗土金屬陽離子，-為帶負-價陰離子I:離：處Μ ^料 氫根陰離子切酸根陰離子及Η ^ 離子，風原子，二氫分子離子，二氫分子中 ―：給 及又包含-般氫原予(鹼土金屬陽離子可不同）· ’ :處Μ為驗土金屬陽離子，χ為帶負—價陰離子如：陰離 …虱乳陰離子，碳酸氫根陰離子或確酸根陰離子及以 虱虱陰離子或氫原子（驗土金屬陽離子可不同）；^吼， η=1至2，此處μ為鹼土金屬陽離子，χ為帶負二價阶離1 如竣酸氫根陰離予或硝酸根陰離子❹為氫氫陰離予，氫 原子’二氫分子離子’二氫分子中之至少一者，及又包本 一般氫原子（驗土金屬陽離子可不同）；Μ2ΧΧ,η，此處 鹼土金屬陽離子，Χ為帶負一價陰離子如南陰離予，氫氧 陰離子，碳酸氫根陰離子或硝酸根陰離子，X，為帶負二 價陰離子如碳酸根陰離子或硫酸根陰離子及Η為氫氫陰離 子或氯原子（驗土金屬陽離子可不同）；Μ2ΜΉη，η=丨至 3 ’此處Μ為鹼土金屬陽離子，M，為鹼金屬陽離子及η為 氮氯陰離子’氫原子，二氫分子離子，二氫分子中之至少 一者及又包含一個—般氫原子或一般氳分子；ΜΜ，ΧΗη， η=1至2 ’此處Μ為鹼土金屬陽離子，Μ，為鹼金屬陽離 -80- 本紙張尺度適财國时鮮(⑶
A7 B7 五、發明説明（78 ) :’ X為帶負一價陰離子如函陰離子，氫氧陰離子，碳酸 ^陰離子或硝酸根陰離子及Η為氫氫陰離子，氫原子， 一氫刀子離子，二氫分子中之至少一者及可又包含一個一 ，氫：子；μμ，χη，此處Μ為驗土金屬陽離子，μ,為驗 金屬陽離子，X為帶負二價陰離子如碳酸根陰離子或硫酸 根陰離子及Η為氫氫陰離子或氫原+ ; ，此處Μ 為驗土金屬陽離子，Μ,為驗金屬陽離子，X及X，各自為帶 負一價之陰離子如齒陰離子，氫氧陰離子，碳酸氫根或梢 酸^及Η為氫氫陰離子或氯原子；HnS，n^2，此處η 為氫氫陰離子，氫原子，二氫分子離子，二氫分子中之至 / 一者及又包含一個一般氫原子；MSiHn，η=；丨至6，此處 Μ為鹼金屬或鹼土金屬陽離子及Η為氫氫陰離子，氫原 子，二氫分子離子，二氫分子中之至少一者及又包含一個 一般氫原子或一般氫分子；MXSiHn，n=1s5，此處乂為 鹼金屬或鹼土金屬陽離子，Si可以鋁，鎳，過渡元素，内 過渡元素或稀土元素替代，χ為帶負一價之陰離子如齒陰 離子，氫氧陰離子，碳酸氫根或硝酸根或帶負二價之陰離 子如碳酸根或硫酸根及Η為氫氫陰離子，氫原子，二氫分 ^離子，二氫分子中之至少一者及又包含一個一般氫原子 或一般氫分子；ΜΑ1Ηη，η=1至ό，此處Μ為鹼金屬或鹼土 金屬陽離子及Η為氫氫陰離子，氫原子，二氫分子離子， =氫分子中之至少一者及又包含一個一般氫原子或一般氫 分子；ΜΗη，η=1至6，此處Μ為過渡、内過渡或稀土元素 陽離子如鎳及Η為氫氫陰離子，氫原子，二氫分子離子， -81 - 本紙張尺度適用巾_轉準(CNS) Α4規格(·Χ297公复)— 593148 五、 發明説明（79 二氫分子中之至少一者及又包含一般氫原子或一般氫分 子；MNiHn，n=l至6，此處Μ為鹼金屬陽離子，鹼土金屬 陽離子，矽或鋁及Η為氫氫陰離子，氫原子，二氯分子離 子，二氫分子中之至少一者及又包含一般氫原子或一般氫 分子，及鎳可由另一種過渡金屬、内過渡或稀土陽離子取 代；丁iHn，n=l至4，H為氫氫陰離子，氫原子，二氫分子 離子，二氫分子中之至少一者及又包含一個一般氫原子或 —般氫分子；Α12Ηη，η=1至4，此處Η為氳氫陰離子，氫原 子，二氫分子離子，二氫分子中之至少一者及又包含一個 —般氫原子或一般氫分子；，此處Μ為 鹼金屬或鹼土金屬陽離子，χ&χ，各自為帶負一價陰離子 如鹵陰離子，氫氧陰離子，碳酸氫根或硝酸根或帶負二價 陰離子如碳酸根或硫酸根，Η為氫氫陰離子，氫原;，二 氫分子離子，二氫分子中之至少一者及又包含一個一般I 原子，及其它陽離子如Si可替代Al;[KHmKC〇3]n，m，n= 整數，此處Η為氫氫陰離子，氫料，二氯分子離子，二 氫刀子中4至少一者及又包含一個一般氫原子； [JCHKOH]n，η為整數，此處Η為氫氫陰離子，氫原子，二 子κμΓγ氫分子中之至少一者及又包含-個-般氫 :、 m 3]η以，m，整數，此處X為帶負一價陰 ft产齒陰離子’氯氧陰離子，碳酸氫根或砩酸根及Η為 ==，氯原子，二氣分子離子，二氯分子中之至少 含—個—般氫原子；[ΚΗΚΝ。^為整數，Η •’玉* ’子，虱原子，二氫分子離子，二氫分子中之至 -82- X 297公釐） 本紙張尺度適财 593148 A7 B7 五、發明説明（8〇
少一者及又包含一個一般氫原子；[MHmM，X]n，m，n=整 數，包含中性化合物或陰離子或陽離子，此處，各自 為鹼金屬或鹼土金屬陽離子，χ為帶負一價陰離子如鹵陰 離子氲氧陰離子’故故氫根或硝酸根或帶負二價陰離子 如碳酸根或硫酸根及Η為氫氫陰離子，氫原子，二氫分子 離子’二氫分子中之至少一者及又包含一個一般氫原子； ηχ-，m，η=整數，此處Μ&Μ，各自為鹼金屬或 鹼土金屬陽離子，X及X，各自為帶負一價陰離子如鹵陰離 子，氫氧陰離子，碳酸氫根或硝酸根或帶負二價陰離子如 碳酸根或硫酸根及Η為氫氫陰離子，氫原子，二氫分子離 子一氣为子中之至少一者及又包含一個一般氫原子及 [MHmM’X’]n nMn+ ,m，n=整數，此處Μ，Μ，及Μ1，各自為鹼 金屬或鹼土金屬陽離子，χ及X，為帶負一價陰離子如鹵陰 離子，氫氧陰離子，碳酸氫根或硝酸根或帶負二價陰離子 如後酸根或硫酸根及Η為氫氫陰離子，氫原子，二氯分子 離子’二氫分子中之至少一者及又包含一個一般氫原子。 較佳構成結合能增南的氫化合物（如ΜΗη，η== 1至8 )之金 屬包括VIB族（Cr，Mo，W)及ΙΒ族（Cu，Ag，Au)元素。化 合物可用於純化金屬。純化可透過形成結合能增高的氫化合物其具有高蒸氣壓達成。各種化合物係藉冷凍泵送分 離0 可形成聚合物（至多MW=100,000道耳呑）之範例碎境，碎 氧燒及矽酸鹽具有與對應一般化合物其中氫含量僅為一般 氫Η不同的獨特特點。與氫物種之結合能增高有關之特性 -83 - ^紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) ' ^ -
訂
線 A7 B7 五、發明説明（8彳) 乂體化學，升溫穩定性及空氣中穩定性。範例化合物 ^/M2SlHn ’Μ1至8，此處M為鹼金屬或鹼土金屬陽離子 、子可相異）及Η為氫氫陰離子，氫原予，二氮分子離 ，二氫分子中之至少一者及又包含一個一般氫原子或一 ^氯分子，至8,此處Η為氫氫陰離子，氫原 ’二風分子離子，二氫分子中之至少一者及又包含一個 险雜氯原Γ或—般氫分子；SiHn，η==ι至8，此處η為氫氫 丢子’氳原子，二氫分子離子，二氫分子中之至少一者 及又包s 一個一般氫原子或一般氳分子；Si H4 ，n =整 此處Η為氫氫陰離子，氫原子，二氫分子;二氣 刀子中之至少一者及又包含一個一般氫原子或一般氫分 n^3n n正數，此處Η為氫氫陰離子，氫原子，二 氫分子離子，=氫分子中之至少-者及又包含-個-般； 原子或—般氫分子，SlnH4n〇m，η=整數，此處氫氫陰 離子’氫原子，二氫分子離子，二氫分子中之至少一者及 又包含一個一般氫原子或一般氫分子；sixH4x-2y〇y，X， 整數此處Η為氫氫陰離子，氫原子，二氫分子離子，二 氫刀子中<至少一者及又包含一個_般氫原子或一般氫分 子；SixH4x〇y，x，y=整數，此處Η為氫氫陰離子，氫原 子，=氫分子離子，二氫分子中之至少-者及又包含-個 一般氫原子或一般氫分子；SinIi4n · Η2〇，η=整數，此處Η 為氫氫陰離子，氫原子，二氫分子離子，二氫分子中之至 少一者及又包含一個一般氫原子或一般氫分子；sinHM2, n=整數，此處Η為氫氫陰離子，氫原子，二氮分子離子， 593148 A7 B7 五、發明説明（82 二氫分子中之至少一者及又包含一個一般氫原子或一般氫 分子；SixH2x+2〇y，χ，尸整數，此處η為氫氫陰離子，氫 原子，二氫分子離子，〔氫分子中之至少—者及又包含一 個一般氫原子或一般氫分子；Μ^ηΗΐ()η〇η，η=整數，=處 Μ為鹼金屬或鹼土金屬陽離子為氫氫陰離子，氫原 子，二氫分子離子，二氫分子中之至少一者及又包含一般 氫原子或一般氫分子；ΜΑηΗΐ()η〇η+ι，n=整數，此處“為 鹼金屬或鹼土金屬陽離子及H為氫氫陰離子，氫原子，二 氫分子離子，二氫分子中之至少一者及又包含一般氫原子 或一般氫为子，MqSinHm〇p，q，n，m，p=整數，此處乂為 驗金屬或驗土金屬陽離子及Η為氫氫陰離子，氫原子，二 氫分子離子，二氫分子中之至少一者及又包含一般氫原子 或一般氫为子，MqSinHm，q，n，m，=整數，此處μ為驗金 屬或驗土金屬陽離子及Η為氫氫陰離子，氫原子，二氫分 子離子，二氫分子中之至少一者及又包含一般氫原子或一 般氫分子；SinHmOp，n，m，p=整數，此處μ為鹼金屬或 驗土金屬陽離子及Η為氫氫陰離子，氫原子，二氫分子離 子’二氫分子中之至少一者及又包含一般氫原子或一般氫 分子；SinHm，n，m=整數，此處η為氫氫陰離子，氫原 子’ 一鼠分子離子’二氯分子中之至少一者及又包含一個 一般氫原子或一般氫分子；Si〇2Hn，η=1至6，此處Η為氫 氫陰離子，氫原子，二氫分子離子，二氫分子中之至少一 者及又包含一個一般氫原子或一般氫分子；MSi〇2Hn，η=1 至6，此處Μ為鹼金屬或鹼土金屬陽離子及Η為氫氫陰離 -85- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐） 裝 訂
593148 五、發明説明（83 氮原子一氫分子離子，二氫分子中之至少一者及又 包含—個—般氫原子或一般氫分子；， 此處Μ為驗金屬或驗土金屬陽離子μ為氯氣陰離子，氯 原子，二氫分子離子，二氮分子中之至少一者及又包本一 個一般氫原子或-般氫分子；M2SiHn，n=m，此處Μ 鹼金屬或鹼土金屬陽離子及Η為氫氫陰離子，氫原子，二 氯分子離子，二氫分子中之至少一者及又包含一個一錢 原子或一般氫分子；及聚垸基石夕氧燒，此處Η為氣氣陰離 子，氫原子，二氫分子離子，二氫分子中之至少_者及又 包含一個一般氫原子或一般氳分子。 本發明之尺寸縮小之超導體之具體例中，氫，二氣及或 二氫陰離子與電子來源反應或鍵結。電子來源可為任一種 ，期表帶正電荷原子如鹼，鹼土金屬，過渡金屬，内過渡 、’屬稀土，鑭系或娜系陽離子而生成，96 Mills GUT (255-264頁，併述於此以供參考）稱作晶格之結構。 結—合能增冑白勺氫化合物可錢氫陰離子電池、组乙節揭示 者藉施加電壓至電池組被氧化或還原成其它化合物。其它 化合物可透過陰極及/或陽極半反應生成。 、另外，結合能增高的氫化合物可經由由電解池，氣體電 池，氣體放電電池或電漿炬電池所得氫原子與矽反應生成 端基矽如氫原子相對於氫端基矽反應生成。例如矽置於電 池内側，於電池内產生的氫與矽反應生成結合能增高的氫 物種-端基矽。作為矽端基之物種可作為固態電子電路產 生之阻罩劑。 -86- 本紙張尺度適财a @家標準_^；格(2igx297公爱） 五、發明説明（84 ) 五、發明説明（84 ) 外延晶膜增長及真空沉積裝置及方法述於下列參考文獻 (併述於此以供參考）·· Fadei Komarov，離子走倐拎冬碼, Gordon and Breach Science pubiishers，費城，1992 年，特 另J pp. 1-37 ’ Emanuele Rimini，離子括入：萝置製造甚 t，Kluwer Academic Publishers，波士頓，1995 年，特別 結合能增高的氫化合物之另一種用途係作為摻雜半導體 製造上之摻雜劑或摻雜劑成分，各種半導體具有與起始物 料不同的頻帶間隙。例如起始物料可為一般半導體，一般 摻雜半導體或一般摻雜劑如矽，鍺，鎵，錮，坤，磷广 銻，硼，鋁III族元素，…族元素或V族元素。摻雜半導體 <較佳具體例中，摻雜劑或摻雜成分為氫氫陰離子。金屬 如碎可藉離子植人，外延晶膜增長或真空沉積，摻雜氯氯 陰離子生成優異摻雜半㈣。業界人士使狀離子植入， h Ziegler，（編者） PP- 33-252 ； 315-348 ； 173-212 第二版，Academic Press，Inc.，波 士頓，1988 年，特別ΡΡ· 2丨9-377。特殊p氫氫陰離子（H-㈣/p)此處p 為正數）可經選擇而於摻雜後提供所需性質如頻帶間隙。 結合能增高的氫化合物可與熱離子陰極材料反應降低材 ^費明（Fermi)能。如此提供比未摻雜起始物料更具高電 壓<熱離子產生器。例如起始物料為鎢，_或其氧化物。 摻雜熱陰離子陰極之較佳具體例中，摻雜劑為氫氫陰離 子如金屬可藉離子植入，外延晶膜增長或真空沉積 換雜風氣陰離子形成優異熱離子陰極。植入，外延晶膜增 長及真工/儿積裝置及方法如業界人士使用者述於下列參考
本紙張尺舰财準(CNS)"!说格(220 X 297公釐) 593148 五、發明説明（85 ) 文獻（併述於此以供參考）：Fadei Komarov，離子# <备#金 Mu，Gordon and Breach Science Publishers，費城，1992 年，特別ρρ._ 1-37 ; Emanuele Rimini，離子棺入：攀腎字】冷 羞礎，Kluwer Academic Publishers，波士頓，1995 年，特 別 pp. 3 3-252 ; 3 15-348 ; 173-212 ; J. F. Ziegler，（編者）， t予植入科技第二版，Academic Press，lnc·, 波士頓， 1988年，特別 ρρ· 219-377。 k氫氫陰離子撙取器 本發明之多個反應器中之各者包括：原子氫來源；固 體、熔體、液體或氣體催化劑中之至少一者；含原子氫及 催化劑之催化容器；及電子來源。反應器又包含獲取器， 其作為清除器以防氫原子與電池組件反應生成氫氫化合 物。獲取器也可用於逆轉氫與電池組件間之反應形成含氫 氫陰離子替代陽離子之氫氫化合物。 獲取器包含具有低工作功能之金屬如鹼金屬或鹼土金 屬。獲取器另外含電子及陽離子來源。例如電子或陽離子 源可為（1)放電電池電漿或電漿炬電池之電漿提供電子及質 子；（2)金屬氫化物如過渡元素或稀有元素氫化物提供電子 及質子；或（3)酸提供質子。 獲取益 < 另一具體例中，電池組件包含金屬其於高溫藉 f解或電漿蝕刻再生，或金屬具有高工作功能而可對抗與 氫反應否則將生成氫氫化合物。 又另-個獲取器具體例中，電池材料可與氫或氫氫陰離 子反應生成物質組合物其可接受或優於作為電池組件之母 88- 本纸張尺度適财國固冢標準(CNS) Αΐϋ格(21GX297公If 五、發明説明（86 材（例如較有彈性， 電池可包含，由選自下; 化材科如此處揭示之化人'I内视或塗布："抗氧 護層（如+ Μ )可由氫氧化材料而生成保 成二:：層其可防止進-步氧化)，·或3.)可生 料，二Γ其具有機械穩定性，不可溶於催化材 枓不會擴散至催化材料，及/ $认#产产 作溫度不會揮發。 及/或於虱虱反應器電池之工 結合能增高的氫全屬彳P人 數，槐、κ…風金屬化合物如NiHn&WHn，此處η為整 =文；：風反應器工作時生成，如實驗乙節所述(參見 1开1。.本發明之具體例中’獲取器包含金屬如鎳或鎢， j成Μ合物可分解而回復氫氫反應器所需组件之金屬 :如電池壁或氫解離器）。例如氫氫反應器之電池係由金 =或由石英或㈣經由例如真空沉積金屬化組成。 此種|>1 ;兄下電池包含獲取器。 若結合能增高的氫化合物具有比催化劑更低的塞氣壓 力，獲取器可作為低溫胖而與電池連通。低溫胖於獲取器 維持於介，電池溫度與催化劑辟器溫度間之溫度時可冷凝 結合能增鬲的氫化合物。低溫阱之催化劑極少或無冷凝。 獲取器範例包含圖3所示氣體電池氫陰離子反應器之低溫 阱 255 〇 於結合能增高的氫化合物具有比催化劑更高的蒸氣壓之 情況下，電池具有熱催化劑貯器與電池連通。貯器提供氣 化催化劑至電池。定期將催化劑貯器維持於可使催化劑冷 凝而結合能增高的氫化合物極少或無冷凝之溫度。結合能 -89 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(2i〇x 297公爱) 593148 A7 B7 五、發明説明（87 ) 增高的氫化合物於電池之升高溫度維持於氣相及藉泵或真 空泵或低溫泵去除。氣體電池氫陰離子反應器之範例泵 256示於圖3。 獲取器可與氣體電池氫氫反應器合併用於生成連續化學 反應器而產生結合能增高的氫化合物。如此於反應器内產 生之結合能增高之氫化合物可具有比催化劑更高的蒸氣 壓。該種情況下，電池具有熱催化劑貯器，其連續提供氣 化催化劑至電池。化合物及催化劑於工作期間連續低溫泵 送至獲取器。低溫泵送材料經收集及結合能增高的氫化合 物藉此處所述方法由催化劑純化。 如前述氫氫陰離子可鍵結至具有未成對電子之陽離子如 過渡或稀土陽離子生成順磁性或強謗電性化合物。氣體電 池氫陰離子反應器之具體例中，氫氫獲取器包含磁鐵，藉 此磁性氫氫化合物藉附著於磁性獲取器由氣相去除。 氫氫陰離子之電子可藉結合能比產物離子化氫更高的氫 原子去除。離子化氫氫陰離子又可進行催化及重分配而釋 放進一步能量。隨著時間之經過，氫氫陰離子產物傾向於 最穩定的氫氫陰離子ΗΓ(η= 1/16)。經由去除或添加氫氫化 合物，可控制電池產生之功率及能量。如此獲取器作為氫 氫化合物蒸器壓調節器，控制電池產生之功率或能量。此 種氫氫化合物蒸氣壓調節器包括一個泵，其中蒸氣壓係由 泵送速率決定。氫氫化合物蒸氣壓調節器包括低溫阱，其 中低溫阱溫度決定氫氫化合物蒸氣壓。氫氫化合物蒸氣壓 調節器之又一具體例包含流至恆溫低溫阱之流量限制，其 -90- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐） 593148 A7 B7 五、發明説明（88 ) 中至低溫畔之流速決定穩態氫氫化合物蒸氣壓。流量限制 範例包含可調式石英，锆或鎢柱塞。圖4所示柱塞4 0可容 許氫透過作為分子或原子氫源。 9 .氫氫燃料電池 作為燃料電池或電池組之陰極半反應產物，具極高穩定 性之氫氫陰離子表示優於本電池組及燃料電池習知陰極產 物之一大改良。原因為式（8)氫氫陰離子反應釋放之能量遠 較大之故。 本發明之燃料電池400示於圖9，包含氧化劑來源430， 容納於陰極腔室401而與氧化劑源430連通之陰極405，於 陽極腔室402之陽極410，完成陰極腔室401與陽極腔室402 間之回路之鹽橋420，及電負載425。氧化劑可為來自氧化 劑源4 3 0之氫。氫反應生成氫氫陰離子作為陰極半反應（式 (3 8))。結合能增高的氫化合物可提供氫。氫可藉熱或化學 分解結合能增高的氫化合物由氧化劑源43 0供給陰極。氫 可經由結合能增高的氫化合物與元素反應獲得，其替代化 合物中之結合能增高的氫物種。另外，氧化劑源430可為 本發明之電解池，氣體電池，氣體放電電池或電漿炬電池 氫氫反應器。燃料電池400之替代氧化劑包含結合能增高 之氫化合物。如結合至氫氫陰離子之陽離子Mn+(此處η為 整數）故陽離子或原子Μ(η_1) +之結合能低於氫氫陰離子 ίΛ (1 | Η·丄之結合能者可作為氧化劑。氧化劑源430如Mn+H'Sj \pJ y n 可為本發明之電解池，氣體電池，氣體放電電池或電漿炬 電池氫氫反應器。 -91 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 裝
線 593148 A7 B7 五、發明説明（89 ) 燃料電池之另一具體例中，氫來源430透過氫通路460與 容器400連通。氫來源430為根據本發明之產生氫之電池， 亦即電解池*氣體電池^氣體放電電池或電聚炬電池。鼠 係經由氫通路460供給。
引進之氫Η[~]與電子於燃料電池陰極405反應生成氫氫 P 陰離子ΙΓ( Ι/p)。還原劑與陽極410反應供給電子經由流經 負載425至陰極405，及適當陽離子經由從陽極腔室402通 過鹽橋420遷移至陰極腔室401而完成電路。另外，適當陰 離子如氫氫陰離子可由陽極腔室401經過鹽橋420遷移至陽 極腔室402而完成電路。還原劑可為任一種電化學還原劑 如鋅。一個具體例中，還原劑具有高氧化電位及陰極可為 銅。 電池之陰極半反應為： 一矿(丨/厂）. (38) 陽極半反應為： 還原劑―還原劑 (39) 總電池反應為： Η[~] +還原劑—還原劑++ΕΓ(1/ρ) (40)
P 燃料電池之具體例中，陰極腔室401作為陰極。該具體 例中，陰極可作為氫獲取器。 1 0.氫氫電池組 本發明之電池組顯示於圖9 A。電池組400f中，結合能增 -92- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 593148 A7 B7 五、發明説明（90 高的氫化合物為氧化劑；其構成電池組陰極半反應之氧化 劑。氧化劑例如為結合能增高的氫化合物含二氫分子離子 結合至氫氫陰離子，故被還原二氫分子離子，二氫分子 H： (χλ . P _ 之結合能低於氨氯陰離子H· H：\ 2c： 能。一種氧化劑為化合物 之結合 H_(l/p’）此處二 氫分子離子之？為2及氫氫陰離子之“為13，14，15，16 , 17，18 或 19。 裝 替代氧化劑可為含陽離子Μ η+(此處n為整數）結合至氫氫 陰離子之化$物，故陽離子或原子Μ(η-1}+之結合能低於氫 氫陰離子Η、…之結合能。陽離子可選自表2_ι列舉者。元 訂 線 素之離子化能（eV)[R· L. DeKock，Η· Β· Gray，化學結構及 鐘_結，The Benjamin Cummings出版公司加州孟蘿市， (1980) ρρ· 76-77,併述於此以供參考]使由Μ(η-ι)+(此處n為 整生成陽離子Mn+之第η離子化能IPn低於氫氫陰離子 Η 之結合能。另外，氫氫陰離子可選用特定陽離子使 IL氫陰離子不被該陽離子氧化。如此氧化劑t丄包本 Ρ η 陽離子Μη+，此處η為整數及氫氫陰離子η·^|，此處ρ為大 於1之整數經選擇使其結合能大於Μ(η·υ+。例如於He2 + (H-(1/p))2或Fe (H(l/p))4之例’因He+及Fe3 +之結合能分別為 54.4 eV及54.8 eV，故氫氫陰離子之p可為u至2〇。如此 -93- 593148 A7 B7 五、發明説明（91 ) 於He2 + (IT(l/p))2之例，氫陰離子選擇為具有比He + (54.4eV) 更高結合能。於Fe4 + (ir(l/p))4之例，氫陰離子選擇為具有 比Fe3 + (54.8 eV)更高之結合能。經由選擇穩定陽離子-氫氫 陰離子化合物，提供電池組氧化劑，其中還原電位係由氧 化劑之陽離子及陰離子之結合能決定。 電池組之另一具體例中，氫氫陰離子於電池組操作期間 經由從陰極腔室40 Γ經過鹽橋42(V遷移至陽極腔室402’而完 成電路。橋例如包含陰極導電膜及/或陰極導電器。鹽橋 可由沸石，鑭系硼化物（如MB6，此處Μ為鑭系元素）或鹼 金屬硼化物（如ΜΒ6此處Μ為鹼土）形成，其係基於氫氫陰 離子之尺寸小而被選用作為陰離子導體。 電池組可選擇性可再充電。根據蓄電電池組具體例，陰 極腔室40 Γ含有還原氧化劑及陽極腔室含有經氧化之還原 劑。電池組又含離子其遷移而完成電路。為了許可電池組 再充電，含結合能增高之氫化合物之氧化劑必須可藉施加 適當電壓至電池組獲得所需氧化劑#生。代表性適當電壓 由約1伏至約100伏。氧化劑Μη+Η^·^包含於所需電壓生 成之所需陽離子，其經選擇使由Μ(η·1)+形此處η為 整數之第η離子化能IPnm於氫氫陰離子H_ 此處ρ為大於 1之整數之結合能。 根據蓄電電池組之另一具體例，經氧化之還原劑包含氫 氫陰離子來源之結合能增高之氫化合物。施加適當電壓氧 化還原氧化劑呈所需氧化態可生成電池組氧化劑而還原經 -94- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)
593148 A7 —____ B7 五、發明説明（92 ) 氧化的還原劑至所需氧化態而生成還原劑。氫氫陰離子經 由從陽極腔室402’經過鹽橋420’遷移至陰極腔室4〇1，完成電 路。鹽橋420,可由陰極導電膜或陰極導體形成。經還原的 氧化劑例如為鐵金屬，經氧化的還原劑其具有氫氫陰離子 源可為例如氫氫化_ (Κ+ΗΓ(1/ρ))。施加適當電壓氧化經還 原的氧化劑（Fe)至所需氧化態（Fe4+)形成氧化劑（Fe4+(H-(l/p))4 ’此處氫氫陰離子之p為11至2〇之整數）。施加適當 電壓也將經氧化之還原劑（K+)還原至所需氧化態（κ)而形成 還原劑（却金屬）。氫氫陰離子經由從陽極腔室4〇2,遷移通 過鹽橋420’至陰極腔室40 Γ而完成電路·。 電池組之另一具體例中，還原劑包含質子來源，其中質 子經由從陽極腔室402’經過鹽橋420,遷移至陰極腔室401，而 完成電路。鹽橋可為質子導電膜及/或質子導體如固態普 羅丐（perovskite)型質子導體其基於SrCe〇3如 31^0.9丫0.08灿0.02〇2.97及31^〇0 95丫130 05〇3-^。質子來源包 括含氫原子，分子及/或質子之化合物如結合能增高的氫 化合物，水，分子氫’氫氧化物，一般氫陰離子，氫氧化 銨及HX其中X-為鹵離子。例如含質子來源之還原劑氧化 而產生質子及氣體其可於電池組操作期間通風排放。 蓄電電池組之另一具體例中，施加電壓氧化經還原的氧 化劑至所需氧化態形成氧化劑及氧化經還原的還原劑至所 需氧化態而生成還原劑。質子經由從陰極腔室40 Γ經過鹽 橋42 (V遷移至陽極腔室402’如質子導電膜及/或質子導體完 成電路。 -95- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公董)
電池組之另— 之内電阻或藉外 應物之氫氫陰離 路。 具體例中，氧化劑及/或還原劑藉電池組 部加熱器450’供給熱量熔化。熔融電池反 子及/或質子經過遷移通過鹽橋42〇,完成電 電池組之另一且峰7，丄 、植例中，陰極腔室401’及/或陰極丨 如可以下列之至少本π丄 ϋ：) 1?ί 者形成、内襯或塗布：h)具氧化抗性
足材料如結合能3骑合人人斤，，A 保謹層之材料4 5物；2·)由氧化劑氧化而形成 = .，，陰離子不透層其可防止進一步氧化，其 *亟θ ^導電；3 )一種材料其形成保護層其為機械穩定 ,，不可落於氧化劑材料及/或不會擴散入氧化劑材料， 其中陰極層導電。 為了防止腐蝕，包含氧化劑之結合能增高的氫化合物可 懸浮f真空及/或可藉磁力或靜電方式_，因此氧化劑 不g氧化陰極腔至4G Γ。另外氧化劑可於不需電流時懸浮 及/或與電路電隔離。氧化劑可藉電容器或絕緣體與陰極 氫氫陰離子可藉此處所述純化法回收及循環使用。 電池組之具體例中陰極腔室4 〇丨，作為陰極。 電壓較高之電池組包含該串聯連結之偶數η個電池組電 池，其中串聯化合物電池之電壓約為η χ 6〇伏。 ϋ ·氫氫陰離子炸藥及女箭燃料 式（7)預測穩定氫氫陰離子可對參數ρ^24形成。由氫原子 還原形成氫氫陰離子釋放之能量通過最大值；而二氫分子 總能量大小（式（2 4 ))呈ρ之函數連續增高。如此當ρ接近 -96- 593148 A7 B7 五、發明説明（94 24時，Η·(η=1/ρ)與質子反應生成 Η： C = ——2. Ρ 其 具有低活化能並釋放典型化學反應能量之千倍能量。π. Γ Λ/2αη I , 也可藉氫氫化合物之熱分解 n= 1/p)反應生成 ，j ρ」 —，w A A〜口仍< %为、骄 (式（36))進行。例如氫氫陰離子Η·(η==1/24)(結合能約〇6535 eV)與質子反應生成二氫分子 能約8.928 eV)及能量為 H'{n = 1 / 24)^- .2500 π νχ 24~ (具第一結合 (4 I ) 此處反應能量為式（7)及（24)之合（其為產物二氫總能量減 反應物氫氳陰離子總能量）。 H： 2c—- 玉] 2.4 2/VT/T(": = 1/24)- 為
A 24
'^〇〇eV^2M (42) 此處M+為氫氫陰離子之陽離子，Μ為經還原之陽離子及反 應此里大體為式（7)及（24)之兩倍（為產物二氫總能量減兩 個反應物氫氫陰離子之總能量）。 氫氫化合物之一種用途為炸藥。化合物之氫氫陰離子與 質子反應生成二氫（式（41))。另外氫氫化合物分解生成二 氫（如式（42))。反應釋放出爆炸力。 質子爆炸反應中使用質子來源如酸（HF，HC1，h2S04或 -97- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 593148 A7 B7
五、發明説明（的 ) HN〇3)或超級酸（HF + SbF5 ; HC1+A12C16 ; H2S〇3F + SbF5 ;戈 i^SCU+SOdg)) 〇爆炸係經由快速混合含氫氫陰離子化合物 與酸或超級酸引發。快速混合係經由將氫氫陰離子化合物 之近端習知炸藥引爆達成。 氫氫化合物之快速熱分解而產生爆炸反應中，分解可藉 引爆氫氫化合物附近之習知炸藥引起或藉衝擊加熱氫氣化 合物引起。例如子彈梢端可含氫氫化合物其於衝擊時藉衝 擊加熱引爆。 胃 較加具體例中，炸藥之氫氫陰離子之陽離子為鋰離子 (Li+)因其質量低之故。 氫氫化合物之另一種用途係作為固體、液體或氣體火箭 燃料。火箭推進劑動力係由氫氫陰離子與質子反應生成二 氫（式（41))或經由加熱分解氫氫化合物形成二氫（例如式 (42))。前述例中，質子來源經由有效混合含氳氫陰離子化 合物與質子來源而引發火箭推進劑反應。混合可藉引發習 知火箭燃料反應進行。後述例中，火箭燃料反應包含含氫 氫化合物或結合能增高的氫化合物之快速熱分解。熱分解 可由引發習知火箭燃料反應或藉衝擊加熱引起。火箭燃料 足較佳具體例中，氫氫陰離子之陽離子為鋰離子（Li+)因並 質量低之故。 分離及純化含式（7)特定p之氫氫陰離子化合物之方法係 以多種氫原子探測不同電子親和力。第—步驟卜氯原子 與物質組合物反應，如鹼金屬或鹼土金屬以外之金屬其還 原王部氫原子生成穩疋氫陰離子，但未與H[i]反應生成
-98-
A7 _ B7 發明説明（96 ) " Η (η- 1/p)，此處p為整數，原因為物質組合物之工作功能 過高或反應自由能為正。第二步驟中，收集非反應性氫原 子及興笔子來源如電裝或驗金屬或驗土金屬反應生成H· (n=l/p)包括H-(n=l/24)，其中式（7)較高整數p之氫原子為 非反應性’原因為其不會生成穩定氫氫陰離子故。例如氫 原子束於第一階段進入含鎢之容器，任其製造pg23氫氫陰 離子，及任p大於2 3之非反應性氫進入第二階段。於第二 階段，唯有p=24形成穩定鹼金屬或鹼土氫化物。氫氫陰離 子Η·(η=1/ρ)包括Η·(η=1/24)係藉此處對氫氫反應器所述方 法收集呈化合物。 分離及純化含式（7)特定p之氫氫陰離子化合物之另一策 略係藉離子迴旋加速器共振光譜方法。一個具體例中式（7) 之所需p之氫氫陰離子被捕集於離子迴旋加速器共振儀 器’迴旋加速器頻率經激發而射出離子可被收集。 12·其它催化劑 根據本發明之具體例，提供催化劑其與一般氫陰離子及 氲氫陰離子反應生成結合能增向的氫陰離子。此外，提供 催化劑其與雙電子原子或離子反應生成結合能增高的雙電 子原子或離子。也提供催化劑其與三電子原子或離子反應 而生成結合能增高的三電子原子或離子。各例中，反應氣 包含固體、溶體、液體或氣體催化劑；容器含反應物氫陰 離子或二或三電子原子或離子催化劑。催化係經由反應物 與催化劑反應發生。結合能增高的氫陰離子為前文定義之 氫氫陰離子。結合能增鬲之二及三電子原子及離子為具有 ___ -99- I紙張尺度適财a a家鮮(CNS) M規格(21G χ 297公爱) 593148 A7 B7
(43) (44) 比較已知對應原予或離子物種更高結合能之離子 具所需P之氫氫陰離子H_(1/P)可根據式（8)還原對應氮合 成。另外氫氫陰離子可被催化過渡至結合能掸 獲得 所需氩氫陰離子。此種催化劑之淨焓等於產物之結合能與 反應物氳氫陰離子之結合能差，各自以式（7 )表示。例如 反應之催化劑
(1) (,\ H· Η' 1 [pj [p^^J 此處p及m為整數，具有焓約 (1 ) (Λ Η、p + 結合能-Η、w結合能 此處各結合能由式（7)表示。其它催化劑具有淨焓等於反應 物氫氫陰離子位能最初增加幅度，相當於中場增加整數 m °例如
訂 \P) [p^mJ (45) 反應催化劑，此處p及m為整數，具有焓約 2(/7 + m)c' 4；τε。/. (46) 此處7Γ為7Γ，e為元素電荷，ε〇為真空電容率及r為Η-^/ρ) 半徑以式（21)表示。 任何原子，離子，分子或分子離子過渡成結合能增高之 能態之催化劑具有淨焓相當於反應物位能最初增加幅度， 對應於其中場增加整數m。例如催化劑供任何二電子原子 -100- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)
線 593148 A7 B7 五、發明説明（98 反應具有Z大於等於2反應成結合能增高狀態具有最終中 場增加m，表示為 (47) 二電子原子（Z)—二電子原子（Z+m) 此處Z為原子之質子數及m為整數，該催化劑具有給約 2(Z — I /n)e' 4>T£m (48) 此處r為’96 Mills GUT式（7· 19)所示二電子原子半徑。半後為 (49) λ/374 z-ι ζ(ζ-i)y 此處a〇為波爾半徑。鋰反應至結合能增高狀態具有最終中 場增加m之催化劑具有焓約 (50) (Z-2 +岭2 此處Ο為’96 Mills GUT式（10.13)表示之鋰之第三電子半 徑。半徑為 Γ3
V3M (51) V37?' • 一. ί.5559 α, 具有Ζ > 3之任何三電子原子反應呈結合能增高狀態具有終 中場增加m之催化劑具有焓約 .52) -101 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 593148 五、發明説明（" ) A7 B7
此處1·3為’96 Mills GUT式（10.3 7)列舉之三電子原子之# 電子半徑。半徑為 1 + -Ζ- 3] -Ζ ~ 2. 7：10^ [3~ q單位爲a〇 (Z - 2) -· 打丨 (53) 此處h為式（49)列舉之電子1及電子2半徑。 13.實驗 13,· 1精XPS( X光光電土光j[挺）識別_蓋，二新另（直^離子 XPS可測量一個原子之各個電子之結合能匕。具有能量 Ehv之光子來源用於由樣本離子化電子。離子化電子發射 能量E動能： E 動能=Ehv-Eb-Er (54) 此處Er為可忽略的回跳能。發射電子之動能係藉測量使其 碰ί里偵測器所需磁場強度。E㈣及Ehv為實驗已知及用於計 算Eb，亦即各原子之結合能。如此χρ s可識別原子。 結合能增高的氫化合物示於其它結合能增高的氫化合物 乙節。各種氫氫陰離子及氫之結合能可根據式（7)及式（i) 獲得。XPS用於證實產生n=l/2至n=l/16氫氫陰離子，Eb=3 eV 至 73 eV，n=l/2 至 n=l/4 氫，Eb = 54.4 eV 至 217.6 eV 及 n=l/2至n=l/4二氫分子，Eb = 62.3至248 eV。於氫原子及二 氫分子之例，此種範圍為能量之最低幅度。此範圍之峰值 預測度為最豐富。於氫氫陰離子之例n=l/l6為最穩定的氫 -102- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐）
裝 η
593148 A7 B7 五、發明説明（100 ) 氫陰離子。如此能量範圍Eb=3 eV至73 eV之XPS可偵測此 等狀態。XPS係於表面進行而無陰極對此等峰之背景干 擾。碳如圖1 0所示大體具有零背景由〇 eV至287 eV。如此 於碳陰極之例’ n=l/2至n=l/16氫氫陰離子，n=l/2至n=l/4 氫及n=l/2至n=l/4二氫峰並無干擾。 根據式（7)之氫氫陰離子結合能示於表1，根據式（丨）之氫 結合能示於表2及根據式（3 1)之二氫分子結合能示於表3。 表2·氫原子呈式（1) n之函數之代表性結合能。 η Eb(eV) 1 13.6 1/3 54.4 1/4 122.4 1/4 217.6 表3 . 二氫分子呈式（31) η之函數之代表性結合能。 η Eb(eV) 1 15.46 1/2 62.3 1/3 139.5 1/4 248 13· 1.1藉XPS識別氫原子及二氫分子之實驗方法 對勒海大學辛克來研究室奇特默亞表面研究中心用於破 -103- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（101 酸卸水溶液電解之碳陰極進行―系列奶分析而識別氯及 二氫結合能峰，其中樣本經徹底洗滌去除水溶性氫氫化合 物。高品質光譜係於300至〇 eV之結合能範圍獲得。此種 旎區完全含盍c 2p區及約55 eV區，其約略定位Η(η=1/2μέ 合能54.4 eV，約123 eV區為Η(η=1/3)結合能之約略區122·4 eV,環繞218eV區其為H(n=l/4)結合能2l7.όeV之約略區， 環繞63 eV區其為二氫分子 「 ! % π = ;; 2c. 結合能62.3 eV之約略區，環繞14〇 6从區其為二氫分子 Η： 250 eV區其為二氫分子 結合能139.5 eV之約略區，及環繞 H：
結合能248 eV 之約略區。 樣本1號陰極及陽極各自含5厘米χ2毫米直徑高純度玻 璃石反棒。黾解負含0.57 Μ碳酸卸（puratronic 99.999%)。電 解係於2.75伏進行3週。由電池取出陰極，即刻以蒸餾水 徹底清洗，及以氮氣流乾燥。適當尺寸塊係由電極切割， 安裝於樣本座上並置於蒸空系統。 13.1，2結果與討論 對照玻璃碳棒之X光光電子光譜（xps)之〇至12⑽eV結合 能區不於圖10。樣本丨號之研究光譜示於圖丨丨。主要元素 識別於圖中。大部分未經辨識峰為二次峰或一次元素之關 聯喪失特徵。圖1 2顯示樣本1號之低結合能範圍（〇_285 -104 593148 A7 B7 五、發明説明（1〇2 ) eV)。圖1 2顯示於結合能54 eV之氫原子Η(η=ι/2)，於結合 能122.5 eV之氫原子H(n=1/3)及於結合能218 eV之氩原子 H(n=l/4)。寬標記峰為最感興趣之峰原因為其接近氫 (n=1/2) ’ 54·4 eV，（n=l/3)，122.4 eV及(n=l/4)，217.6 eV之 預測結合能。雖然吻合度明顯，但於指定54 eV , 122 5以 及 218 eV 特徵給氫，H(n=l/2)，H(n=l/3)及 H(n=l/4)前必須 去除其它可能的解釋。如下示，各種已知可能之解釋皆可 排除。 可能出現接近54 eV峰之元素可分三類：1〇精密結構或 王要表面成分亦即碳（c)或鉀（κ)之一者之關聯喪失特徵； 2.)—次峰於54 eV附近之元素亦即鋰（Li) ; 3 )二次峰於54 eV附近之元素亦即鐵（Fe)。於精細結構或喪失特徵之例 中，由於圖10純碳之XPS光譜不存在有碳關聯之此種精細 結構或喪失特徵故將碳排除於外。鉀也被去除，原因為Μ eV特徵形狀與圖丨4所示螺旋形狀顯著有別。鋰（^丨）及鐵 (Fe)也被去除，原因為此等元素不存在有其它峰，若干峰 強度遠比約54 eV峰更強（例如鐵之71〇及723〜峰不存在於 研究掃描及於23 eV之氧學太小非來自氧 果 符合54eV之寬峰指定給仏㈣/2)。 聊、、口果 可能產生接近m_“v辛之元素可分成兩類：關聯主要 面兀素〈一之精細結構或喪失特徵，亦即碳咖其二次 /IH4eV附近之元素亦即銅（Cu)及蛾⑴。以精細結構 或=特徵為例’碳被排除’因圖10純碳之xps光譜未顯 r關聯此等精細結構或喪失特徵…次或二次峰位於
593148 A7 B7 五、發明説明（103 122.4 eV附近之元素也被排除，原因為不存在有此等元素 之其它峰，若干峰之強度可能遠比約122·4 ev峰更強（例如 不存在有破之620及631 eV峰’不存在有銅之931及95;1… 學PXPS結果符合將122.5 eV寬峰指定給氫H(n=1/3)。 可能產生接近217.6 eV學之元素可分成兩類：與主要表 面兀素之一亦即碳（C)關聯之精細結構或喪失特徵；與主 要表面污染物之一亦即氯（C1)關聯之精細結構或喪失特 徵。於精細結構或喪失特徵之例，因圖1〇純碳之xps光譜 未顯示碳關聯之此種精細結構或喪失特徵，故碳被排除。 一次峰於217.6eV附近之元素也不可能，原因為此區氯之 結合能為199 eV及201 eV其不匹配217·6 eV之導。此外平 坦基線不符合氯之螺形峰。XPS結果符合將218〜之寬峰 指定給H(n= 1 /4)。 圖1 3顯示於結合能63 eV之二氫
全:2c.今 分子峰作為納峰之肩。圖12顯示於結合能l4〇 ev之二氫 H: 分子峰及於結合能249 eV之二氯y 分子峰。雖然吻合顯著，但於將63 eV， 被指定給二氫 Η： η 2c = • H： •", 2c = y'2a 140 eV及 249 eV特 Ί,.，- Άν 及 Η： 月’J須去除所有其它可能的解釋。 唯一可能產生接近63辦者為欽；但未存在有鈇之其它 -106-
_______B7 五、發明説明（104 ) 導。以140 eV峰為例，唯—可能存在的元素為鋅及错。此 寺元素被纟除原因為兩種元素產生其它強度相等或更大之 導（例如錄之413 eV及435 eV及鋅之1〇21…及1〇44以）不 存在。於249 eV峰之例，唯-可能候選元素為铷。此種元 素已被排除’原因為其產生其它具相等或更大強度之峰 (例如240，111及112铷峰）不存在。 XPS結果符合將63 eV之肩指定給=丄.v = , : 2… 2 140 eV之分裂峰指定給 「 1 nj π 及249 eV之 分裂锋指定給 -4 4· 。此等結果吻合表3 所示方程式（3 1)所得結合能預測值。 氫原子及二氫原子可結合氣氣陰離子生成性化合物如
NiHn此處η為整數。驗證於藉飛行時間-二次離子-質譜術 (丁觀MS)識別氫氫化合物乙節，且代表新穎化學。存在 有氫及-氫♦可藉樣本存在有可生成此種Μ結之有銷及免 而挺升。峰（異常寬度，能量移位及峰之分裂吻合此型鍵 結至多個元素。 13.1.3藉XPS識別氫氫陰離子之實驗方法 對碳酸钾水溶液電解使用之碳陰離子及結晶樣本藉勒海 大學辛克纟爾實㉟室之奇特默亞表面％究中心進行一系列 XPS分析識別氫氫陰離子結合能峰。於〇至3〇〇6¥結合能範 圍獲得高品質光譜。此能區完全遮蓋C2p區及氫氫陰離子 -107-
本紙張尺度適用中國國家標準(cns) 593148 A7 五、發明説明（1〇5 ) 結合能3 eV (Η-(η=ι/2))至 73 ev (Η-(η=ι/16))周圍區。（某些 例中，3 eV周圍區因樣本帶電故難獲得）。樣品2號至3號 之製備如下： 13.1.3.1碳電極樣本 樣本2唬。陰極及陽極各含5厘米x 2毫米直徑高純度玻 璃奴棒包解貝包含〇·57 Μ碳酸鉀（純度99.999%)。電解於 2.75伏進行3週。由電池中去除陰極，即刻以蒸餾水清洗 及以氮氣流乾燥。#電極切下一片適當大小，安裝於樣本 座上並置於真空系統。 樣本3唬。樣本2號電極之其餘部分儲存於密封塑膠袋内 3個月，此時一片適當大小由電極切下安裝於樣本座並置 於真空系統及進行XPS掃描。 13.1.3.2得自電解池之晶體樣本 於碳酸鉀水溶液對應於催化劑κ+/κ+電解期間製備氫氫 化合物。電池由1〇加侖（33吋χ 15吋）撓俊（Naigen◦槽 (54100-0010型號）製成。兩顆4吋長χι/24直徑端子螺栓 栓於盍上，及校正加熱器用索插過蓋。電池總成示於圖 1。 陰極包含1 .)5加侖聚乙烯桶作為穿孔（篩孔）支持結構， 此處於表面上以0.75吋之孔中心間距鑽多個〇·5吋孔；及 2.)5000米之0.5毫米直徑乾淨冷軋鎳線（犯2〇()().〇197|,， HTN3 6NOAGI，Α1鋁線技術公司）。鎳線均勻捲於篩目支 持結構周圍呈150段各33米長。各15〇段之末端紡績形成3 纜，每纜50段。纜壓入端末連接器並栓至陰極端柱/此連 -108- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210Χ 297公复)_ 593148 五 發明说明（鄉 A7 B7 接器以環氧樹脂遮蓋以防腐蝕。
裝
線 陽極係由1 5個鉑化鈦陽極（10-Engelhard Pt/Ti篩目1.6叶 X 8对附有一根3 / 4吋χ 7吋桿附接至h6吋邊鍍有丨〇〇 ^系 列3 000 ’及5-Engelhard 1吋直徑X 8吋長度鈦管附有一根 3 /4叫' X 7叶桿固定於一端内部且鍍敷以1 00 U鉑系列 3000)。3/4忖寬翅片係於各陽極桿末端藉朝向陽極直角彎 折製成。於各翅片中心鑽個1/4吋孔。翅片螺栓至12 25叶 直徑聚乙烯圓盤（Rubbermaid型號#JN2-2669)環繞周邊等 距。如此製成陣列含丨5個陽極由圓盤懸吊。陽極以1/4吋 聚乙缔螺栓螺接。各陽極翅片圓盤間夾置平坦鎳圓柱亦螺 接至翅片及圓盤。圓柱係由7 · 5厘米x9厘米長χ〇·125厘米 厚錄羯製成。圓柱橫過圓盤而另一端被壓迫套住1〇條 AWG/600 V銅線。接點以收縮管及環氧樹脂密封。銅線壓 合入兩個端子連接器並螺接至陽極端子。接點以環氧樹脂 覆蓋以防腐餘。 組裝前，陽極陣列於3 Μ鹽酸清潔5分鐘及以蒸餾水清 洗。陰極置於〇·57 Μ碳酸鉀/3%過氧化氫之槽内6小時清潔 然後以蒸餾水清洗。陽極置於中間陰極與外陰極間之支 座’陽極總成置於含電解質之槽内。電源以電池組、纜線連 接至端子 〇 電解質溶液為28升0.57 Μ碳酸钾（Alfa碳酸钾99 ±°/〇)。 权正加熱器為57.6歐姆1000瓦Incolloy 800護套鎳鉻加熱 為’其由陽極陣列聚乙烯圓盤懸吊。由Invar^|定功率（土 〇.1%電源（型號#丁1>36-18))供電。電壓（±〇1。/())及電流（± -109-
593148 A7 __ _ B7 五、發明説明（1〇7 ) 〇·1%)係以Fluke 8600A數位乘法器記錄。 弘解係於2 0安怪定電流以怪定電流（士〇 〇2%)電源（KepC0 型號# ATE 6-100M)進行。 電壓（±0.1%)係以Fluke 8600A數位乘法器記錄。電流（土 0.5%)係由Ohio Semitronics CTA 101電流轉換器讀取。 溫度（± 〇· TC )係以微處理器溫度計〇mega HH21使用K型 熱偶記錄，熱偶插過槽蓋及陽極陣列圓盤之1/4吋孔。為 了去除溫度梯度存在之可能，係遍布全槽測量溫度。於熱 偶檢測範圍（± 〇 · 1 °C)内未見位置變化。 溫度升高至高於周圍溫度（△ Τ=τ(單獨電解）-(τ (空 白））’每日1己錄電解功率。加熱係數係由開關内電阻加熱 器I ”飛行時間”決定，由附有及未附有加熱器時之損失差 異稱作電池常數。2 〇瓦加熱功率每7 2小時添加至電解 池’此時許可2 4小時達到穩態。記錄溫度升高至高於周圍 溫度（ΔΤ2=Τ(電解+加熱器）-Τ(空白））及電解功率及加熱 器功率。 全部溫度測量中，，’空白組，’包含2 8升水於丨〇加侖（33吋 X 15吋）撓俊槽附有蓋（型號# 54100-0010)。擺拌器包含i 厘米直徑X 43厘米長玻璃棒，一端扣接〇·8厘米X 2.5厘米 鐵弗龍半月形槳。另一端連接至變速攪拌馬達（Talb〇ys儀 器公司型號# 1075C)。攪棒以250 RPM轉動。 ’’空白組，，（非電解池）經攪動而模擬因噴氣於電解池内造 成的揽動。因攪動造成的丨瓦熱量使空白池於高於周圍溫 度0.2°C攪動。 -110- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（108 ) ”空白組”之溫度（土 0.1°C)係以微處理器溫度計（0mega HH21系歹ij)記錄，溫度計插過槽蓋之1/4吋孔。 產生結合能增高的氫化合物之6·3 X 108焦耳形成熱給之 電池係由BlackLight電力公司（賓州馬爾文）操作，後文稱 作n BLP電解池π。電池相當於此處所述。電池亦由Miiis等 [R· Mills，W. Good，and R. Shaubach，Fusi〇n Technol 25 103 (1994)]說明，但不含額外中心陰極。
Thermacore公司（嘴州蘭卡斯特）操作Mills等[r Mills W Good, and R. Shaubach, Fusion Technol. 25, 103 (1994)]所述 之電解池，後文稱作”熱芯（Thermacore)電解池”。此種電 解池產生結合能增高的氫化合物之生成焓1.6 X 1 〇9焦耳， 超過電解電壓及電流隨時間之經過之乘積所得總輸人纟含之 8倍。 由電解質所得樣本為樣本#4，#5，#7，#8，#9及#9A : 樣本# 4。樣本係將電解池乙節之晶體樣本所述BLP電解 池所得碳酸4甲電解質使用瓦特曼110毫米濾紙（型號丨450 110)過濾獲得白色晶體。將樣本安裝於聚乙烯撐體上獲得 XPS。也獲得質譜（質譜術電解池樣本#4)及TOFSIMS (TOFSIMS 樣本 #5)。 樣本# 5。樣本係使用硝酸酸化得自BLP電解池之碳酸鉀 電解質及濃縮酸化溶液至於室溫放置時生成黃白色晶體製 備。將樣本安裝於聚乙烯撐體上獲得XPS。也獲得類似樣 本之質譜（質譜術電解池樣本#3)，TOFSIMS光譜（TOFSIMS 樣本 # 6 )及 TGA/DTA (TGA/DTA樣本 # 2 )。 -111 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 裝 訂
線 A7 _ B7 五、發明説明（1Q9 ) 樣本# 6。樣本之製法係將得自電解池之晶體樣本乙節所 述熱芯電解池所得碳酸鉀電解質濃縮至恰生成黃白色晶體 製備。將樣本安裝於聚乙晞撐體上獲得XPS。也進行XRD (XRD樣本 #2)，TOFSIMS (TOFSIMS樣本 #1)，FTIR (FTIR樣 本 # 1 )，NMR (NMR樣本 #1)，ESITOFMS(ESIT〇FMS 樣本 #2) 〇 樣本#7。樣本之製法係將300 cc得自BLP電解池之碳酸 鉀電解質使用旋轉蒸發器於50°C濃縮至恰生成沉澱製備。 容積約為50 cc。添加額外電解質同時於50°C加熱至晶體消 失。然後任飽和溶液於25 °C於密封圓底瓶内放置3週增長 晶體3週。晶體之XPS光譜係將樣本安裝於聚乙烯撐體上 獲得。也獲得TOFSIMS (TOFSIMS 樣本 #8)，39K NMR (39K NMR樣本#1)，雷蒙光譜術（雷蒙樣本#4)及ESITOFMS (ESITOFMS 樣本 #3)。 樣本# 8。樣本之製法係以硫酸酸化100 cc得自BLP電解 池之碳酸鉀電解質製備。任溶液於250毫升燒杯於室溫放 置開啟3個月。細白色晶體藉相當於薄層層析之機轉於燒 杯壁上形成，使用大氣水蒸氣作為動相及燒杯之派洛克 (Pyrex)矽氧作為靜相。收集晶體測量xps。也執行 TOFSIMS (TOFSIMS樣本#1 1)。 樣本# 9。於Idaho國家工程實驗室（INEL)操作6個月之碳 酸鈣電解池陰極（類似得自電解池晶體樣本乙節所述）置於 2 8升0·6 Μ碳酸鉀/10%過氧化氫。200 cc溶液以硝酸酸 化。溶液濃縮成1〇〇 cc且任其放置一週至生成大體透明五 -112- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) A7 __________B7 五、發明説明（110 ~ ~--- 角晶體。晶體經過濾及進行XPS。 樣本#9A。於ldah〇國家工程實驗室⑼el)操作6個月之碳 酸鈣電解池陰極(類似得自電解池晶體樣本乙節所述)置於 28升0·6 Μ硬酸卸/10%過氧化氫。2〇〇⑶溶液以硝酸酸化。 任溶液於250毫升燒杯於室溫開啟放置3個月。細白色結節 型晶體藉相當於薄層層析之機轉於燒杯壁上形成，使用大 氣水蒸氣作為動相及燒杯之派洛克（pyrex)矽氧作為靜相。 收集晶體測量xps。也執行T0FSIMS (丁〇FSIMS樣本#12)。 13.1.4結果與討論 於儲存削（樣本#2)及儲存後（樣本#3)於0.57 Μ碳酸4甲電 解質電解後，玻璃碳棒陰極之低結合能範圍（〇-75 eV)分別 示於圖14及圖15。對電解後即刻掃描之樣本而言，鉀峰κ 及氧峰Ο位置識別於圖丨4。存放3個月後該電極之高解析 度XPS示於圖1 5。對ρ=2至ρ==12之氫氫陰離子峰Η· (η=1/ρ)，钾離子峰κ及鈉離子峰Na及氧峰〇(由於必然小 於鉀峰故為次要貢獻者）識別於圖丨5。（p=16之其它氫氫陰 離子峰識別於65 eV至73 eV區之研究掃描（未顯示出。於 氫氫陰離子預測結合能位置之辛顯著增高，而於1 8 ev及 34 eV之鉀峰相對顯著下降。於1〇72 eV及495 eV(於研究掃 描（未顯示出））65 eV及31 eV(圖15)之鈉峰也藉儲存顯像。 氫氫陰離子峰於儲存時提升之機轉為來自主要為氫氫化鈉 之電極本體晶體增長。（儲存鎳陰極上之晶體生長之光繞 射顯示無法指定給已知化合物之學，如藉XRD識別氫氫化 合物乙節所述）。此等隨著存放之改變大體可消除被指定 113 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公董) ---------B7 五、(m~~) - 為氫氫陰離子之峰來源雜質，原因為雜質峰變寬而強度因 氧化或以其它方式下降。 由電解質分離純氫氫化合物為由XPS樣本去除雜質之手 段，其同時以複分解方式清除可能被指定為氫氫陰離子峰 又雜質。樣本# 4 ,# 5及# 6係由碳酸鉀電解質純化。研究 掃描分別顯示於圖16，18及20，並識別主要元素。研究掃 描中未存在有任何雜質可指定給低結合能區之峰，唯有納 於64及31 eV，鉀於18及34 eV及氧於23 eV。因此此區之 任何其它峰必然來自於新穎組合物。 P=2至p=16之氫氫陰離子峰Η·(η=1/ρ)及氧峰〇分別對樣本 # 4，# 5及# 6識別於圖17，19及2 1。此外樣本# 4及樣本# 5 之納峰Na識別於圖17及圖19。樣本#5及樣本#6之卸峰分 另J識別於圖1 9及圖2 1。件自〇·57 Μ碳酸4甲電解質之晶體 (樣本#4，#5，#6及# 7 )之低結合能範圍（〇-75 eV) xps光譜 重疊於圖22，驗證不同樣本之氫氫陰離子峰之對應程度絕 佳。此等峰不存在於匹配樣本之xps，除非碳酸鈉替代碳 酸卸作為電解質。樣本#5及樣本#6晶體為黃色。黃色係 來自於近紫外光4〇7 nm之ΗΓ(η=1/2)之連續吸收。 樣本# 5酸化期間，pH由3至9反覆增高，此時添加額外 酸釋放出二氧化碳。pH之增高（由溶質釋放鹼）係與溶液之 溫度及濃度有關。此種觀察吻合藉飛行時間-二次離子-質 暗（TOFSIMS)識別氫氫化合物乙節所述，由氫氫化合物如 KHKHCO3釋放HCO3·。符合此種觀察之反應為ν〇3·置換 hco3·或co32·之反應。 -114- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公爱) 593148 A7 B7 五、發明説明（1彳2 ) 資料可供識別氫氫陰離子，其xps峰無法指定給雜質。 若干峰為圖17所示之分裂峰如H-(n=1/4) , Η·(η=ι/5)，h_ (n=l/8) ’ H_(n=l/l〇)及Η·(η=ι/ιι)。分裂指示存在有若干包 含相同氫氫陰離子之化合物，且又指示可能存在有藉飛行 時間-二次離子-質譜（丁〇FSIMS)識別氫氫化合物乙節所述 化合物之架橋結構如
包括一元體如K2H2及Na^2。圖1 8指示水溶性鎳化合物（鎳 存在於樣本# 5之研究掃描）。又， 「 1 [7J Ί ’ Η, η = -； 2c = — ' 2 η L. 觸 峰示於樣本#5之0-75 eV掃描（圖19)。XPS及TOFSIMS結果 符合金屬結合能增高之氫化合物MHn之識別，此處η為整 數，Μ為金屬及Η為結合能增高之氫物種。例如結構為 • Η
碳酸鉀電解池之儲存碳陰極之XPS之大鈉峰（樣本#3 )及碳 酸鉀電解質之晶體（樣本# 4 )之大鈉峰指示鈉比鉀更易形成 氫氫化合物。圖15，19及2 1顯示於結合能36.1 eV之氫氫陰 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 593148 A7
I子峰Η·㈣8)為寬，原因為㈣ev來自μ失特徵之 讀重疊XPS掃描之氫氫陰離子峰η.㈣/8)。資料又指; 風虱陰離子（分布隨著時間之經過傾向於連續下降 可知最穩定之氫氫陰離子為H•(㈣/16)，其預測為隨^ 過之較有利產物。未測得具有較高結合能之氫氫陰 以樣本#8，樣本#9及樣本#9A由底至頂順序堆疊之古 解析度X光光電子光譜(XPs)(〇至75〜結合能區)示； 23。觀察得p = 3至p=16之氫氫陰離子矿(11=1/?)。各例中， 觀察得氫氫陰離子峰強度相對於起始物料增高。樣本㈣之 光譜證實氫氫化合物可藉硝酸酸化接著沉殿純化。樣本料 及樣本#9A光if證實氫氫化合物可藉相當於薄層層析之機 轉純化，包括大氣水蒸氣作為動相及燒杯之派洛克矽氧作 為靜相。 13.2藉質譜術識別氤新化么物 28升碳酸鉀BLP電解池之電解質進行元素分析證實電解 質I鉀含量由最初56%組成重量比降至33%組成重量比。 pH測量值為9·85而最初操作時之1311為115。熱芯電解池之 pH原先為11.5對應於碳酸鉀濃度〇·57 Μ由元素分析證實。 經15個月之連續產能操作後，測得ρΗ_9 〇4，乾燥電解質 並稱重發現90%以上電解質由電解池中喪失。兩種例中鉀 之喪失係生成揮發性氫氫化鉀化合物，因而藉氫原子催化 產生之氫隨後與水反應而形成氫氫化合物及氧。反應為： -116- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐)
線 593148 A7 -—____B7 五、發明説明（114 ) (55) (5 6-) (57) 十 2/Γ 十去 02 2H^(l/ p)~r2K:C0^2H^ ^ 2KHC0} ^-2KH{[ / P) 2H Τ' "H^°"2k：C〇^2KHCO:^2KH{\/p)^^G: 此種反應符合BlackLight電力公司電解池之電解質之元 素分析（Galbraith實驗室）主要為碳酸氫鉀及氫氫化合物包 括KH(l/p)n此處n為整數，基於氫含量過量，超過碳酸氫 鉀之30% (1.3相對於i原子％)，KH(1/p)n此處n為整數揮發 性造成奸隨時間之匱乏。 探討使用質譜術檢測揮發性氫氫化合物之可能。經由加 熱得自電解池、氣體電池、氣體放電電池及電漿炬電池氫 氫反應為之加熱晶體形成蒸氣。藉質譜術識別多種氫氫化 合物。各例中藉用於質譜術之晶體之xps也證實氫氫陰離 子學’該晶體係由氫氫反應器分離。例如具有圖25A_25D 所不質譖足分離自電解池氫陰離子反應器之晶體之xps顯 示於圖1 7。藉類似程序分離自電解池氫陰離子反應器之晶 體作為具有圖24所示質譜之晶體之又以顯示於圖。 13.2.1樣本之收集與製備 含氫氫陰離子化合物之製備反應以式（8)表示。反應而生 成氫氫陰離子<氫原子可藉下列產生U )電解池氫陰離子 反應器，2·)氣體電池氫氫反應器，3 )氣體放電電池氫氫 反應器或4.)電装炬電池氯氣反應器。各該反應器用於製備 質譜術用晶體樣本。生成之氫氫化合物直接收集，或藉沉 澱及再結晶而由溶液純化。於電解質樣本之例中，碳酸鉀 -117-
593148 A.7 B7 五、發明説明（115 電解質於硝酸鋰調整為1 Μ，及以硝酸酸化隨後晶體沉 澱。另二電解質樣本中，碳酸鉀電解質以硝酸酸化隨後曰曰曰 體沉澱於結晶皿上。 13.2.1.1電解樣本 對應於過渡催化劑Κ7Κ/之碳酸鉀水溶液電解過程中製備 氫氫化合物。電池之說明示於得自電解池之晶體樣本乙 節。電池總成示於圖2。 晶體樣本由電解質獲得如下： 1 ·)對照電解池同如下3及4之實驗電池，但碳酸鈉替代石炭 酸鉀，於Idaho國家工程實驗室（INEL)操作6個月。碳駿舞 電解質藉蒸發濃縮至晶體生成。晶體藉質譜術# BlackLight電力公司分析。 2.)另一包含碳酸卸之對照樣本用作INEL碳酸奸電解池 (Alfa碳酸鉀99 ±%)之電解質。 3 ·)晶體樣本之製法為：1 ·)添加硝酸鋰至得自BLP電解池 之碳酸鉀電解質至終濃度1 Μ ; 2.)以硝酸酸化溶液及3 ·)濃 縮酸化溶液至於室溫放置時生成黃白色晶體。獲得XPS及 質譜。執行該等樣本之XPS (XPS樣本#5)，TOFSIMS (TOFSIMS 樣本 #6)及 TGA/DTA (TGA/DTA 樣本 #2)。 4·)晶體樣本係藉使用瓦特曼11〇毫米濾紙（型號1450 1 10) 過濾得自BLP電解池之碳酸鉀電解質製備。除質譜術外也 執行 XPS (XPS 樣本 #4)及 TOFSIMS (TOFSIMS 樣本 #5)。 5·)及6.)兩種晶體樣本係由熱芯電解池之電解質製備，製 法為1 ·)以硝酸酸化4〇〇 cc碳酸卸電解質，2.)濃縮酸化液至 -118- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐)
裝
訂 線 593148 A7 B7 五、發明説明（116 ) 10 CC容積’ 3·)將濃液置於結晶皿上，及4.)任晶體於室溫 放置時緩慢生成。黃白色晶體形成於結晶皿上緣。除質譜 術外也執行XPS (XPS樣本#10)，XRD (Xrd樣本#3A及 #3B)，TOFSIMS (TOFSIMS 樣本 #3)及 FTIR (FTIR 樣本 # 4) 〇 13.2.2.2氣體電池樣本 氫氫化合物於氣相氣體電池製備，電池附有鎢絲及碘化 钟作催化劑根據式（3-5)，還原成氫氫陰離子（式（8))出現於 氣相。碘化铷也作為催化劑，原因為铷之第二離子化能為 27.28 eV。此例中，催化反應為 及總反應為
27.2S eV^Rb^H
Rbl^e~ ^ eV
+ ~ p:]Xi2.6 eV (58) (59) 17」—1^^[(州)2-"13.“v (60) 圖4所示高溫實驗性氣體電池用來生產氫氫化合物。氳原 子係藉氮彳隹化使用钟或餘1離子及氯原子於氣相生成。電池 於反應後以去離子水清洗。清洗液經過濾，氫氫化合物晶 體藉濃縮沉澱。 圖4所示實驗性氣體電池氫氫反應器包含石英電池呈石 英管2，長500毫米直徑50毫米。石英電池形成反應容器。 電池一端縮窄並附接至50立方厘米催化劑貯器3。電池另 -119- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 裝 訂
線 593148 A7 ______B7 五、發明説明（117 ) 一端匹配Conflat型高度真空凸緣，其以相同之c〇nflat型凸 緣配合於派洛克蓋5。使用Vit〇n 〇形環及不銹鋼夾維持高 度真空峰。派洛克蓋5包括5個玻璃製金屬管附接進氣管 25及出氣官21，兩個電線6入口 22及24及一個升降桿 之埠口 2 3。成對電線一端連接至鎢絲丨。另一端連接至常 用恆足功率控制器控制之s〇rensen DCS 8〇-13電源9。升降 桿2 6配合升鬲石英塞4，將催化劑貯器3由電池反應容器2 分開。 ° 氫氣由氫控制閥1 3控制之超高純度氫}丨至壓縮汽缸經 入口而2 5供給電池。氦氣由氦控制閥1 5控制之超高純度 氦1 2之壓縮汽缸經相同入口 2 5供給電池。氦及氫之流至 電池進一步藉質量流量控制器1 〇，質量流量控制器閥 3 0，入口閥2 9及質量流量控制器旁通閥3 i控制。閥3 i於 填充電池期間關閉。過量氣體藉分子拖曳泵8經出氣口 2 i 去除’分子拖复泵可藉真空泵閥2 7及出口閥2 8控制達到 ίο·4托耳壓力。壓力係藉0-1000托耳Baratr〇n壓力錶及〇_1〇〇 托耳Baratron壓力錶7測量。鎢絲1直徑〇·381毫米長2〇〇厘 米。鎢絲懸吊於陶瓷支座而於加熱時維持形狀。鎢絲使用 私源9 %阻加熱。電源可輸送怪定功率之鎢絲。催化劑辟 為3使用帶式加熱器2 〇個別加熱，該加熱器亦藉恆電電源 供電。整個石英電池於内側由ZicarAL-3〇絕緣材14製成之 絕緣封封閉於内部。數κ型熱偶置於絕緣材測量電池及絕 緣材 < 關鍵溫度。熱偶係以多通路電腦資料獲得系統讀 取0 -120- ^張尺度3用中^^標準(CNiTI^^nox297公釐)
訂
線 A7 _____ B7 五、發明説明（118 ) 電池於流動條件下以總壓力低於2托耳氫壓或控制氦壓 I皆質I流量制器i 〇操作。鎢絲加熱至約1〇〇〇_14⑽。C溫 度（以電阻計算）。如此於石英管内部形成，，熱段，，及氫氣之 霧化。催化劑貯器加熱至700°c溫度建立催化劑蒸氣壓。 分隔催化劑貯器3與反應容器2之石英塞4以升降桿2 6去 除’升降桿滑過埠口 2 3約2厘米。如此將氣化催化劑引進 含霧化氫之π熱段，，且任其進行催化反應。 如别述’多個熱偶供測量外側絕源之線性溫度梯度。梯 度係以催化劑閥關閉，經歷實驗範圍對若干已知輸入功率 測量。槽1 2供給及閥15，29，3〇及31及流量控制器丨〇控制 之氦於权正期間流經電池，此處氦壓力及流速係與實驗例 之氫氣相同。熱梯度測得為與輸入功率成線性比例。比較 貫驗梯度（催化劑閥開啟/氫氣流動）與校正梯度許可測定 產生孩梯度所需功率。藉此方式，對電池執行卡計量術而 測量具有已知輸入功率之熱輸出。資料係以基於麥金塔電 腦資料獲得系統（P〇werC〇mputing PowerCenter Pro 180)及 國家儀器公司NI-DAQ PCI_MI〇-16XE_50資料獲得板記 錄。 得自氣體能電池由具有氣態過渡催化劑（κ+/κ+)之氣體能 I電池之催化焓係以低壓氫氣於碘化鉀（ΚΙ)存在下觀客， 碘化鉀於電池操作溫度揮發。結合能增高之氫化合物之生 成焓導致穩態功率約15瓦，其當氫氣流經熱鎢絲時可由含 約2 0 〇毫托耳碘化鉀之石英反應容器觀察得。但當氣氣二 名二,典偽絲或氣氣流經熱嫣絲而無破化神存在於電、、也時未見 -121 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公爱） 593148 A7 —______B7 五、發明^~^ 過量焓。個別實驗中碘化铷替代碘化鉀作為氣態過渡催化 劑（Rb+)。 另…具m例中，圖4所示實驗性氣體電池氫氫反應器包 含鎳纖維蓆（30·2克，Fibrex得自國家標準）插入石英電池2 内（、彳鎳蓆用作氫解離器替代鎢絲1。電池2及催化劑野器 3刀別套著分裂型貝殼爐（MeUen公司）其替代zicw AL-3〇絕 緣材14且可工作至高達12〇〇它。電池及催化劑貯器分別以 其加熱器獨力加熱而獨力控制催化劑蒸氣壓及反應溫度。 氫氣壓以0.5立方厘米/分鐘流速維持於2托耳。鎳蓆維持 於900°C及碘化鉀催化劑於7〇〇它維持1〇〇小時。 下列晶體樣本係得自電池蓋或電池： 1.)及2.)得自兩回合碘化鉀催化之晶體樣本之製法為I) 清洗得自電池蓋之氳氫化合物，於此處偏好低溫泵送，2 ) 過濾落液去除水不溶性化合物如金屬，3 ·)濃縮溶液至溶液 於50 C恰形成沉澱為止，4 )許可黃-紅-褐色晶體於室溫放 置時形成及5.)於獲得xPS及質譜前過濾及脫水晶體。 3 A.)及3B·)晶體樣本係藉清洗得自電池頂之暗色晶體帶 製備’於電池操作期間係以低溫泵送。晶體經過濾及乾爆 隨後獲得質譜。 4·)晶體樣本之製法係經由1 ·)以足夠使全部水溶性化合物 溶解之足量水清洗得自電池之碘化鉀催化劑及氫氫化合 物，2·)過濾溶液去除水不溶性化合物如金屬，3 )濃縮落 液至溶液於50°C恰形成沉澱為止，4.)許可白色晶體於室溫 放置時形成及5·)於獲得xpS及質譜前過濾及脫水晶體。分 -122-
本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公爱) 593148 A7 B7 五、發明説明（120 ) 離之電池用於質譜術研究之晶體於蒸餾水再結晶獲得XPS 之南純度晶體。 5.)得自碘化釦催化回合之晶體樣本之製法係1.)清洗得自 電池蓋之氫氫化合物，於此處偏好低溫泵送，2.)過濾溶液 去除水不溶性化合物如金屬，3.)濃縮溶液至溶液於50°C恰 形成沉澱為止，4.)許可黃色晶體於室溫放置時形成及5.) 於獲得XPS及質譜前過濾及脫水晶體。 13.2.2.3氣體放電電池樣本 氫氫化合物可於氫氣體放電電池合成，其中過渡催化劑 存在於氣相。過渡反應發生於氣相，催化劑藉熱電漿流由 電極揮發。氣相氫原子係以放電產生。 圖6之實驗性放電裝置包含氣體放電電池507 (Sargent -Welch科學公司型號S 68755 25 瓦，115 VAC，50 60 Hz)用 於產生氫氫化合物。氫來源580經由氫供給管路544供給氫 氣至氫氣供給管路閥550。共用氫來源管路/真空管路542 連通閥550至氣體放電電池507及供給氫氣至電池。管路 542透過真空管路543及真空管路閥560分歧至真空泵570。 該裝置又含監測管路542壓力之壓力錶540。取樣管路545 由管路542透過取樣管路閥545供給氣體至取樣埠口 530。 管路542，543，544及545包含使用Swagelok接頭氣密接合 至不銹鋼管。 氫氣供給管路閥550及取樣管路閥535關閉而真空管路閥 560開啟，真空泵570，真空管路543及共用氫氣供給管路/ 真空管路542用於放電腔室500獲得真空。當取樣管路閥 -123- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） • I 裝 訂
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五、發明説明（121 ) 535及真空管路閥560密閉而氳氣供給管路閥550開啟時， 氣體放電電池507於控制壓力使用氫供給源580，氫供給管 路5 44及共用氫供給管路/真空管路5 42填充以氫氣至控制 之壓力。當氫供給管路閥550及真空管路閥560關閉而取樣 管路閥535開啟時，取樣埠口 530及取樣管路545用於藉氣 相層析及質譜術等方法獲得氣體樣本供研究。 氣體放電電池507包含1 0吋含鉛玻璃（内徑1 / 2吋）容器 501界定容器腔室500。腔室内含中空陰極51〇及陽極520供 於低壓氫氣產生電弧放電。電池電極（高1/2吋直徑1/4忖） 包含陰極及陽極連接至電源590，不銹鋼引線穿過氣體放 電電池頂端及底端。電池於1 〇毫托耳至1〇〇托耳之氫氣壓 力範圍及1 0毫安之電流工作。氫氳化合物合成期間，陽極 520及陰極510以鉀鹽如鹵化鉀催化劑（如碘化鉀）塗布。催 化劑引進氣體放電電池507引進，引進方式係由共用氫供 給管路/真空管路542拆開電池以飽和水或純催化劑溶液濕 潤電極。於烘箱内藉乾燥電池腔室5〇〇，聯結氣體放電電 池507至圖6所示共用氫供給管路/真空管路542及於氣體放 電電池507抽取真空去除溶劑。 使用圖6裝置合成氫氫化合物包含下列步驟：（1)催化劑 溶液置於氣體放電電池507内部及乾燥形成催化劑塗層於 電極510及520 ; (2)於10-30毫托耳將氣體放電電池抽真空 歷數小時去除任何污染氣體及殘餘溶劑；及（3)以數毫托耳 土 100托耳氮氣填充氣體放電電池並進行電孤放電至少〇 5 小時。 -124 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇 X 297公釐） 593148 A7 B7 五、發明説明（122 ) 樣本由先前裝置製備方式為1.)以足量水由電池清洗催化 劑且使全部水溶性化合物溶解，2.)過滤溶液去除水不溶性 化合物如金屬，3.)濃縮溶液至溶液於50°C恰形成沉澱，4.) 許可晶體於室溫放置時生成及5.)過濾及乾燥晶體隨後獲得 XPS及質譜。 13.2.2.4電漿炬樣本 氫氫化合物係使用圖7之實驗性電漿炬電池氫化物反應 器使用碘化鉀作為催化劑714合成。催化劑含於催化劑貯 器716。氫催化反應形成氫（式（3-5))及還原成氫氫陰離子 (式（8))係於氣相發生。催化劑被氣霧化成熱電漿。 工作中，氫氣由氫來源73 8經通路742及通路725流至催 化劑貯器716，其中氫氣流量係藉氫流量控制器744及閥 746控制。氬氣電漿由電漿氣體供給源712經通路732及726 直接流至電漿炬，及經通路732及725直接流至催化劑貯器 716，其中電漿氣體流量係藉電漿氣體流量控制器734及閥 736控制。電漿氣體及氫氣混合物經通路726供給電漿炬及 經通路725供給催化劑貯器7 16，該混合物係藉氫-電漿氣 體混合器及混合物流量調節器72 1控制。氫與電漿氣體混 合物作為催化劑顆粒載氣其藉機械攪動呈細粒分散於氣 流。機械攪動器包含磁攪棒71 8及磁攪拌馬達720。混合物 之氣霧化催化劑及氫氣流至電漿炬702變成電漿704之氣態 氫原子及氣化催化劑離子（得自碘化鉀之K -離子）。電漿由 微波產生器724 (Astex型號S1500I)供電。微波藉可調變微 波穴722調變。 -125- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 裝 玎
線 593148 A7 B7 五、發明説明（123 ) 氣態催化劑量係藉控制催化劑以機械攪動器霧化速率及 載氣流速控制，此處載氣為氫/氬氣混合物。氣態氫原子 量係藉控制氫流速及混合物中氫對電漿氣之比控制。氫流 速，電漿氣流速，及直接送至電漿炬之混合物及送至催化 劑貯器之混合物係以流量控制器734及744，閥736及746及 氫-電漿氣體混合器及混合物流量調節器72 1控制。氣霧劑 流速為0.8標準升/分鐘（slm)之0.15 slm氬氣。氬電漿流速 為5 slm。催化速率也經由以微波產生器724控制電漿溫度 控制。正向輸入功率為1000瓦，反射功率為10-20瓦。 氫原子及氫氫陰離子於電漿704產生。氫氫化合物低溫 泵送至歧管706，經通路748流入阱708。流至阱708之流係 藉真空泵710，真空管路750及真空閥752藉壓力梯度控 制。 氫氫化合物樣本係直接由歧管及由氫氫化合物阱收集。 13.2.2質譜術 質譜術係藉BlackLight電力公司於得自電解池、氣體電 池、氣體放電電池及電漿炬電池氫氫反應器之晶體執行。 使用Dycor系統1000四極質譜儀型號#020014?附有HOVAC Dri-2 Turbo 60真空系統。内含約5毫克樣本之内徑4毫米 磨砂毛細管一端以0.25叶Swage lock單元及塞（俄亥俄州索 儉市Swagelock公司）密封。另一端直接連接至Dycor系統 1000四極質譜儀（型號D200MP，賓州匹茲堡Ametek公司） 取樣埠口。質譜儀藉加熱帶維持於11 5 °C恆溫。取樣琿口 及閥以加熱帶維持於125 °C。毛細管以鎳鉻線加熱器包裹 -126- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝 訂
線 593148 A7 _____B7 五、發明説明（124 ) 於毛細管周圍加熱。質瑨係於差異樣本溫度於m/e = 〇_22〇 區於離子化能70 eV獲得（除非另行指示）。或，於m/e = 〇_ 110區執行高解析度掃描。獲得晶體之質譜後，呈時間之 函數記錄氫（m/e=2 及 m/ey)，水（m/e=18，m/e=2&m/e=1)， 二氧化碳（m/e=44及m/e=12)及烴片段⑶；；（m/e=i5)及碳 (m/e=12)之質譜。 13.2.3結果與討論 各樣本中於m/e-1至220之質量範圍唯一測得之常見峰符 石微i 2氣/亏染。尖♦識別於元素組成比較。對全部質譜 術樣本進行X光光電子光譜術（XPS)而識別氫氫陰離子峰並 決定元素組成。各例巾觀察得氫氫陰_子辛。電解池樣本 #3，#5及#6及氣體電池樣本#1 , #2及#5之晶體為黃 色。頁色係由於近紫外光之H-(n=1/2)之連續吸收4〇7 所 致、。於氣體電池樣本#1，#2及#5之例此種指定由xps結 果證實，XPS顯示於Η-(η=ι/2)之結合能3 eV之大峰（表丨）。 XPS也用以決定樣本之元素組成。除钾外，若干使用卸 似化：生產的樣本亦含可檢測量之鈉。得自電漿炬之樣本 含有得自石英之二氧化碎之|g及得自電漿炬之銘氧。 對全部催化回合所得樣本獲得類似質譜，但後文對電裝 炬樣本所述除外。片段之指示於後文對某些樣本作討論， 如氣體電池樣本#1及#2為如表4列舉由電解池、氣體電 池、，體放電電池及電漿炬電池氫氫反應器觀察得之化合 物代表類型。此外，於電漿炬電池氫氫反應器產生之例外 化合物標示於圖3 6。
593148 A7 B7 五、發明説明（125 ) 得自碳酸鉀電解池氫氫反應器之電解質晶體蒸氣之質譜 (m/e = 0-110)示於圖24，反應器以硝酸鋰調整為1 Μ且以硝 酸酸化（電解池樣本# 3 )而樣本加熱器溫度為200°C。主要 成分氫氫化合物之親代峰指定接著為片段峰之對應m/e列 舉於表4。光譜包括質量呈溫度之函數增高至觀察得最高 質量m/e = 96於200°C及以上溫度之各個峰。 表4、指定為得自電解池、氣體電池、氣體放電電池及 電漿炬電池氫氫反應器所得晶體之質譜（m/e=0-200)作為親 代學之氫氫化合物附有片段奪之對應m / e。 氫氫化合物 附有對應片段峰之親代峰之m/e H；(l/p) 4 NaH(l/p) 24-23 Na+H'(l/p)H-H-(l/p) 26-23 Na+H-(l/p)H；H'(l/p) 28-23 SiH(l/p)2 30-28 SiH(l/p)4 32-28 SiH6 34-28 SiH8 36-28 KH(l/p) 40-39 K+H-(l/p)H+H'(l/p) 42-39 ； 40-39 Κ+Η·(1/ρ)Η3+Η_(1/ρ) 44-39 ； 43-39 ； 41-39 ； 42-39 ； 40-39 ； 22 Na2(H(l/p))2 48-46 ； 26-24 Si〇H6 50-44 ， 51 NaSiH6 57-51 ； 58 ； 34-28 ； 24-23 Si2H(l/p)4 60-56 ； 30-28 H(l/p)Na2OH 64-63 ； 40-39 ； 24-23 Si2H8 64-56 ； 36-28 Si02H6 66-60 ； 67 ； 50-44 KSiH6 73-67 ； 74 ； 32-28 ； 43-39 ； 41-39 ； 42-39 ； 40-39 Si2H(l/p)60 78-72 ； 48-44 ； 36-28 K2(H(l/p))2 80-78 ； 43-39 ； 41-39 ； 42-39 ； 40-39 -128- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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線 593148 A7 B7 五、發明説明（126 K2H(l/p)3 j 81-78 ； 43-39 ； 41-39 ； 42-39 ； 40-39 K2H(l/p)4 82-78 ； 43-39 ； 41-39 ； 42-39 ； 40-39 K2H(l/p)5 83-78 ； 43-39 ； 41-39 ； 42-39 ； 40-39 NaSi02H6 89-38 ; 90，60 ; 50-44 Si3H(l/p)8 92-84 ； 32-28 H(l/p)K2OH 96-95 ； 56-55 ； 40-39 Si3H12 96-92 ； 64-56 ； 36-28 Si3H10O 110-100 ； 78-72 ； 48-44 ； 36-28 Si4Hl6 128-112 ； 96-92 ； 64-56 ； 36-28 SUHuO ~ 142-128 ； 110-100 ； 78-72 ； 64-56 ； 48-44 ； 36-28 Si6H24 192-168 ； 128-112 ； 96-92 ； 64-56 ； 36-28 由碳酸鉀電解池氫氫反應器之電解質過濾所得晶體（電 解池樣本#4)之蒸氣之質譜1〇)顯示於圖25A，樣 本加熱器溫度為1 8 5 °C。樣本加熱器溫度225°C時電解池樣 本#4之質譜（m/e=：0-11〇)示於圖25B。主要成分氫氫化合物 之親代峰指定接著為片段峰之對應m/e列舉於表4。樣本加 熱备溫度234 C ’電解池樣本#4之質譜（m/e=〇-2〇〇)附有主 要成分氫氫矽烷化合物之指定及矽烷片段峰顯示於圖 25C。樣本加熱器溫度249°C時，電解池樣本#4之質譜術 (m/e=0-200)附有主要成分氫氫矽烷及矽氧烷化合物之指定 及矽烷片段峰之指定顯示於圖25D。圖25C及圖25D所示為 氫氫化合物NaSi〇2H6 (m/e=89)其可產生Si〇2 (m/e=6〇)(乙 矽烷SkH4顯tf為得自其它矽烷之片段指示其亦含m/e=6〇峰） 及片 ί又 SiOH6 (m/e-50)。NaSi〇2H6 (m/e=89)之結構為
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593148 A7 B7 五、發明説明（127 Η 〇
〇 Η
BN 樣本加熱器溫度為2 2 〇 °C時，由礙酸4甲熱芯電解池之酸化 電解質（電解池樣本# 5 )之結晶皿外緣形成的黃白色晶體之 蒸氣之質譜（m/e=〇-li〇)示於圖26A，樣本加熱器溫度275 C時示於圖26B。樣本加熱器溫度212°C時，得自電解池樣 本# 6之蒸氣之質譜（m/e=〇-n〇)顯示於圖26C。主要成分氫 氫化合物之親代峰指定接著為對應片段峰m/e示於表4。樣 本加熱器溫度為147 °C時電解池樣本# 6之質譜（m/e=0- 200) ’主要成分氫氫矽烷化合物及矽烷片段峰之指定示於 圖 26D。 圖2 7顯示由包含碘化鉀催化劑，不銹鋼纖維線及鎢絲 (氣體電池樣本#1)之氣體電池氫氫反應器之40 °C蓋分離自 低溫泵送晶體所得蒸氣質譜（m/e==〇-11〇)。樣本由90°C動態 加熱至120°C，掃描係於質譜範圍m/e=75-10〇獲得。主要成 分氫氫化合物之親代峰指定接著為對應片段峰m/e示於表 4 0
附有系列m/e = 90-83包括M+1學之氫氫化合物NaSi〇2H6 (m/e = 89)及附有片段k2〇h (m/e=95)之氫氫化合物HK2〇H 130- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 593148 A7 _____ B7 五、發明説明（128 ) (m/e - 96)於動態加熱時大量出現。圖2 8 A顯示圖27所示樣 本< 質譖（m/e = 0-ll〇)接著為重複掃描，此處各次掃描總時 間為7 5移°如此加熱至再掃描區m/e = 24-6〇需時3〇至75 秒。樣本溫度1201。圖28B顯示圖27所示樣本於樣本溫度 200 C掃描4分鐘後之質譜（m/e=〇-n〇)。主要成分氫氫化合 物之親代峰指定接著為片段峰之對應m/e示於表4。 比較圖28A-28B與圖27顯示附有系列m/e = 90-83包括M+1 學之氫氲碎鹽化合物NaSi02H6 (m/e=89)獲得片段Si02 (m/e=60)，附有系列 m/e=66-6〇之Si〇2H6及附有系列 m/e=51· 44之SiOH6包括M+1峰。觀察矽氧烷Si2H6〇 (m/e=78)。觀察 待之氣氫石夕燒化合物為Si3H12 m/e=96，Si3H8 (m/e=92)， NaSiH6附有系列m/e=58-51包括M+l峰，KSiH6附有系列 m/e=74-67包括M+1峰，及Si#4附有系列m/e=64-56。矽烷 化合物獲得矽烷峰 Si2H4 (m/e=60)，SiH8 (m/e=36)，SiH6 (m/e=34)，SiH4 (m/e=32)及 SiH2 (m/e= 30)。 於較南溫也存在氫氳化合物HK2〇H (111/^==96)附有片段 K2OH (m/e=95)獲得 KOH (m/e=56)，大體KO (m/e=55)♦及 KH2 (m/e=41)附有片段 KH (m/e=40)及 K (m/e=39)。此外觀 察得下列氫氫化鉀化合物：KH5 (m/e=44)附有片段系列 (m/e=44-39)包括 KH2 (m/e=41) ，KH (m/e=40)及 κ (m/e = 3 9);雙重離子化峰K+H;於（m/e = 22);雙重離子化 峰K+H;於（m/e=21);及K2H(l/p)n n=l至5附有片段及化合 物系列（m/e = 83-78)。 下列見於圖28A-28B之氫氫化鈉化合物出現於較高溫： -131 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（129 ) HNa2OH (m/e=64)附有片段 Na2OH (m/e = 63) ，NaOH (m/e=40)，NaO (m/e=39)及 NaH (m/e=24) ; Na2H2 (m/e=48) 附有片段 Na2H (m/e=47)，Na2 (m/e=46)，NaH2 (m/e=25)及 NaH (m/e=24);及NaH3 (m/e=26)附有片段NaH2 (m/e=25)及 NaH (111/^=24) 0 質譜（m/e = 0-200)係由氣體電池樣本# 1以樣本加熱器溫度 243 °C獲得。觀察得主峰指定給矽烷及矽氧烷氫氫化合 物：存在有二梦燒氫氫化合物類似物Si2H8 (m/e=64)附有碎 氧烷，Si2H6〇（m/e=78)，三矽燒氫氫化合物類似物Si3Hl2 (m/e = 96)附有矽氧燒Si3H1G0 (m/e=l 10)，及四碎貌氫氫化 合物Si4H16 (m/e=128)。又，可見低質量碎燒辛：si2H4 (m/e=60)，SiH8 (m/e=36)，SiH4 (m/e=32)及 SiH2 (m/e=30)。 圖29顯示由氣體電池氫氫反應器40°C蓋分離自低溫泵送 晶體蒸氣之質譜（m/e=0-l 10)，反應器包含硤化却催化劑， 不镑鋼引線及鶏絲（氣體電池樣本# 2 )，樣本溫度2 2 5 °C。 主要成分氫氫化合物之親代學指定接著為對應片段辛之 m/e示於表4。 於氣體電池氫氫反應器頂由暗色帶製備之晶體蒸氣之質 譜（m/e=0-200)，該反應器包含碘化鉀催化劑，不銹鋼引 線，及鎢絲，而樣本加熱器溫度為253 °C (氣體電池樣本 # 3 A)及樣本加熱器溫度216°C(氣體電池樣本#3B)分別示於 圖3 0A及圖3 0B。指示主要成分氫氫化合物及碎院片段學之 指定。典型主要成分氫氫化合物之親代峰指定接著為對靡 片段峰之m/e示於表4。 -132- 本紙張尺度適用中國a家標準(CNS) A4規格(210 X 297公幻' ' ----- 593148
圖30A所示氣體電池樣本#3A質譜之主峰出現於約m/e=64 及m/e=l28。碘之峰於此等位置；因此碘晶體質譜可於相 同條件下獲得。基於圖3 1所示碘質譜無法匹配圖3〇A所示 氣體電池樣本#3 A質譜，故峰之指定中刪除碘。例如於 m/e = 64之雙重離子化原子碘峰比較於m/e=128之單一離子 化峰具有與氣體電池樣本# 3 A質之譜對應峰相反的高度 比。後述質譜也有其它峰，例如碘質譜未觀察得之矽烷 峰。圖30A於m/e=64及m/e=128之峰指定給矽烷氫氫化合 物。立體化學為獨特，正常矽烷之化學式同烷類；而氫氫 石夕:之化學式為SinH4n，其指示獨特橋聯氫鍵結。唯有一 般矽垸類SiHU及Si#4於25°c無限期穩定。較高之一般矽烷 分解產生氫氣及一矽烷及二矽烷可能指示siH2為中間物。 又’一般碎燒化合物與氧氣激烈反應[F· A. C〇tton，G. Wilkinson，先，第四版，約翰威利父子公司， 紐約383-384頁]。本樣本係於空氣中有水溶液過濾出為獨 特。樣本含水，如水族指示於（m/e==16-18)，二矽烷氫氫化 合物類似物Si2Hs含鍵結水，故所得化合物Si2H8H2〇依序損 失系列（m/e-82-72)中全部Η獲得Si20 (m/e=72)。四碎燒氫 氫化合物Si4H16 (m/e=128)及Si6H24 (m/e=192)六矽烷氫氫化 合物也發現對應片段峰。又可見低質量碎垸片段峰：Μη8 (m/e-36) ’ SiH4 (m/e=32)及SiH2 (m/e= 30)。圖 #3B所示氣體 電池樣本#3B之質譜也有主峰出現於約m/e=64及m/e=128， 其指定給矽烷氫氫化合物。存在有二矽烷氫氫化合物類似 物Si2H8 (m/e=64)附有碎氧燒Si2H60 (m/e=78)，三碎垸氫氫 -133- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公袭·） 593148 A7 B7 五、發明説明（131 化合物類似物Si3Hi2 (m/e = 96)附有矽氧烷3丨办〇〇 (m/e=U〇)，及四矽氧烷氫氫化合物Si4H16 (m/e=128)附有矽 氧烷SuHhO (m/e=142)。又可見低質量矽烷片段峰：siHs (m/e = 36)，SiH4 (m/e=32)及 SiH2 (m/e=30)。 得自包含蛾化鉀催化劑，不銹鋼引線及鎢絲之氣體電池 氫氫反應為本體之晶體（氣體電池樣本#4)以樣本加熱器溫 度226°C時蒸氣之質譜（m/e = 0-110)示於圖32。主要成分氫 氫化合物之親代峰指定接著為對應片段峰m/e出現於表4。 由包含琪化鉀催化劑，不銹鋼引線及鎢絲之氣體電池氳 氫反應器製備之結晶樣本（氣體電池樣本# 4 )之高度解析X 光電子光譜（XPS)之〇至75 eV結合能區，對應於圖32所示 質譜顯示於圖3 3。研究掃描顯示再結晶晶體為純鉀化合 物。由氣體電池分離純氫氫化合物為由xps樣本去除雜質 之手段’其同時去除雜質作為氫氫陰離子峰之其它指定。 研究掃描中不存在有雜質可指定給低結合能區之峰。但於 18及34 eV之鉀及於23 eV之氧除外，於低結合能區之峰並 未指足給已知元素。如此此區之任何其它峰須來自於新穎 組合物。氫氫陰離子峰H-(n=l/p)，p = 3至p=16，鉀峰K及氧 峰Ο識別於圖3 3。與由圖2 2摘述之電解池分離之晶體結果 所得吻合度絕佳。 樣本加熱器溫度205。(：時，由包含碘化铷催化劑，不銹 鋼引線及嫣絲之氣體電池氫氫反應器之4〇它蓋分離得之低 溫泵送晶體（氣體電池樣本# 5 )之蒸氣質譜（m/e=〇_ u 〇)示於 圖34A°主要成分氫氫化合物之親代奪指定接著為對應片 -134 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)
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4又學m/e示於表4。樣本溫度201 °C及樣本溫度23 5 °C時，氣 體電池樣本# 5之質譜（m/e = 0-200)分別示於圖34B及圖 34C。指定主要成分氫氫矽垸及矽氧境化合物及矽烷片段 樣本加熱器溫度為2 2 5 C時’得自含蹲化4甲催化劑及鎳電 極之氣體放電電池氫氫反應器之晶體蒸氣質譜（m/e= 〇_11〇 示於圖3 5。主要成分氫氫化合物之親代宰接著為對應片段 峰m/e示於表4。當碘化鈉替代碘化鉀時未獲得晶體。 樣本加熱器溫度250°C時得自電漿炬電池氫氫反應器晶體 蒸氣質譜（m/e=0-110)示於圖36，指定主要成分氫氫化铭化 合物及片段峰。其它常見主要成分氫氫化合物之親代峰指 定接著為對應片段峰m/e示於表4。 來自於氫氫化合物A1H2 (m/e=29)附有片段A1H (m/e=28) 及A1 (m/e=27)之m/e=28峰出現例外肩。氳氫化鋁化合物也 呈二元體ΑΙ#4附有系列（m/e=58-54)存在。蛾化鈉替代碘 化钟時未見鼠氮化合物學。
NaSiC^H6之存在吻合XPS之元素分析，指示電漿炬樣本 主要為二氧化矽如表8所示。來源為炬石英其於操作過程 被蝕刻。石英蝕刻亦於氣體電池氫氫反應器作業期間觀察 得。 於記錄得自電解池、氣體電池、氣體放電電池及電衆炬 電池氫氫反應器之氫（m/e=2及m/e=l)，水（m/e=18 , m/e=2及 m/e=l) ’ 二氧化碳（m/e=44及m/e=12)及烴片段 CH$ (m/e=15) 及碳（m/e= 12)之呈時間之函數之質譜示於圖37。質譜為氫 -135-本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公董) 593148
艾質瑨，此處離子電流m/e=2&m/e=1強度高於^^=18 ;但 並無任何氫注入光譜儀。來源未吻合烴類。來源指定給結 合能增高之氫化合物如其它結合能增高之氫乙節所述。離 子化能由 IP = 70 eV增至 IP=150 eV。m/e=2&m/e=18 離子電 流增加同時m/e=l離子電流下降指示形成較為穩定的氫類 型分子離子（二氫分子離子）。二氫分子離子與二氫分子反 應形成HI (l/ρ)(式（32))。η! (l/ρ)作為存在有二氫分子及分 子離子之標記，包括如圖26D(電解池含碳酸鉀催化劑）， 圖30A(氣體電池含碘化鉀催化劑），圖34B及34(：(氣體電 池含碘化铷催化劑）及圖35(氣體放電電池含碘化鉀催化=) 驗證質譜儀中結合能增高之氫化合物切割成段形成者。 13 ._3藉質譜術謐別二氤分子 二氫分子之第一離子化能IPl 為IPf62.27 eV (式（29)p=2) ·，一般分子氫之第一離子化能 為15.46eV。如此使用質譜術基於兩個物種之離子化能之 έ異大可區別中：巧於H;_2c丨=含。二氫藉質譜術鑑別 為-種物種具有質量對電荷比為：（m/e，經由記錄離子 電流呈電子槍能量之函數具有比正常氫更高的離子化電 位。 13.3.1樣本收集及製備 13.3.1.1中空陰極電解樣本 氫氣係於碳酸鉀水溶液電解池及碳酸鈉水溶液電解池之 -136-
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線 593148 A7 B7 五、發明説明（134 ) 抽真芝中空鎳陰極收集。各陰極於一端密封而於另一端線 上連接質譜儀。 電解係以碳酸鈉或鉀水溶液於350毫升真空夾套dewar (Pope科技公司威斯康辛州門諾牟尼瀑布）附有鉑桶陽極及 170厘米長鎳管狀陰極（鎳200管外徑0.0625吋，内徑0.0420 忖’名目壁厚度0.010付，MicroGroup公司，麻省米地 威）°陰極盤捲成3.〇厘米長直徑2.0厘米之螺旋。陰極一端 於電解質上方以0·0625吋Swagelock單元及塞（Swagel〇ck公 司’俄亥俄州索倫市）密封。另一端直接接至DyC〇r系統 1000四極質譜儀（型號D200MP，Ametek公司賓州匹茲堡） 之針閥。 13·3·1·2對照氫樣本 對照氫樣本為超高純度（MG工業公司）。 13.3.1.3得自重組器之電解氣體 碳酸鉀水溶液電解過程中，ΜΙΤ林肯實驗室觀察得某些 例中相對於產生氣體之焓下降之電池輸入功率，長時間^ 5瓦過量功率，輸出/輸入比超過10 [Haldeman，C. W.，
Savoye，G. W·，Iseler，G. W·，Clark，Η· R·，MIT林肯實驗室 過量能量電池期末報告ACC計畫174 (3)，1995年4月2 5 曰]。此等例中輸入為積分伏特-安培功率輸入之1.5至4 倍。法拉第效率藉直接水置換以容積方式測量。電解氣體 通過氧化銅重組器及Burrell吸收管分析器多次至處理氣體 容積保持未變。處理後氣體送至賓州馬爾文趴〜比匕以電 力公司，並藉質譜術分析。 137- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 五、發明説明（135 I3·3·1.4氣體電池樣本 屬州大學化工系使用 公司型號CA-!0(M)。n开/十问ϋ通I卡計（國際熱儀器 成的熱堆叠構計壁含有由兩組熱電接頭組 ,,^ A, 、妾面為溫度Ti之與内部卡計壁作埶 組熱接面為於溫度丁 e與外部卡計壁作熱接觸， ㈣流烘㈣持恆定。當卡計池内產熱時，卡 式傳導此熱之-定分量至周圍《。當熱流動 時万；兩組熱堆接面建立溫度梯度（Μ)。此種溫度產生電 壓，比㈣性電壓相對於功率校準曲線獲得反應功率。卡 計以精密電阻器及固^電流來源校準於催化劑反應功率之 之代表性功率。卡維特卡計之校準常數對於於試驗條件範 圍動不敏感。為了避免腐#，筒形反應器由屬不 銹鋼機制而嵌入卡計内部用於容納反應。為了維持恆溫反 應系統及改良基線穩定性，卡計置於商用強迫式對流洪箱 内側，烘相於250 °C工作。又卡計及反應器造於⑽以（美 國石θ A司）及玻璃纖維組成之立方形絕緣箱内部而進一 步阻尼烘箱之熱擺盥。儀器及方法之更完整說明參考 Phillips [Bradford, M. C.5 Phillips? j.? Klanchar, Rev. Sci. InStrum.，66.(l)’ 1995年1月，pp. 17卜175]。 20 jl方厘米卡維特池含長約丨8厘米之〇25毫米鉑線加熱 線圈段及200耄克硝酸鉀粉末於石英舟孤嵌合於纖絲線圈 内側而由纖絲加熱。 卡計試驗獲得絕佳結果[PhilHps，j.，Smith，J.，Kurtz，S.，” -138- 本紙張尺度it财國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公爱） 593148 A7 B7
氣相催化氫生成之卡計研究報告，，1996年1〇月42月之期末 報告，1997年1月1曰]。三次分開實驗中，當約1〇_3莫耳氯 投予電池時以0.5瓦速率產生10至20 K焦耳。比較對標準氣 燃燒預期之2.5 X 105焦耳/莫耳等於產生1〇7焦耳/莫耳氯。 如此產生之總熱量顯然過高100倍無法藉習知化學解釋， 但結果完全符合氫之催化。當分子氫由熱鉑纖絲解離及原 子鼠接觸石英舟皿（由誠絲加熱及揮發）之硝酸_粉末之氣 態K+/K+催化劑時發生催化作用。 卡計試驗後’得自卡維特電池之氣體收集於抽真空不鱗 鋼樣本瓶内並運送至BlackLight電力公司賓州馬爾文，於 此處藉質譜術分析。 13.3.2質譜術 質譜術係使用Dycor系統1000四極質譜儀型號#132〇〇1^1>附 有HOVAC Dri-2 Turbo 60真空系統進行。離子化能校準至 ± 1 eV範圍内。 可透過鎳管开^陰極（一端密封而另一端線上連接至質譜 儀）之氣體之質瑨係由後酸4甲電解池及碳酸鈉電解池獲 得。m/e=l及m/e=2之峰強度經記錄同時改變質譜儀之離子 化電位（IP)。質譜儀之樣本氣體壓力藉調整質譜儀之針閥 而對各次實驗維持相等。於m/e=1及m/e=2測量後通過 m/e=200之整體質量範圍係於Ip=7〇〜測量。 13 · 3 · 3結果與討論 使用得自線上連接之質譜儀之密封鎳管形陰極之氣體離 子化電位改變，碳酸鉀回合及碳酸鈉回合之質譜分析（m/e -139- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNSTI^格(21〇 X 297公愛)
線 593148 % 7ϊ. A7 B7 五、發明説明（137 ) =2)結果見表5及6。至於碳酸鈉對照，信號強度以I P測量 大體恆定。而得自碳酸鉀電解池之氣體之例中，當離子化 能由30 eV增至70 eV時m/e = 2信號顯著增高。存在有離子化 電位比分子氫遠更高之物種約30-70 eV。兩種物種之較 高離子化質量指定給二氫分子H; 2c’ = 表5、於碳酸鉀水溶液電解過程中通過鎳管形陰極之氣體 之-3 0 eV及-70 eV離子化能於m/e=2時之分壓。 回合編號 IP 1 2 3 4 5 6 7 8 -30 eV 1.2E-09 2.9E-08 7.3E-08 2.3E-08 3.5E-08 3.1E-08 9.4E-08 3.4Er〇8 -70 eV 6.4E-09 9.6E-08 2.0E-07 ΠΕ-07 1.6E-07 1.3E-07 4.0E-07 12Ε-07 表6、於碳酸鈉水溶液電解過程中通過鎳管形陰極之氣體 之-3 0 eV及-70 eV離子化能於m/e=2時之分壓。 回合編號 IP 1 2 3 30 eV 1.1E-08 6.7E-08 1.6E-08 -70 eV 9.4E-09 5.0E-08 1.7E-08 得自線上連接質譜儀之碳酸鉀電解池之鎳管形陰極之氣 體之質譜（m/e = 0-50)示於圖3 9。於此範圍未見任何峰。當 離子化能由30 eV增至70 eV時觀察得m/e=4峰。於碳酸鈉替 代竣酸4甲或高純度氫氣質譜未見m/e=4。唯一已知可獲得 m/e=4峰之元素為氦其未存在於電解池，陰極線上連接至 質譜儀處於高度真空下。氦又因不存在有m/e = 5峰被排 除，該學經常存在於氦氫混合物但未見於圖3 9。由資料可 -140- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） ·； 裝 訂
率式:35)於氫化鎳產生氫。。氫分子於鎳中之擴散速 氧更阿。一氫產生m/e=4之質譜峰。反應遵照式（32)。 :2c=—匕七 H: 2c、I ^ΗΊ\/ n\ L P」，L /. J (62) t (i/p)作為二氫分子之存在標記。 續。得自妷酸鉀電解池之無法再重組氣體之MIT樣本質 =(mH5〇)示於圖39。當離子化能由30 eV升高至70 eV 、，靦察得m/e=4峰其指定給H: (1/p)。峰作為存在有二氳 分子標記。 么、、σ熱鉑絲及硝酸鉀粉末於石英舟| (藉鉑絲加熱）之卡 、准特％池中氫之催化及對氦之反應期間，輸出功率相對於 時間之函數示於圖40。所示期間2.2><1〇5焦耳能量由氯氣 ^生，而卡计對氦（顯示偏離）之反應為微量正，接著為微 =負且平衡至零反應。若全部存在於燃燒之密閉池内之 氫氣則釋放出之能量等於兩次時間增量（△ 丁= 17分鐘）間之 功f曲線下方面積。燃燒為最常見之放熱反應。1〇_3莫耳 氫氣添加至20互方厘米卡維特電池產生2><1〇8焦耳/莫耳 氫，比較對標準氫燃燒預期之2·5χι〇5焦耳/莫耳氫。無法 藉習知化學說明之大焓指定給氫之催化作用。 氫催化後，得自賓州大學卡維特電池收集於不鏽鋼樣本 瓶内之氣m貝禮（m/e=0-50)示於圖41Α。當離子化能由30 eV增至70 eV時，觀察得❿化―峰其指定給扣（1/p)。峰作 為存在有一氫分子記號。當壓力藉泵送下降時，峰 如圖4 1B所示分裂。此種情況下m/e=2峰對離子化電位之反 -141 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 593148
£員著i曰阿。引進樣本，觀察得離子流於離子化電位由3 〇 eV改變成70 eV時由2><1(rl〇增至ιχ1〇-8。分裂峰及 離子流對離子化電位之顯著反應為二氫之進一步特徵。 於氫氣催化後收集於抽真空不銹鋼樣本瓶之得自賓州大 學卡維特池之氣體之質譜（m/e=〇-2〇〇)示於圖42。如圖42 指π識別若干氫氫化合物。產生二氫及氫氳化合物證實焓 係來自於氫之催化作用。 才曰定給（Ι/p)之m/e=4峰亦於氫氫化合物之質譜分析時 觀察得，如藉質譜術識別氫氫化合物乙節及藉飛行時間_ 一 ’入離子貝请術（TOFSIMS)識別氫氫化合物乙節所述（如圖 62)。m/e=4峰進一步於含二氫之樣本進行氣相層析分析後 於質譜術期間觀察得，如藉氣相層析附有氫氫化合物之分 解卡計量術識別氫氫化合物及二氫乙節所述。 11··4精氣相層析附有i‘氫化合物之分解卡許蚤術識別窬薪* 也合物及二氪乙節所诫 結合能增高的氫化合物列舉於其它結合能增高化合物乙 節。觀察得隨時間之經過碳酸鉀電解池經過滤之電解質 (瓦特曼110毫米濾紙（型號1450 1 10))形成並沉殿出氧化 鎳’如藉XPS (X光光電子光譜術）識別氫，二氫及氫氫陰 離子乙節所述。XPS含鎳如圖1 8所示，分離自碳酸卸電解 池之電解質之晶體含有化合物NiHn(此處η為整數）如藉飛 行時間-二次離子質譜術（TOFSIMS)識別氫氫化合物乙節所 述。因氳氧化鎳及碳酸鎳於pH 9.85時極為不溶於溶液，故 得自可溶鎳化合物之氧化鎳來源可能為化合物之分解如 -142- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 593148 A7 --------— ______B7 五、發明説明（14〇 ) ΝιΗη分解為Ni〇。藉添加等原子百分比硝酸鋰及以硝酸酸 化電解質生成硝酸鉀試驗。溶液經脫水及於12(rc加熱至 溶化因而形成氧化鎳。固化熔體溶解於水，藉過濾去除氧 化鎳。落液濃縮至5〇艺恰生成晶體為止。於室溫放置時由 /谷液中生成白色晶體。藉過濾獲得晶體。晶體以蒸餾水再 結晶’經由藉質譜術識別氫氫化合物乙節所述方法進行質 瑨術。掃描m/e=l至220及m/e=l至120之質量範圍。質譜相 當於得自碳酸鉀電解池之電解質之晶體質譜，該樣本調整 為於硝酸链1 Μ及以硝酸酸化（圖2 4所示質譜術電解池樣 本# 3 ’親代峰識別示於表4 )但存在有下列新穎氫氫化合 物峰：Si3H1()0 (m/e=ii〇)，si2H8 (m/e=64) , SiH8 (m/e=36) 及SiH2 (m/e=3 0)。此外此等晶體之x光繞射顯示無法指定 給已知化合物之峰，如藉XRD識別氳氳化合物乙節所述 (XRD樣本#4)。也執行TOFSIMS。結果類似表2〇及21所示 TOFSIMS樣本#6之結果。
NiHn n=整數之鋁類似物如圖3 6所示於電漿炬產生。預 期可於適當條件下分解，氫氣可由此等含氫之氫氫化合物 釋放。分子氫之鄰位形及對位形易於低溫藉層析分離，其 特徵性停留時間作為識別樣本中存在有氫氣之確定手段。 探討熱分解氫氫化合物釋放二氫分子之可能性附以藉氣相 層析識別。 二氫分子可根據式（37)經由質子與氫原子反應合成。氣 體放電電池氫氫反應器為離子化氫原子（質子丨來源及就原 子來源。氫原子之催化係於氣相以藉熱電衆電流由電極蒸 -143- 〜--- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 五、發明説明（141 )
7 7 A B 發之催化劑進行。氣相氫原子也 ..^ ^ ^ ^ j以攻％產生。如此探討 万…豆放电通池合成二氫之可能性並藉氣相層析識別。 結合能增高的氫具有核間距比較正常氫為分數…整 數）。鄰位及對位形分子氫易於低溫藉層析分離。探討使 用於低溫之氣相層析基於氫相對於二氫之尺寸差異區別雖 位及對位H2 2c’= 與鄰位及對位η:
P 以及其它二 氫分子之可能。 13 · 4 · 1氣相層析方法 氣體樣本以配備有導熱率檢測器及6〇米長〇·32毫米内徑 融合矽氧Rt-鋁氧PL0T柱（Restek，賓州貝洛風）之惠普公司 5890系列II氣相層析儀分析。柱於進行各系列回前於 200 °C調理18-72小時。樣本使用氖作為載氣於_196 π處 理。60米柱以載氣於3.4 psi且以下列流速進行··載氣-2〇 毫升/分鐘，辅助氣體-3.4毫升/分鐘及參考氣體-35毫升/ 分鐘’總泥速8 · 9毫升/分鐘。分裂速率為1 〇 · 〇毫升/分鐘。 13.4.1.1對照樣本 對照氫氣為超高純度（MG工業公司）。 13.4.1.2電漿炬樣本 氫氫化合物係藉電漿炬樣本乙節所述方法於附有碘化鉀 催化劑之電漿炬氫氫反應器產生。1 〇毫克樣本置於4毫米 内徑X25毫米長石英管，石英管一端密封而開放端以 SwagelockTM配接頭連接至T形管並連揍至Welch Duo Seal 型號1402機械真空泵及隔膜埠口。裝置抽真空至25至50 144- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) •ί 裝 訂 線 A7 ' ------;____ B7 五、發明説明（142 ) " --- =托=。藉熱分解氫氫化合物產生氫氣。於含樣本之抽真 工石英腔至内使用外部鎳路線加熱器加熱。樣本藉改變錄 年力^器之變壓器電壓以loot增量加熱。樣本釋放氣體 二fe埠口以500微升氣密式注射器收集並即刻注入氣相 層析儀。 13.4.1.3經塗布陰極樣本 氫分子係於抽真空腔室經由熱分解氫氫化合物產生。 氫氫化3物之來源為得自碳酸鉀電解池之〇·5毫米直徑鎳 線塗層，電解池可產生6.3χι〇8焦耳生成焓之結合能增高 的氯化合物（BLP電解池）。鎳線經乾燥及加熱至約8〇(rc。 加熱係通電流過陰極於抽真空之石英腔室内進行。取樣並 精氣相層析分析。 得自碳酸鉀電解池之60米長鎳線陰極盤捲於7毫米外徑 30厘米長中空石英管周圍，並插入4〇厘米長12毫米外徑 石英管。較大的石英管於兩端使用Swagei〇ckTM配接頭密 封並連接至Welch Duo Seal型號1402機械真空泵附有不銹 鋼NuproTM ΠΗ”系列伸縮節閥。熱偶真空錶管及橡皮隔膜安 裝於泵之裝置側。鎳線陰極經Swagei〇ckTM配接頭連接至 2 2 0伏乂流變壓器引線。含鎳線裝置抽真空至2 5至5 〇毫托 耳。鎳線藉改變變壓器電壓加熱至某種溫度範圍。加熱鎳 線釋放之氣體經由安裝之隔膜埠口以5〇〇微升氣密式注射 器收集並即刻注入氣相層析儀。結合能增高的氫化合物之 白色晶體其不會熱分解，經低溫泵送至抽真空管之冷端。 如此表示本發明純化此等化合物之方法。 -145-
593148 A7 B7 五、發明説明（143 ) 得自鎳線陰極之氣體之質譜（m/e = 0-50)係於氣相層析儀 之記錄後獲得。 13.4.1.4氣體放電電池樣本 氫氣催化形成氫係出現於氣相，催化劑碘化鉀藉熱電漿 電流由電極蒸發。氣相氫原子係以放電產生。二氫分子係 使用氣體放電電池樣本乙節所述氣體放電電池合成，合成 方式為：（1)將催化劑溶液置於燈内部及加熱而於電極上形 成塗層；（2)將系統抽真空至10-30毫托耳歷數小時而去除 污染氣體及殘餘溶劑；（3)放電管内填充數毫托耳氫氣並進 行電弧放電至少歷0.5小時。層析柱浸沒於液態氮内並連 接至氣相層析儀之導電檢測器。氣體流經100%氧化銅重組 器且使用三路閥藉線上氣相層析分析。 得自與質譜儀線上連接至碘化鉀放電管之氣體之質譜 (m/e = 0-5 0)係於氣相層析儀之記錄後獲得。 13.4.2絕熱卡計量方法 經塗布陰極樣本之分解反應給係使用包含前述分解裝置 之絕熱卡計測量，該裝置懸吊於含1 2升蒸餾水之絕緣容器 内。水溫升高用於決定分解反應焓。各次實驗前水於室溫 穩定化一小時。連續槳葉檟;掉設定於預定rpm消除水中溫 度梯度而未引進可測量之能量。水溫係藉兩種K型熱偶測 量。冷接面溫度用於監視室溫變化。每1/10秒取資料點， 每1 0秒求平均並記錄作為電腦DAS。實驗以線溫800°C進 行，線溫係藉阻抗測量並由光學高熱計量術證實。至於對 照例，典型需600瓦電功率輸入維持金屬線於此溫。輸入 -146- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝 訂
線 593148
線之功率隨時間之經過以克拉克海斯伏_安瓦計記錄而以 類比輸出至電腦DAS。卡計之功率差值為： 〇=P 輪入-(mCpdT/dt+P 漏失-PD) (63) 此處P輸A為藉瓦特計測得之輸入功率，㈤為水質量（12,⑽〇克） 質量，cp為水比熱（4184焦耳/克。c)，d丁/dt為水溫變化 率，Pm為水貯器至環境之功率損失（與絕熱之偏差）測量 至於試驗溫度範圍可忽略的程度，ρ〇為由氫氫化合物分解 反應釋放之功率。 溫度升高相對於總輸入焓繪圖。使用12,〇〇〇克作為水質 量及使用水比熱4·184焦耳/克。c，理論斜率為〇〇2(rc/千 焦。貫驗使用得自碳酸鉀電解池未經清洗之6〇米長鎳線陰 極’私解池產生6·3 X 108焦耳結合能增高的氫化合物之生 成：)：含（BLP境解池）。對照包含氫氣氫化鎳線（Ni 2〇〇 〇.〇 197，，， HTN36NOAGI，A1 Wire Tech，Inc.)及得自相同碳酸鈉電解 池之陰極線。 13.4.3氫氫化合物之分解反應焓及氣相層析術結果 13.4.3.1焓測量結果 使用絕熱卡計測量氫氫化合物之分解反應給結果示於圖 4 3及表7。得自碳酸鈉電解池之金屬線及氫化粗鎳線產生 水溫升咼相對於積分輸入給斜率同理論斜率（〇 〇2〇°c /千 焦）。得自碳酸鉀電解池之各線陰極產生大體偏離理論斜 率結果’維持線於800 °C所需輸入功率遠較少，如表7所 示。結果指示氫氫化合物分解反應極為放熱。最佳例中給 為一百萬焦（25°C X 12,000克X 4.184焦/克。C-250千焦）經3 〇 -147- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
訂
線 593148 A7 B7 五、發明説明（145 ) 分鐘時間釋放（25 °C X 12,000克X4,184焦/克。C/693瓦）。 表7、使用絕熱卡計以得自碳酸鈉電解池之粗鎳線及陰極 及可產生6.3 X 108焦耳結合能增高的氫化合物生成焓（BLP 電解池）測量氫氫化合物分解反應焓結果。 粗綠對照 試驗 輸入功率 1 2 3 4 (瓦) 151 345 452 100 斜率 (°C/千焦) 0.017 0.018 0.017 0.017 碳酸#5 l對照 試驗 輸入功率 (瓦） 1 354 2 272 3 288 4a 100 4b 100 碳酸_對照 斜率 (°c/千焦) 0.020 0.016 0.017 0.017 0.018 驗試
ab lx 1X ab c 5 5 5 輸入功率 (瓦） 152 172 186 182 138 103 92 99 斜率 (°c/千焦) 0.082 0.074 0.045 0.050 0.081 0.062 0.064 0.094 平均斜率 (°C/千焦) 0.017 平均斜率 (°C/千焦) 0.018 平均斜率(°c/千焦) 0.066 輸出功率 (瓦） 693 706 464 503 622 357 327 517 D ο 14814458 p 瓦 43728531 J ✓r_SJ, - s/ )r Ί kffr Hr kf ^ IF ^ _Γ 13·4·3·2氣相層析結果 -148- 本紙張尺度通用中國國家標準(CNS) Μ規格(21〇><297公憂)—' ------ 593148 A7 B7 五、發明説明（146 ) 正常氫之氣相層析圖獲得副氫及正氫之停留時間分別為 12.5分鐘及13.5分鐘。對氫氫化合物阱（濾紙）收集之電漿 炬樣本而言，於l〇〇°C至900°C溫度範圍以100°C增量加熱釋 放之氣體之氣相層析分析顯示於任何溫度皆未釋放氫氣。 對由炬歧管收集之電漿炬樣本而言，經由於100°C至900°C 溫度範圍以100 °C增量釋放之氣體之氣相層析分析顯示於 400°C及5 00°C釋放氫氣。樣本加熱至400°C時由電漿炬歧管 收集之樣本釋出氣體之氣相層析顯示於圖4 4。電漿炬樣本 元素分析係藉EDS及XPS測定。藉XPS以原子百分比檢測之 元素濃度示於表8。 表8、藉XPS檢測之元素濃度（原子％ ) 樣品 Na I 〇 C Cl Si A1 K Mg KA 歧管 1.1 0.4 613 6.4 0.5 282 0.1 2.0 0.1 5 濾紙 02 2.3 60.0 6.0 0.1 28.5 0.1 2.8 0.1 12 石與化鉀 3.4 23.1 8.8 34.3 1.7 0.0 0.0 28.6 0.1 12 炬歧管收集之樣本之XPS值得注意之處為鉀對碘之比為 5 ;而碘化鉀之比為1.2及氫氫化合物阱（濾紙）收集之樣本 為1.2。由炬歧管收集樣本之EDS及XPS指示元素組成主要 為二氧化梦及峨化_含小量铭、碎、鋼及鎂。由炬歧管收 集之樣本之質譜顯示於圖3 6，驗證氫氫化合物符合元素組 成。識別之元素未知可於400-500溫度範圍儲存及釋放氫 氣。資料指示得自電漿炬晶體含氫氣且基本上與先前已知 化合物不同。此等結果相當於且識別本發明之結合能增高 的氫化合物。 -149- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 593148
高純度氫之氣相層析分析（6〇米柱）顯示於圖4 5。加熱鎳 線陰極之氣相層析分析結果顯示於圖4 6。結果顯示基於存 在有遷移時間可媲美但與正常氫峰明確不同之峰檢知存在 有新形氫分子。得自加熱鎳線陰極氣體之質譜（m/e = 〇_5〇) 係於氣相層析圖記錄後獲得。離子化能由3〇 eV增至7〇〜 時觀祭m/e=4峰，等於圖41A所示。於氣相層析未觀察得 氦。m/e=4峰指定給H:(l/p)。反應遵照式（32)。H:(1/p)作 為存在有二氮分子之標示。 圖47顯示指定給H; 2c，=^^ ，H; 2c’=^2·及 H; 2cf=^l L 2」 L 3 之峰。結果指示基於存在有峰其未與重組器反應且遷移時 間與正常氫峰之遷移時間獨特不同，故檢測得新型氫分 子。圖47所示結果前及後之對照氳運作（圖45)顯示無來 自100%氧化銅重組器重組之峰。得自質譜儀線上連接碘化 鉀放電管氣體之質譜（m/e=0〇0)係於記錄氣相層析圖後獲 得。當離子化能由30eV增至7〇eV時，觀察得m/e=4峰其相 當於圖41八所見。反應遵照式（32)。^14 + (1/1))作為存在有二 氫分子之標示。當壓力藉泵送下降時，m/e=2峰分裂相當 於圖41B所見。此例中m/e=2峰對離子化電位之反應顯著增 高。分裂m/e=2峰及離子電流對離子化電位之顯著反應又 為二氫化合物之特徵。 13·4·4討論 結合能增咼的氫化合物之分解反應之熱計量結果無法藉 習知化學說明。除新穎反應性外，其它試驗證實結合能增 -150-
A7 ____ B7 五、發明説明（148 ) 高的氫化合物。得自電解池之晶體樣本乙節所述碳酸鉀 BLP電解池陰極由電解池取出未經清洗及儲存於塑膠袋内 一年。由鎳線以物理方式收集白綠色晶體。進行元素分 析’ XPS，質譜術及xrd。元素分析討論於藉質譜術識別 氫氫化合物乙節。結果吻合式（55-57)列舉之反應。xps結 果指示存在有氫氫陰離子。質譜類似圖2 4質譜術電解池樣 本# 3結果。觀祭得氫氫化合物。於X光繞射圖觀察得峰其 無法指定給任何已知化合物，如藉XRD (X光繞射光譜術） 識別氫氫化合物乙節所示（XRD樣本#1A)。無法藉習知化 學解釋之熱及一氫於如此處所述藉使用卡計量術之熱分解 及氣相層析術研究時觀察得。 此外’碳酸鉀熱芯電解池陰極材料也顯示新穎熱分解化 學及新穎光譜性質如新穎雷蒙峰（雷蒙樣本# 1 )。得自碳酸 鉀電解質之樣本如得自熱芯電解池樣本顯示於廣泛光譜特 徵化（XPS (XPS 樣本 #6)，XRD (XRD 樣本 #2)，TOFSIMS (TOFSIMS樣本 #1)，FTIR (FTIR樣本 #1)，NMR (NMR樣本 #1)及ESITOFMS (ESITOFMS樣本#2))顯示新穎特徵。使 用硝酸處理之電解質樣本觀察得新穎反應性。於結晶m外 緣由碳酸鉀熱芯電解池酸化電解質形成之黃白色晶體與二 氧化硫形成包括硫化鎂之硫化物。反應藉XPS識別。樣本 也顯示於廣泛光譜特徵範圍之新穎特徵（質譜術（質譜術電 解池樣本 # 5 及 #6)，XRD (XRD樣本 #3A及#3B)，TOFSIMS (TOFSIMS 樣本 #3)及 FTIR(FTIR 樣本 #4))。 XPS，TOFSIMS及質譜術研究結果識別得自BLP及熱芯陰 -151 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 593148 A7 B7 五、發明説明（149 ) 極之樣本及得自電解質之晶體可與空氣中之二氧化硫反應 形成硫化物。反應可為矽烷氧化反應生成對應氫氫矽氧烷 而二氧化硫還原成硫化物。矽烷之兩個矽-矽橋接氫物種 可以氧原子替代。使用一般矽烷類發生類似反應！7.八· Cotton，G. Wilkinson，先進無機化學第四版，約翰威利父 子公司，紐約，385-386頁]。 至於新穎反應性之進一步實例，得自熱芯電解池陰極之 鎳線與0.6 Μ碳酸鉀/3%過氧化氫溶液反應。反應激烈且強 烈放熱。結果無法以習知方式解釋，對應於且識別本發明 之結合能增高的氫化合物。後述結果也證實結合能增高的 氫化合物作為固體燃料用途。 13.5藉XRD (X光繞射光譜術）識別低能量氫氫化物 XRD測量由晶體原子造成X光散射，產生繞射圖樣獲得 有關晶體結構資訊。已知化合物可藉其特徵性繞射圖樣識 別。XRD用於識別離子氫潑灑催化材料組成：於氫供給催 化劑前及後，4 0 %重量比硝酸鉀於葛雷芙（Grafoil)含5 %重 量比1%鉑-石墨碳，如PCT/US96/07949 57-62頁所述。當 氫供給催化劑試驗時進行卡計量術，如給平衡可證。新穎 反應產物使用XRD研究。XRD也於儲存陰極上增長及如得 自電解池晶體樣本乙節所述由碳酸鉀電解池電解質分離之 晶體獲得。 13.5.1實驗方法 13.5.1.1潑灑催化劑樣本 藉卡計量術證實催化作用。催化釋放之焓（生成熱）係由 -152- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 593148 A7 B7 五、發明説明（15〇 ) 於離子氫潑催化材料存在下之流動氫決定：40%重量比 硝酸鉀於葛雷芙含5 %重量比1 %鉑-石墨碳藉加熱測量測 定，亦即熱之熱堆轉化成電輸出信號或卡維特卡計量術。 使用流動氫於20 cc催化劑觀察得穩態反應焓大於1.5瓦。 但使用流動氦於催化劑混合物未觀察得焓。焓比率可再現 性觀察得，其高於由全部進入電池之氫反應成水預期之 焓，觀察得總能量差比電池内全部催化材料藉已知化學反 應轉成最低能態預期之能量差大8倍以上。處理後，由電 池取出催化材料且暴露於空氣。於操作回合前後進行 XRD。 13.5.1.2電解池樣本 於對應於過渡催化.劑K+/K+之碳酸鉀水溶液電解期間製 備氫氫化合物。電池之說明參考得自電解池之晶體樣本乙 節所述。電池總成示於圖2。晶體係由陰極或電解質收集 得： 樣本# 1A。碳酸鉀BLP電解池陰極由電解池取出未經清洗 並存放於塑膠袋内一年。以物理方式由鎳線收集白綠晶 體。進行元素分析，XPS，質譜術及XRD。 樣本#1B。於伊達荷國家工程實驗室（INEL)操作6個月之 碳酸鉀電解池陰極同樣本#1 A置於2 8升0.6 Μ碳酸鉀/10% 過氧化氫内。出現激烈放熱反應，使溶液沸騰超過1小 時。一份溶液使用旋轉蒸發器於50°C濃縮1 0倍。於室溫放 置生成沉澱。晶體經過濾出並進行XRD。 樣本# 2。樣本係藉濃縮得自熱芯電解池碳酸鉀電解質製 -153- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 裝 玎
線 593148 A7 B7 五、發明説明（151 ) 備至恰生成黃白色晶體為止。元素分析，X P S，質譜術， TOFSIMS，FTIR，NMR及XRD係如對應乙節所述進行。 樣本#3A及#3B。各樣本係由樣本#2晶體製備，製備方 式為1.)以硝酸酸化熱芯電解池之碳酸鉀電解質；2.)濃縮酸 化溶液至10 cc容積；3.)將濃溶液置於結晶皿上；及4.)晶 體於室溫放置時緩慢生成。於結晶皿外緣形成黃白色晶體 (黃色可能由於近紫外光407 nm連續之H_(n=l/2)連續吸 收）。此等晶體包含樣本#3 A。於中心形成透明針晶。晶體 包含樣本#3B。晶體小心分離但樣本#3B略微污染樣本#3 A 晶體可能略微發生。也獲得XPS (XPS樣本#10)，質譜（質 譜術電解池樣本#5及#6)，TOFSIMS光譜（TOFSIMS樣本 #3A 及 #3B)及 FTIR 光譜（FTIR 樣本 #4)。 樣本# 4。碳酸鉀BLP電解池於硝酸鋰調整為1 Μ。及以 硝酸酸化。溶液經乾燥及於120°C加熱為熔體而形成氧化 鎳。固化熔體溶解於水，過濾去除氧化鎳。溶液濃縮至晶 體恰於50°C出現為止。白色晶體於室溫放置時由溶液中生 成。過濾、獲得晶體，又以蒸館水再結晶而由硝酸钾純化。 13.5.1.3氣體電池樣本 樣本# 5。氫氫化合物係於氣相氣體電池附有鎢絲及碘化 鉀作為催化劑製備。圖4所示高溫氣體電池用於產生氫氫 化合物，其中氫原子係由使用鉀離子及氫原子於氣相催化 氫氣形成，如藉質譜術識別氫氫化合物之氣體電池樣本乙 節所述。樣本之製法為1.)清洗得自電池蓋之氫氫化合物， 於此處偏好使用足量水低溫泵送可使全部水溶性化合物溶 -154- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝 玎
線 593148
解；2·)過濾溶液去除水不溶性化合物如金屬；3 )濃酸溶 液至沉澱於50°C溶液恰生成時；4.)於室溫放置時任黃紅褐 色晶體生成；5 ·)過濾及乾燥晶體隨後獲得xps，質譜及 XRD。 13 · 5 · 2結果與討論 潑灑催化劑樣本之XRD圖樣係於賓州大學獲得。供給氫 至潑灑催化劑前之XRD圖樣示於圖4 8。全部峰皆可識別且 對應於起始催化劑材料。氫催化後之XRD圖樣示於圖4 9。 識別峰對應於鉀金屬與氧之已知反應產物及已知碳辛。此 外可再現性觀祭仔新讀未經識別李。新穎峰未經識別對正 1 3度2㊀對應且識別本發明之氯氯化奸。 得自碳酸鉀電解池氫氫反應器之儲存鎳陰極（樣本#1A) 之XRD圖樣係於I C實驗室獲得顯示於圖5 〇。可識別峰對 應於碳酸氫鉀。此外光譜含多峰無法匹配資料庫中5〇,〇〇〇 種已知化合物之任一種已知圖樣。得自碳酸鉀電解池氫氫 反應器陰極之晶體之無法識別XRD峰之2- 0及d間隔示於 表9。未經識別指定之新穎峰示於表9對應且識別本發明之 氫氫化合物。 此外於葛貝斯（Galbraith)實驗室獲得晶體元素分析。吻 合含碳酸氫鉀樣本，但原子氫百分比過量30%。質譜類似 圖2 4所示質譜電解池樣本#3。XPS含氫氫陰離子學H-(n=l/p)對p=2至p=16，係由碳酸氫鉀之主要光譜部分遮 蔽。結果吻合碳酸氫鉀及經由碳酸鉀電解池氫氫反應器形 成氫而得自碳酸钟之氫氫化合物，及符合氫與水之反声、 -155- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
線 593148 A7 _________B7 五、發明説明（153 ) (式（55-57))。 表9、得自碳酸卸 之未經識別XRD導之 ♦編號 電解池氫氫反應 2- 0及d間隔。 2 θ ( 器陰極晶體（樣本#l A) 1 a u V /又 y 11.36 d(埃） 7.7860 5 Λ 14.30 6.1939 4 r 16.96 5.2295 J 17.62 5.0322 0 η 19.65 4.5168 7 1 A 21.51 4.1303 ΙΟ 26.04 3.4226 ll 26.83 3.3230 12 27.34 3.2621 13 27.92 3.1957 19 32.43 2.7612 26 35.98 2.4961 27 36.79 2.4433 33 40.41 2.2319 36 44.18 2.0502 39 46.28 1.9618 40 47.60 1.9104 對樣本# 1B而& ’ XRD圖樣對應於碳酸氫却可識別峰。 此外’光譜含有表1 0列舉之2- 0值及d間隔之未識別峰。 表1 0未經識別指定之新穎峰對應於且識別為根據本發明透 過與0.6 Μ竣酸卸/10 %過氧化氫反應而由陰極分離之氣氯 化合物。 表10、於INEL碳酸鉀電解池陰極與〇·6 Μ碳酸4甲/ι〇%過氧 化氫反應後分離之晶體之未經識別的XRD峰之2- 0及d間 隔（樣本#1B)。 -156- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) ' ------- 593148 A7
2Θ (度) 12.9 30.5 35.9 6.852 2.930 2.501 經由濃縮得自碳酸鉀熱芯電解池電解質製備之晶體至恰 生成沉澱（樣本# 2)之XRD圖樣係於IC實驗室獲得且示於 圖5 1。可識別峰對應於K4h2(c〇3)3 · 15H2〇與K2C〇3 · 1 ·5Η2〇之混合物。此外光譜含有多峰未匹配資料庫中 50,000種已知化合物之任一種之圖樣。得自碳酸鉀電解池 氫氫反應器陰極之晶體之未經識別之XRD峰之2 — (9及d間 隔示於表11。表1 1列舉未經識別指定之新穎峰對應於且識 力1J為本發明之鼠氯化合物。 此外’晶體之元素分析係於葛貝斯實驗室獲得。其符合 K4H2(C〇3)3 · 1.5H2C^K2C03 · 1·5Η20之混合物，但即使化 合物視為100% K4H2(C03)3 · 1·5Η20，原子氫百分比仍然過 量。XPS(圖 21)，TOFSIMS(表 13 及 14)，FTIR(圖 68)及 NMR (圖73)符合氫氫化合物。 表11、得自碳酸鉀電解池氫氫反應器晶體之未經識別之 XRD峰之2-0及d間隔（樣本#2)。 峰編號 2Θ (度) d(埃） 2 12.15 7.2876 4 12.91 6.8574 8 24.31 3.6614 12 28.46 3.1362 15 30.20 2.9594 31 39.34 2.2906 33 40.63 2.2206 -157- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公爱)
訂
線 593148 五、發明説明（155 對樣本#3A而言，XRD圖^對應於硝 此外光譜含有於表12列舉之2Θ值及d間隔之未經&別峰: 表12未經識別指定之新穎峰對應於且識別為本發明之氫氫 化合物。含氫氫陰離子之化合物指定可由表21所示晶二: XPS證實。 丘 表12、由碳酸鉀熱芯電解池之酸化電解質於結晶皿外緣形 成之黃白色晶體之未經識別XRD峰之2- 0及d間隔（樣本 #3A) 〇 2Θ (度） d(埃） 20.2 4.396 22.0 4.033 24.4 3.642 26.3 3.391 27.6 3.232 30.9 2.894 31.8 2.795 158- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 593148
39·° 2.307 42·6 2.124 -_ 1.897 對樣本#3Β而言，XRD圖樣對應於硝酸鉀之可識別峰。 此外:光譜於2Θ值20.2及22.0含有極小的未經識別峰其係 源自樣本# 3 A晶體之微小污染。除硝酸鉀峰外，樣本# 3 a 及#3 B之XPS光譜含有如圖19指定給氫氳陰離子之相同 峰。但其強度於樣本#3A之XPS光譜比較樣本#3B之xps光 譜顯著較高。 對樣本# 4而5 ’ xrd圖樣對應於硝酸卸之可識別學。此 外，光譜於20值40.3及d間隔2.237及20值62.5及d間隔 1.485含有未經識別峰。未經識別指定之新穎峰對應於且識 另j為本喬明之鼠氲化合物。氫氫化合物之指定可由xps證 男。此等晶體光譜具有如圖1 9所示相同氫氫陰離子xpS 峰。又，質譜係藉經由質譜術識別氫氫化合物乙節所述方 法進行。掃描質量範圍m/e=1至22〇及m/e=i至12〇。質譜等 於圖2所示質譜電解池樣本# 3之質譜，親代峰之識別示於 表4 ’但存在有下列新穎氫氫化合物峰；si3H10〇 (m/e=ll〇)，Si2H8 (m/e=64) ，SiH8 (m/e=36)及 SiH2 (m/e=30) 0 對樣本# 5而言，xrd光譜含有寬峰具最高值於2 Θ值 21.291及d間隔4.1699及一個鮮明強力峰於2 Θ值2 9 · 4 7 9及 d間隔3.0277。未經識別指定之新穎峰對應於且識別為本 發明之氫氫化合物。含氫氫陰離子之化合物之指定由XPS 證實。晶體之黃紅褐色起點指定給於近紫外光4 0 7 n m連 -159- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) A7 B7 五、發明説明（157 ，之Η (η-1/2)連續吸收。此種指定由χρ8結果證實，其顯 示大峰於結合能Η·(η=1/2)，3 eV(表n。又，質譜術係如 經由質譖術識別氫氫化合物乙節所述進行。質譜參考圖 28A_28B及29及峰指定示於表4。觀察得氫氮化合物。 m精極氫，氣氤化合物及二氫分土^ 子之生成 氫ι催化係藉氫原子過渡形成氫發射之極端紫外光 (EUV)(912埃）檢測。主要反應列於式（3_5)。對應極端紫 外光光子為： Η
—W 午 +912,4 (64) 由於激發能及/或離子化能為111>< 27 2 eV (式（2))故氫可作 為似化劑。例如於藉離子化氫H[|]催化期間式（2)之27 21 eV，m=l之吸收式為
27.21 eV+H _ 2 + Η ^ Η Ί 卜] .3 _ 十[32 — 22]久13.6 eK — 27.21 +13.6 eV (6;
e，— H C66) 又，總反應爲 Η 、Η’ 9 + Η — Η [V + Η L —」 -u - -1 .3 . + [32 -22 -4]；Π3·6π+13·6β\/ 對應極端紫外光光子爲： (67) Η 、Η_ Ί L 一」 -—^~ t Γί L ^ J + 912 (6S) -160- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（158 相同過渡也可藉鉀離子催化
Η _π· 、Η· .2 . > π .3 . 912 A .(69) 質子與氫原子根據式（37)之第一階段反應生成二氫分子 離子H2 [2c’=aQ]+係藉EUV光譜術檢測。對應於氫原子 Η 與質子反應之對應極端紫外光光子為： + Λ ν (120 /"") Η Ί , 2a iC = -LL .p . p . (70) 由於與旋轉過渡偶合故二氫分子離子之發光可分裂。包括 46 Mills GUT氫型分子離子振盪乙節列舉之含振盪之旋轉 波長為 , 169 (71) 具有過渡於氫氫陰離子結合能區之氫氫化合物列舉於表 1及對應連續光譜亦藉EUV光譜術檢測。反應出現於圖5 2 所示氣fa放電電池。由於待檢測之輻射波長極短，不存在 有”透明”光學裝置。故使用無窗配置，其中樣本或搔受研 先之物種來源聯結至紫外光光譜儀之格柵及檢測器之相同 真2客咨。無窗紫外光光譜術係以極端紫外光光譜儀進 行’其藉差異泵送聯結區段匹配電池，該區段具有針孔燈 光入口及出口。電池係於氫氣流條件下操作同時使用質量 流量控制器維持於恆定氫壓。用於研究氣態反應之極端紫 外光譜之裝置顯示於圖5 2。其含有四大組件··氣體放電電 池907 ’紫外光光譜儀991，質譜儀994及連接器976其係以 -161 本紙張尺度適财_ii^X297公爱丁 593148 A7 B7 五、發明説明（159 ) 差異方式泵送。 13.6.1實驗方法 氣體放電電池光源，無窗E U V光譜術之極端紫外光 (EUV)光譜儀及質譜儀用來觀察氫，氫氫陰離子，結合能 增高的氫化合物及二氫分子離子生成及過渡示意圖顯示於 圖5 2。圖5 2裝置元件標示為” A ”，對應於圖6具類似編號 之5 00系列元件之構造及功能。圖6裝置之構造述於前述氣 體放電電池乙節，圖5 2裝置有下列修改。 圖52裝置又含氫質量流量控制器934其以於2托耳之差異 泵送維持電池907之氫壓。圖52之氣體放電電池907又含硝 酸鉀或碘化鉀催化劑之催化劑貯器97 1，催化劑係使用加 熱器電源973以催化劑加熱器972加熱而由催化劑貯器氣 化。 圖5 2之裝置又含質譜儀裝置995，其為Dycor系統1000四 極質譜儀型號#D200MP附有HOVAC Dri-2 Turbo 60真空系 統藉線路992及閥993聯結至EUV光譜991。EUV光譜儀99 1 為McPherson極端紫外光區光譜儀型號234/302VM (0.2米真 空紫外光光譜儀）附有7070 VUV通路電子倍增器。掃描間 隔為0.01毫微米，入口出口開缝為30-50微米，檢測器電壓 為2400伏。EUV光譜儀991藉線路985及閥987聯結至渦旋 分子泵988。光譜儀藉渦旋分子泵988連續抽真空至1(^-10_0 托耳，其中壓力係藉冷陰極壓力計986讀取。EUV光譜儀 藉連接器976聯結至氣體放電電池光源907，連接器提供光 路徑通過2毫米直徑針孔入口 974及2毫米直徑針孔出口 975 -162- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝 玎
線 A7 ______B7 五、發明説明（160 ) 至EUV光I晋儀之孔隙。連接器976藉渦旋分子泵988差異泵 送至ίο托耳，其中壓力係藉冷陰極壓力計982讀取。渦旋 分子泵984藉管線98 1及閥983聯結至連接器976。 於硝酸之例催化劑貯器溫度為45〇-5〇(rc。於碘化鉀催化 劑之例，催化劑貯器溫度為700-8〇〇°c。陰極920及陽極910 為鎳。一回合中，陰極92〇為塗布以碘化鉀催化劑之鎳發 泡體金屬。用於其它實驗丨·）陰極為塗布以碘化鉀催化劑之 中空銅陰極其導電電池901為陽極；2 )陰極為1/8吋直徑不 銹鋼ί中2陰極，導電電池9〇 1為陽極及破化鉀催化劑藉 加熱催化劑貯器至700_800t直接氣化入陰極中心，或3) 陰極及陽極皆為鎳，碘化鉀催化劑藉電漿放電由塗布以碘 化鉀之電池壁氣化。 氣相過渡反應於氣體放電電池9〇7連續進進行故於其中 產生極端紫外光發射通量。電池於由質量流量控制器 控制為總壓力1 _ 2托耳之流動條件下操作，氫由槽9 8 〇經 閥9 5 0供給。電池9 0 7操作之2拖耳壓力顯然超過^作紫 光光譜儀991可接受的壓力；因此連接器9 7 6附有差異泵 送作為由電池9 0 7至光譜儀991之，，視窗，，。流經光路徑入 口針孔9 74之氫氣藉泵9 8 4及9 8 8連續泵送去除。催化劑 藉加熱催化劑貯器971部分氣化或藉電漿放電由陰極9/〇 氣化。氫原子係由電聚放電產生。氫催化係於氣J由催化 劑離子接觸氫離子發生。催化接著為原子氫之重分配、纟士果 導致直接發射光子，或於隨後反應形成二氫分子離子時發 射，及經由反應生成氫氫陰離子及化合物發射。又，笋射 -163-
593148 A7 B7 五、發明説明Ο61 ) 係藉電漿激發結合能增高的氫物種及化合物發生。 13.6.2結果及討論 單獨記錄氫及使用由催化劑貯器加熱氣化之硝酸催化劑 催化氫記錄之EUV光譜（20-75 nm)示於圖53。寬峰於45.6 nm，催化劑之存在指定給式（4)钾電子重組反應。預測波 長為45.6 nm其吻合觀察值。峰之寬特徵為電子轉移反應關 聯之預測連續過渡特徵。於20-40 nm之寬峰指定給包含氫 氫陰離子Η·(1/8)-Η·(1/12)之化合物之連續峰，及於54-65 nm之寬峰指定給包含氫氫陰離子ΙΓ( 1/6)之化合物之連續光 譜。 使用藉電漿放電氣化鎳發泡體金屬陰極所得碘化鉀催化 劑催化氫記錄之EUV光譜（90-93 nm)示於圖5 4。對氫催化 之EUV光譜（89-93 nm)係使用五通不銹鋼交叉氣體放電電 池其作為陽極，不銹鋼中空陰極及由催化劑貯器藉加熱直 接氣化入中空陰極電漿之碘化鉀催化劑獲得，EUV光譜重 疊四次對照（不含催化劑）回合示於圖5 5。觀察得若干峰其 未存在於圖5 3所示單獨氫光譜。此等峰指定給氫由K+/K+ 催化（式（3-5);式（64))，其中約600 cm·1之線分裂指定給包 含催化劑之與氣態碘化鉀二元體之振盪耦合[S. Datz，W. T. Smith, E. H. Taylor,化學物理學期子il ，Vol. 34，No. 2, (1961)，ρρ· 558-564]。91.75 nm線分裂對應於由振盪耦合催 化氫，可經由比較圖54所示光譜與圖56所示EUV光譜（90-92.2 nm)驗證，後者係使用電漿放電由中空銅陰極氣化碘 化_催化劑催化氫記錄。藉著氫催化劑提供之足量振盪 -164- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 裝 玎
J^148 A7 _______B7 五、發明説明（162 ) 能，預測二元體解離。圖5 5於89 nm之特徵性寬峰表示碘 化鉀二元體解離能0.34 eV。振盪激發發生於根據式（3)催 化過程獲得式（64)所示反應之較短發射波長或較長發射波 長，後者出現於過渡同時激發碘化鉀二元體之振盪模態之 例。旋轉耦合及振盪耦合亦參見圖5 5。 除圖54，55及5 6所示線光譜外，氫氣催化預期經由激發 正常氫釋放能量，可透過EUV光1晋術免除放電造成能量觀 祭得。催化反應需要氫原子及氣態催化劑其係由放電提 供。關閉電漿之溫度常數使用示波器測量小於100微秒。 氫原子半生期具有不同時間長短約一秒[Ν· V. SidgwieL ib 曼素及其化合物第1版’牛津Clarendon出版社，1950年 1 7頁]’於放電功率結束後來自不錄·鋼陰極之氫原子之半 生期遠較長（數秒至數分鐘）。催化劑壓力為恆定。為了免 除電漿直接引起的背景發射，放電規定關閉時間為1 〇毫秒 至5秒及打開時間為丨〇毫秒至1 〇秒。氣體放電電池包含五 通不銹鋼交又電池其作為陽極而不銹鋼中空作為陰極。破 化鉀催化劑藉加熱由催化劑貯器直接氣化入中空陰極電榮 内。 獲得EUV光譜類似圖5 5所示。於EUV掃描柵於約92 nm 期間，不含催化劑之暗計數（電漿關閉）為2〇 ± 2 ;而催化 劑之例之计數為約7 0。如此氫催化，重分配及氫氫陰離子 與化合物反應釋放之能由於正常氫而呈現線發射。激發氯 發射之氫化學半生期係由記錄電源關閉後隨時間之經過之 發射衰減測定。具有恆定催化劑蒸氣壓之不銹鋼中空陰極 -165-
A7 B7 五、發明説明（163 ) 半生期決定為約5至1 〇秒。 正常氫及電漿放電激發之氫氫化合物之EUV光譜（20-120 ㈣)一分別顯示於圖57及圖58。氫氫結合能於自由空間位置 :、π =圖5 8。於低溫放電條件下，氫氫陰離子鍵結至一或 夕個陽離子形成中性氫氳化合物，其被電漿放電激發而發 寸觀τ、光^。氣體放電電池包含五通不銹鋼交叉作為陽 極，而中2不銹鋼作為陰極。於生成氫氫化合物之反應之 例蛾化卸由催化劑貯器藉加熱直接氣化入中空陰極電漿 内。比較圖57所示標準氫放電，氫氫化合物與氫光譜顯示 万、圖5 8具有額外特徵於；I =110.4 nm及其它較短波長（又<80 ηπ^’γ其未存在於標準氫放電光譜。此等特點出現於表1列 舉^氫陰離子結合能及指示於圖58。於自由氫氫陰離子結 口月匕计异值Η (1/4) 110.38 nm至Η·(1/11) 22·34 nm區觀察得 系列放射特徵。觀察得之特徵出現於比圖5 8指示之自由 離子略短波長。符合穩定化合物之生成。線強度增高，附 有較短波長其符合隨時間之經過生成最穩定氫氫陰離子及 對應化合物。EUV峰無法指定給氫，能量匹配指定給氫氫 化合物者示於藉XPS (X光光電子光譜術）識別氫，二氫及 氫氫陰離子乙節。如此此等EUV峰指定給包含氫氫陰離子 H(l/4)-H(l/li)之化合物光譜，具有過渡於氫氫陰離子結 合能區顯示於表1。 氣怨氫氫化合物之質譜（m/e=〇]〇〇)係以EUV光譜交替記 錄。包含$典化鉀催化劑及鎳電極附有樣本加熱器溫度225 °c之氣體放電電池氫氫反應器所得晶體蒸氣之質譜（m/e=0- -166- 本紙張尺度適用中國國木標準(CNS) A4規格(210 X 297公董） 593148 A7 _______B7 五、發明説明（彳64 ) 1 1 〇)示於圖3 5具有表4所示親代峰識別代表其結果。於質 羅觀察得顯著m/e=4峰，其未存在於包含單純使用氫放電 之對照組。£11¥光譜未觀察得5 8 4埃氦發射。111/6=4峰指定 、、、& H4 (1 /p)其作為存在有二氯分子之特徵。 XPS及質譜術結果分別列舉於藉xps (χ光光電子光譜術） 識別氫’二氫及氫氫陰離子乙節及藉質譜術識別氫氫化合 物乙節，及此處顯示之EUV光譜及質譜結果證實氫氫化合 物。 氫催化形成氫，其與放電電漿質子反應記錄之ElJV光譜 (120-124.5 nm)顯示於圖59。碘化鉀催化劑係由石英電池 壁藉鎳電極之電漿放電氣化。峰指定給式（7〇)反應產生之 ♦射。E U V發射線之〇·〇3 eV (42 // m)分裂指定給式（7 1 )表 示之H2+[2c’=aG] +之J+1至J旋轉過渡，其中反應物過渡能可 激發旋轉模態，因而旋轉能伴以反應能發射引起移位至較 短波長’或分子離子於激發旋轉層面形成，發射移位至較 長波長。預測旋轉能分裂與辛位置之吻合程度絕佳。 間-二次離子質譜術埤別氤新化 合物 飛行時間-二次離子質譜術（T0FSIMS)為於廣大質量對電 荷比之動態範圍（例如m/e=1_600)測定質譜之方法且有極高 精密度（例如±0·005 amu)。被分析物以帶電離子撞擊，其 離子化存在之化合物於中空形成分子離子。然後使用高解 析度飛行時間分析儀決定質量。 13_7.1樣本收集及製備 -167- 本紙張尺度適用中國ϋ標準(CNS) a4規格(210><297公釐)~~ —--
訂
線 593148 A7 _ B7 五、發明説明（165 ) 製備含氫氫陰離子化合物之反應示於式（8)。可反應生成 氫氫陰離子之氫原子可由電解池氫氫反應器及氣體電池氩 氫反應器產生，其用於製備TOFSIMS之晶體樣本。兩種情 況下直接收集鼠氮化合物’或於電解池之例由溶液純化。 用於某種樣本，碳酸鉀電解質以硝酸酸化隨後晶體沉澱於 結晶皿上。另一樣本中碳酸鉀電解質以硝酸酸化隨後晶體 沉澱。 樣本# 1。樣本係藉濃縮得自熱芯電解池之碳酸鉀電解質 至恰生成黃白晶體。XPS亦於勒海大學經由將樣本安裝於 聚乙烯撐體上獲得。也獲得XPS (XPS樣本#6)，XRD光譜 (XRD 樣本 #2)，FTIR 光譜（FTIR 樣本 #1)，NMR (NMR 樣本 #1)及 ESITOFMS 光譜（ESITOFMS 樣本 #2)。 樣本#2。含99.999 %碳酸氫却之參考樣本。 樣本# 3。樣本之製法係經由1.)以硝酸酸化400 cc熱芯電 解池之碳酸鉀電解質，2·)濃縮酸化溶液至1〇 cc容積，3.)將 濃溶液置於結晶皿上及4.)許可晶體於室溫放置時緩慢生 成。黃白色晶體形成於結晶皿外緣。也獲得XPS (XPS樣本 # 1 0 ) ’質譜（質譜術電解池樣本# 5及#6)，XRD光譜（XRD 樣本#3A及#3B)及FTIR光譜（FTIR樣本#4)。 樣本#4。含99.999%硝酸卸之參考樣本。 樣本# 5。樣本係經由使用瓦特曼丨10毫米濾紙（型號1450 110)過濾碳酸鉀BLP電解池獲得白色晶體製備。也獲得 XPS (XPS樣本#4)及質譜（質譜術電解池樣本#4)。 樣本# 6。樣本之製法係經以硝酸酸化得自BLP電解池之 -168- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（166 ) 碳酸鉀電解質，及濃縮酸化溶液至於室溫放置時形成白色 晶體。也進行XPS (XPS樣本#5)，類似樣本之質譜術（質 譜術電解池樣本#3)及TGA/DTA (TGA/DTA樣本#2)。 樣本#7。含99.999%碳酸鈉之參考樣本。 樣本#8。樣本之製法係將300 cc得自BLP電解池之碳酸 鉀電解質使用旋轉蒸發器於50°C蒸發至恰生成沉澱。容積 約50 cc。於50°C加熱時同時加熱額外電解質至晶體消失。 然後任飽和溶液於25°C於密封圓底瓶内靜置3週而以3週時 間生長晶體。產量為1克。也獲得XPS (XPS樣本#7)，39K NMR (39K NMR樣本#1)，雷蒙光譜術（雷蒙樣本#4)及 ESITOFMS (ESITOFMS 樣本 #3)。 樣本# 9。樣本之製法係收集晶體紅/橙色帶，晶體係於 約100 °C被泵送至氣體電池氫氫反應器頂上包含碘化鉀催 化劑及鎳纖維蓆解離器，其係藉外部美倫（Mellen)加熱器 加熱至800 °C。如ESITOFMS乙節所述也獲得ESITOFMS光 譜（ESITOFMS 樣本 #3)。 樣本# 10。樣本係經由收集晶體黃帶製備，晶體被低溫 泵送至於約120°C之氣體電池氫氳反應器頂部，反應器包 含破化鉀催化劑及鎳纖維蓆解離器其藉外部美倫加熱器加 熱至800°C。 樣本#1 1。樣本係經由使用硫酸酸化1〇〇 cc得自BLP電解 池之碳酸鉀電解質製備。任溶液於25〇毫升燒杯於室溫開 啟放置3個月。細白晶體形成於燒杯壁，形成機轉相當於 薄層層析包括大氣水蒸氣作為動相及燒杯之派洛克矽氧作 -169- 本紙張尺度適用中關i^^(CNS) ^規格(21Q x 297公 593148 A7 B7 五、發明説明（167 ) 為靜相。收集晶體及進行TOFSIMS。也進行XPS (XPS樣本 #8) ° 樣本#12。碳酸鉀電解池陰極於伊達荷國家工程實驗室 (INEL)操作6個月，同得自電解池晶體樣本乙節所述，陰 極置於28升0.6 Μ碳酸鉀/10%過氧化氫。200 cc溶液以硝酸 酸化。溶液於250毫升燒杯於室溫敞開放置3個月。白色結 節晶體形成於燒杯壁，形成機轉類似薄層層析，包括大氣 水蒸氣作為動相及燒杯派洛克矽氧作為靜相。收集晶體及 進行TOFSIMS。也進行XPS (XPS樣本#9)。 樣本# 13。樣本係由分離自包含換化抑催化劑、不銹鋼 引線及鎢絲之氣體電池氫氫反應器蓋之低溫泵送晶體製 備。也進行XPS (XPS樣本#14)。 13.7.2飛行時間-二次離子質譜術（TOFSIMS) 樣本送至Charles Evans East進行TOFSIMS分析。粉狀樣 本撒霧於雙面膠帶表面。儀器為物理電子公司PHI-Evans TFS-2000。一次離子射束為69Ga+液體金屬離子槍具有一次 射束電壓15 kV串。標稱分析區為(12 A m)2，（18//m)2及（25 // m)2。電荷中和為活性。後加速電壓為8000伏。相反隔膜 為零。未施加能隙。槍口孔為4。樣本未經濺鍍分析。然 後樣本經濺鍍清潔3 0秒以4 0微米光栅去除烴類隨後重覆 分析。對各樣本之3個位置取得正及負SIMS光譜。質譜係 呈測得之二次離子數目（Y軸）相對於離子之質量對電荷比 (X軸）作圖。
13.7.3證實飛行時間-二次離子質譜術（TOFSIMS)之XPS -170- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 593148 A7 B7 五、發明説明（168 ) 進行XPS證實TOFSIMS資料。樣本如藉XPS (X光光電子 光譜術）識別得自電解池晶體樣本之氫，二氫及氫氫陰離 子乙節所述製備及操作。樣本為： XPS樣本#10。樣本之製法為1.)以硝酸酸化400 cc熱芯電 解池之碳酸鉀電解池，2.)濃縮酸化溶液至10 cc容積，3.) 將濃溶液置於結晶皿上及4.)任晶體於室溫放置時緩慢生 成。黃白色晶體於結晶皿外緣生成。將樣本安裝於聚乙缔 撐體進行XPS。相同TOFSIMS樣本為TOFSIMS樣本#3。 XPS樣本#1 1。樣本之製法係以碘化氫酸化得自BLP電解 池之碳酸鉀電解質及濃縮酸化液至3 Μ。白色晶體於室溫 放置一週生成。XPS研究光譜係將樣本置於聚乙晞撐體上 獲得。 XPS樣本#12。樣本之製備係經由1.)以硝酸酸化得自BLP 電解池之碳酸鉀電解質，2.)於85 °C加熱酸化溶液至乾，3.) 進一步加熱乾固體至170°C形成熔體，其與氧化鎳反應作 為產物，4.)溶解產物於水，5.)過遽溶液去除氧化鎳，6.)任 晶體於室溫放置時生成及7.)再結晶晶體。XPS係經由安裝 樣本於聚乙烯撐體獲得。 XPS樣本# 13。樣本係由分離自含碘化鉀催化劑，不銹鋼 引線及鎢絲之氣體電池氫氫反應器之4(TC蓋之低溫泵送晶 體製備，樣本製法為1.)由晶體偏好低溫泵送之電池蓋清洗 氫氫化合物，2.)過遽溶液去除水不溶性化合物如金屬，3.) 濃縮溶液至沉澱恰於50°C溶液生成，4.)任黃紅褐色晶體於 室溫放置時生成及5.)過濾及乾燥晶體隨後獲得XPS及質譜 -171 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐）
裝 玎
線 593148 A7 ----- —_B7 五、發明説明（169 ) (氣體電池樣本# 1 ；)。 XPS樣本#14包含丁 OFSIMS樣本#13。 XPS樣本#15包含99.99%純質碘化4甲。 1 3 · 7.4結果及討論 於M+2峰指定為表13-1 6及18-33之氫氫化鉀化合物之例 中，M+2峰強度顯然超過對應4ικ峰預測強度，而質量正 確。例如指定给ΚΗΚΟΗ2之峰強度約略等於或大於指定給 Κ：2〇Η之峰強度，如圖60對TOFSIMS樣本#8及TOFSIMS樣 本#10所示。 對表13-16及18-3 3含多於一種同位素之元素列舉之化合 物或片段峰’僅提供較輕同位素（但鉻例外係以52Cr識 別）。各例中暗示也觀察對應於其它同位素之峰具有強度 對應於約正確天然豐富同位素（例如58Ni ,⑽沁及“犯；63Cu 及 65Cu ; 50Cr，52Cr，53Cr ;及 54Cr ; “Zn , 66zn，67以及 68Zn ;及92Mo，Mo，”M〇，96M〇，97m〇，、〇及〗。〇m〇)。 於鉀之例，39K氫氫化鉀化合物峰於相對於對應峰強 度觀祭’其遠超過天然豐冨量。某些例中如39K h+及 Κ：3Η2Ν〇3 ’ 41Κ峰未存在或存在有介穩中心。例如於39κ扣 之例未存在有對應41κ峰。但於m/e=41.36觀察得峰，可說 明喪失離子指示41κ物種（41κ2+)為中性介穩態。 更可能之說明為39K與41κ交換，對某些氫氫化合物而 言，39κ氫氫化合物之鍵結能超過41Κ化合物大體多於熱 能。以由底至頂順序TOFSIMS樣本#2，#4，#1，#6及#8堆 疊TOFSIMS光譜m/e=0-50顯示於圖61A，以由底至頂順序 -172-
593148 A7 _________B7 五、發明説明（170 ) TOFSIMS樣本#Wl〇，#11及#12堆叠丁⑽應光譜㈤/㈣ =顯，於圖61B。圖61A之頂上兩個光譜為對照其顯示自然 39K/41K比。圖61A&61B之其餘光譜驗證於4!ΚΗ2+不存在下 存在有39KH2+。 2 基於鍵結能差異氫原子與氫陰離子與特定同位素形成鍵 f之選擇性’可說明得自電解池及氣體電池氫氫反應器藉 若干不同方法純化之晶體之T0FSIMS光譜於實驗上觀察得 於無41KH2+存在下存在有3汰甩。因軌道_核偶合具有鍵結能 差異之已知分子為正氫及副氫。於絕對零度，副氫之鍵結 能為1 03.239千卡/莫耳；而正氫之鍵結能為1〇2·9〇〇千卡/
|莫耳。於氘之例副D2鍵結能為ΐ〇4·877千卡/莫耳及正以鍵. 結能為 105.048千卡/ 莫耳[H. W. Wooley，R. Β. Scc)tt，F G
Brickwedde，J. Res. Nat. Bur. Standards Vol. 41，（1948)，p 379]。比較氘與農，氘之鍵結能因氣質量較大而較高，其 經由改變，96 Mills GUT列舉之零級振盪能影響鍵結能。鍵 結能指出軌道-核偶合對鍵結之影響可媲美質量加倍影 響，軌道-核偶合對鍵結能之貢獻大於氫。後述結果係由 於氮同位素之磁矩及核旋轉量子數差異。對氫而言，核旋 轉f子數為1=1/2，核磁矩為〜= 2.79268 /zN此處/zN為核磁 子。對氘而言1=1及"d = 〇.857387 /zn。副氫對正氫之鍵結能 差為0.339千卡/莫耳或0·015 eV。理想氣體於室溫以3/2kT 表示之熱能為〇·〇38 eV，此處k為波茲曼（B〇hzmann)常數 及T為絕對溫度。但軌道-核偶合力為電子—核距離倒數對 第四/入冪之函數，其對分子總能之影響隨著鍵長度之縮短
I 本紙張尺度咖^S?(CNS) Α4^_ϋ297公釐)---——-—
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而明顯。二氫分子及H; n = |之核間距2c，為，其
、 、1、 、 P
為'^般氮之一倍。於升南溫度軌道访彼入> r A P 返·核偶合父互作用對鍵 結之影響係透過分數量子數對二氫分子之副對正之比之w 係觀察。於使用催化劑（碘化鉀）透過氫放電形成二氫之命 僅觀察得副
：；2C 及Η: 4 ;2c， 42a 〇 —4
其中反J 氣體流經1 Ο Ο %氧化銅重組器及藉線上氣相層析以取樣， 如圖47所述。如此對ρ- 3而言，執道-核偶合對鍵能之影 響超過熱能，故波茲曼分布僅獲得副。 對鉀同位素預測相同影響。對39κ而言，核旋轉量子數為 卜3/2，核磁矩為#=0.39097 “。對41κ而言，卜3/2及# = 0.2 1459 /zn [Robert C. Weast，CRC 化學及物理學手冊 58 版，CRC出版社佛羅里達州西棕櫚海灘，（1 977)，p. E_ 69]。鉀同位素質量大體相等；但39K之核磁矩約為核磁 矩之兩倍。如此於包含氫氫陰離子之結合能增高的氫物種 與钟形成鍵結之例，39Κ化合物於能量上較有利。鍵之生 成受軌道-核偶合影響，依據鍵結長度而定影響可能大體 強力’鍵結長度為結合能增高的氫物種之分數量子數之函 數。作為比較，磁能反轉質子磁矩…取向，由平行反轉成 逆平行電子旋轉所致磁通比方向及因電子之軌道角向磁矩
所致磁通Β。’此處氫原子半徑為，顯示於，96 Mills GUT η [Mills，R. ’傳統量子機械學之巨大統合理論，；[996年9月 版’ BlackLight電力公司提供，賓州馬爾文大峽谷公園路 174 本紙張尺度適用中國國冬標準(CNS) A4規格(210X297公I)
訂
593148 五、發明説明（172 4 1號’大峽谷公司中心19355 , y , ΡΡ· ioo-ioi]。由平行過渡 成逆平行對正之總能ΔΕ:/Ν示為 S/N 0/Ν tie· Site ΙΊ- 广卜 抑十i) ηιΑ (72) 7L 士
In (73) 於電子 此“+對應於電子及質子之磁矩平行對正、對應於電子 磁矩：逆平行對正、為氫原子之波爾半徑及a。為 波爾+位。由分數量子數n = 1 ’ 1 =。增至n = 5，1 = 4時，处 量增加因數超過2500。作為比較，一般氫分子之最小電= -核距離為：/Γ 正 2 。η=3 ; 1=2獲得可媲美之電子 核距離，個電子及兩個質子，式(72)及(73)獲得一般 分子虱之軌道-核偶合能約〇 〇1 eV，其符合觀察值。如此 万；3有土少一種結合能增高之氫物種且有夠短核間距之鉀 化合物為例，鍵結能差異超過熱能差異，化合物 本 39κ同位素。於氫氫化合物KHn之例，氫原子及氫離子二二 键結能差m形成鍵之選擇性可說明實驗 二: 而则光譜於無“呵存在τ存在有39呵，示於圖U 及 61Β。 指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所取樣 本# 1之正飛行時間二次離子質譜術（t〇fsims)之對應广 (m/e)示於表1 3。 ·义又 -175- 本紙張尺度適用中國g標準(CNS) -------- 593148 A7 -------- B7 五、發明説明（173 ) 表Π、指足作為親代峰之氫氫化合物或以靜態模態所 取樣本# 1 4正飛行時間二次離子質譜術（t〇fSIMS)之對應 片段（m/e)。 氫氫化合物或 片段 ~——- 名目質量 m/e Γ 〜· 觀察值 m/e 計算值m/e m/e觀察值 與計算值間 之差 KH2a 41 τ------- 40.98 40.97936 0.0006 Ni 58 57.93 57.9353 0.005 NiH 59 58.94 58.943125 0.003 NiH4 62 61.96 61.9666 0.007 k2h3 81 80.95 80.950895 0.001 kno2 85 84.955 84.9566 0.002 khkoh2 97 96.94 96.945805 0.005 K3H3 120 119.91 119.914605 0.005 K3H4 121 120.92 120.92243 0.002 K3OH4 137 136.92 136.91734 0.003 K3〇2H 150 149.89 149.8888 0.001 k3o2h2 151 150.90 150.8966 0.003 K3c2o 157 156.88 156.88604 0.006 K4H3 159 158.87 158.8783 0.008 K[KH KHC02] 163 163.89 162.8966 0.007 矽烷類/碎氧烷類 Si5H90 165 164.95 164.949985 0 Si5Hu〇 167 166.97 166.965635 0.004 Si6H250 209 209.05 209.052 0.002 Si6H270 211 211.07 211.06776 0.002 Si6H2l02 221 221.0166 221.015725 0.0000875 Si6H25〇2 225 225.05 225.047025 0.003 -176- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 593148 A7 B7 五、發明説明（174 )
NaSi7H30 249 249.0520 249.063 0.010 由41K對39 KH:之干擾可經由比較41K/39K比與自然豐富比 消除（觀察值=^^=23%，自然豐富比= 7 。 正離子譜主要為Κ+，也存在有Na+。其它含_峰包括 KC+，κχ0/，KxOH+，KCO+，K2 +及一系列具有間隔 138 對 應於K[K2C03；[ m/e=(39+138n)之峰。金屬含量為微量。 表1 3列舉之峰NaS^Hso (m/e=249)可產生片段NaSiH6 (m/e = 57)及Si0H24 (m/e=192)。此等片段及類似化合物顯示 於藉質譜術識別氫氫化合物乙節。
NaSi2H3〇 (m/e=249)->NaSiH6 (m/e=57)+Si6H24 (m/e=192) (74) 表13 SisHnO (m/e=167)之概略結構為
HsrHH.srH\/ H-siH
H-slH H-siH
藉TOFSIMS觀察亞硝酸鉀又經由XPS存在有硝酸鹽及亞 硝酸鹽氮證實。（對應樣本為xps樣本#6&xps樣本#7摘 述於表17)。硝酸鹽及亞硝酸鹽片段亦於樣本#丨之負 TOFSIMS觀察得。於伊達荷國家工程實驗室操作6個月之 相同電池所得晶體之XPS未觀察得氮，其中碳酸鈉替代碳 酸4甲0 才曰足作為親代學之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所取樣 本#2 I正飛行時間二次離子質譜術（T〇]FSIMS)之對應片段 (m/e)示於表1 4。 -177-
593148 A7 B7 五、發明説明（175 ) 表14、指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所 取樣本#2之正飛行時間二次離子質譜術（TOFSIMS)之對應 片段（m/e) 〇 _ 氫氫化合物或 片段 名目質量 m/e 觀察值m/e 計算值m/e m/e觀察 值與計算 值間之差 NaH 24 23.99 23.997625 0.008 NaH2 25 25.01 25.00545 0.004 NaH3 26 26.015 26.013275 0.002 KH 40 39.97 39.971535 0.0015 kh2 41 40.98 40.97936 0.0006 kh3 42 41.99 41.987185 0.0028 kh6 45 45.01 45.01066 0.0007 no2 46 45.9938 45.99289 0.0009 N3.2H2 48 48.00 47.99525 0.005 N〇3 62 61.98 61.9878 0.008 NaHNaOH 64 63.99 63.99016 0 kno2 85 84.955 84.9566 0.002 KH4KOH 99 98.95 98.961455 0.011 KNO3 101 100.95 100.95151 0.0015 矽烷類/碎氧烷類 Si 28 27.97 27.97693 0.007 SiH 29 28.98 28.984755 0.005 KSiH4 71 70.97 70.97194 0.002 KSiH5 72 71.975 71.979765 0.005 KSiH6 73 72.99 72.98759 0.002 Si6H21〇 205 205.03 205.0208 0.009 負離子光譜以氧峰占大半。其它顯著峰為〇H—，HCO;及 CCr3。鹵陰離子學也存在有其它鹵素之極小峰。.根據 Charles Evans提供樣本#1及#3負光譜結果（參見表14及表 •178- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 593148
16)。約205m/z之峰保持未指定，’。m/e=205峰指定給 Si6H21〇 (m/e觀察值=205.03 ; m/e理論值=205.0208)其為負光譜減 氧觀察得之m/e=221峰。
Si6H2102 (m/e=221)-〇 (m/e=16)—Si6H2i〇 (m/e=2Q5) (75) 扣定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所取樣 本#3之正飛行時間二次離子質譜術（t〇fSIMS)之對應片段 (m/e)示於表1 5。
表1 5、指足作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所 取樣本# 3之正飛行時間二次離子質譜術（T〇FSIMS)之對應 片段（m/e) 〇 氫氫化合物或 片段 名目質量 m/e 觀察值m/e 計算值m/e m/e觀察值與 計算值間之差 Ni 58 57.93 57.9353 0.005 NiH 59 58.94 58.943125 0.003 Cu 63 62.93 62.9293 0.001 Zn 64 63.93 63.9291 0.001 ZnH 65 64.94 64.936925 0.003 ZnH3 67 66.95 66.952575 0.003 KCO 67 66.9615 66.95862 0.002 khk〇h2 97 96.94 96.945805 0.005 K3H4O 137 136.93 136.91734 0.013 k2hco3 139 138.93 138.919975 0.010 K3O2H 150 149.89 149.8888 0.001 K,C02 161 160.8893 160.881 0.008 [K+138n]+ n=l K[K?C031 177 176.8792 176.87586 0.003 K3C203 189 188.87 188.87586 0.006 K3C204 205 204.8822 204.87077 0.011 K^CO^ 209 208.87 208.86568 0.004 -179- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（177 K 5 C 0 4 271 270.8107 270.7982 0.012 K5CO, 287 286.80 286.793 1 0.007 [K+138n]+ n=2 K[K,C03l2 315 314.7879 314.7880 0.0001 ------ 樣本# 3之正離子譜類似樣本# 1之正離子譜。離子譜主 要為K+，但也存在有Na+。其它含鉀峰包括KC+，Kx〇y+， KxOH+，KCO+及K2+。常見損失片段為 C (m/e=12.〇〇〇〇)，〇 (m/e 二 15.99491) ， CO (m/e=27.99491)及 C02 (m/e= 43·98982)。金屬含量微量。KsOH+/KsO+比於樣本#；[之光 1晋較高’而Na+/K+比於樣本# 3之光譜較高。樣本# 3之光 爾也含Κ·2Ν〇2+及Κ2Ν〇3+ ’而樣本#1之光譜含kno2+。一系 列具有間隔138之峰於39，177及315 ([K+138n]+)觀察得， 但其強度於樣本#3較低。片段峰之[κ+138η]+系列指定給 氮鼠橋接灰敗鼠钟化合物具有通式如[KHC〇3H (l/p)K+] n=l，2，3，4，…及破酸鉀化合物通式如k[k2C〇3]: H-(i/p) n= 1，2，3，4，. ·。概略結構式為 / hc〇3· -K- x K'— Η*(1 /ρ) I Γ 及 Κ— Η *(1 / ρ)- .Κ二：〇3LKt 含κ+键結至碳酸鉀多元體之正離；丨女、t ^ 、 &離予峰亦於真空形成，使 用Ga+碰撞參考後酸氫4甲樣本# 2。如、之，， a 永今# 2但資料證實識別包含經 -180- 593148 A7 B7 五、發明説明（178 ) 由與氫氫陰離子形成之碳酸鉀多元體之穩定化合物。 T〇FSIMS樣本#3係由T〇FSIMS樣本# 1經由以硝酸酸化之 pH = 2及沸騰至乾製備。通常不存在有碳酸鉀，樣本為 100%硝酸鉀。樣本#3之TOFSIMS光譜為樣本#1光譜與藉 硝酸鹽置換碳酸鹽形成化合物之片段光譜之組合。反應之 概略結構式為 . 9 N07 —— Η (1 / ρ) — Κ-— CO3 Κ Η (1 / ρ) -^—> Ν〇3·一 or / Ν〇3\ -Κ" κ4 f KC0： ·； 裝 \ / Η *(1 / ρ)
(76) 藉 TOFSIMS觀察通式 K[K2C03；[ ΗΓ(1/ρ) η=1，2，3，4，… 之氫氫橋接碳酸鉀化合物又可由分離自碳酸鉀電解池之晶 體之XPS存在有碳酸鹽碳（C 1SE289.5 eV)證實，·其中樣本 係以硝酸酸化。（感興趣之XPS結果為XPS樣本#5 (T0FSIMS樣本 #6)及 XPS樣本 # 10 (TOFSIMS樣本 #3)摘述 於表17。）碳酸鉀電解質酸化製備樣本# 6期間，ρ Η反覆由 3增至9，此時加入額外酸及釋放之二氧化碳。符合此種觀 察之反應為式（76)列舉之硝酸根置換碳酸根之反應。藉 丁OFSIMS觀察得新穎非反應性碳酸钾化合物未識別指定習 181 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（179 ) 知化學對應於且識別本發明之氫氫化合物。 指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所取樣 本# 3之正飛行時間二次離子質譜術（TOFSIMS)之對應片段 (m/e)示於表1 6。 表16、指定作為親代學之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態 所取樣本# 3之正飛行時間二次離子質譜術（TOFSIMS)之對 應片段（m/e)。 氫氫化合物或片段 名目質量 m/e 觀察值 m/e 計算值m/e m/e觀察值與 計算值間之差 NaH 24 23.99 23.997625 0.008 NaH2 25 25.01 25.00545 0.004 NaH3 26 26.015 26.013275 0.002 KH 40 39.97 39.971535 0.0015 kh2 41 40.98 40.97936 0.0006 kh3 42 41.99 41.987185 0.0028 hco2 45 45.00 44.997645 0.007 Na2H2 48 48.00 47.99525 0.005 Mg2H4 52 52.00 52.00138 0.001 Mg2H5 53 53.01 53.009205 0.0008 NaHNaOH 64 63.99 63.99016 0 k2h2 80 79.942 79.94307 0.001 KH4KOH 99 98.96 98.961455 0.001 矽烷類/矽氧烷類 Si3H12 96 96.02 96.02469 0.0047 Si3H13 97 97.03 97.032515 0.0025 NaSi3H14 121 121.03 121.03014 0.0001 Si4H15〇 143 143.025 143.0200 0.005 Si6H210 205 205.03 205.0208 0.009 負離子譜如同樣本#1之負離子般主要為氧♦。但替代鹵 素峰，樣本#3之離子譜觀察得Ν02·及Ν03·峰。此外，於樣 -182- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（18〇 ) 本#3譜遠較為強力之其它峰為KNy〇z· (ΚΝ〇3·，ΚΝ〇4·， ΚΝ2〇4·，ΚΝ205-及ΚΝ2〇6-)。 亦觀察得矽烷峰。表16列舉之NaSi3H14 (m/e=121)峰可產 生片段NaSiH6 (m/e = 57)及Si2H8 (m/e = 64)。此等片段及類似 化合物顯示於藉質譜術識別氫氫化合物乙節。
NaSi3H14 (m/e=121)->NaSiH6 (m/e=57)+ Si2H8 (m/e=64) (77) 質譜術與TOFSIMS互補。前述方法可檢測揮發性氫氫化 合物。TOFSIMS於超高真空操作因而泵送去除揮發性化合 物，但可測得非揮發性化合物。樣本#3之TOFSIMS對應於 電解池樣本# 5及電解池樣本# 6之質譜。使用樣本加熱器 溫度220°C得自碳酸鉀熱芯電解池酸化電解質之結晶皿外 緣形成之黃白色晶體（電解池樣本# 5 )之蒸氣之質譜 (m/e=0-110)示於圖26A，樣本加熱器溫度275°C之質譜示於 圖2 6B。樣本加熱器溫度212 °C之電解池樣本#6之蒸氣之 質譜（m/e==0-11 0)顯示於圖26C。主要成分氫氫化合物之親 代峰指定接著為片段峰之對應m/e列舉於表4。樣本加熱器 溫度147°C，得自電解池樣本#6蒸氣之質譜（m/e=0-200)示 於圖26D，且附有主要成分氫氫矽烷化合物及矽烷片段峰 之指定。矽烷氫氫化合物亦由TOFSIMS證實，如表1 5及 1 6所示。 進一步經由改變質譜儀之離子化電位延伸確證。例如 TOFSIMS識別氫氫化合物KH3 (m/e=42)如表1 4及1 6所示。 提高離子能產生KH3 (m/e=42)指定給KH5之（m/e=44)峰可於 得自下述晶體之質譜（m/e = 0-200)觀察得，該晶體係由包含 -183- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝
線 593148 A7 B7 五、發明説明（181 碘化鉀催化劑，不銹鋼引 >苫坫田详士 ）承乏孔月丘包池虱虱反應器 i使用樣本加熱器溫度157。。製備。（樣本係如 識別氫氫化合物之氣體電池樣本乙節所述。）離子化:位 ^(IP^OeV^IP^o eV，IP=150eV)^tlt7,^W6；〇 矽烷Si#4指疋給m/e = 64,及矽烷Si4Hi6指定給m/e=i28 峰。氫氫化鈉NazH2 m/e=48峰。結構式為 /Na' Η (1 /ρ) Η *(1 / P)
Na，/ 對應氫氫化鉀合物Κ：2%如表i 6所列藉TOFSIMS觀察得及如 圖30A，30B，25C，25D , 26D，34B及34C所示藉質譜術觀 察得。結構式為 /K\ H.(1/p) H.(Wp) \ / K" 全部圖6 2所示對應於氫氫化合物之峰隨著離子化電位而增 加。當離子化说由70 eV增至150 eV時，（m/e=44)峰強度增 加及觀察得大m/e = 42峰。二氧化碳有個（m/e=44)峰但不含 m/e=42峰。（m/e=44)峰指定給ΚΗ5。m/e=42峰指定給藉下述 KH5於較高離子化能之分段反應產的kh3 /κ+\ κ+ ' Η < / ρ〉Η ·〇/ρ) —Η \ H .(w ρ) + ": Η3> 'Η〆 (78) m/e=42峰不存在於 ΙΡ = 70 eV但存在於 ΙΡ=150 eV，（m/e = 44) 峰存在於IP = 70 eV及IP=150 eV為記號可識別KH5及KH3。 -184 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) m 装 訂 線 593148 A7 B7 五、發明説明（182 ) 圖6 3顯示得自晶體之蒸氣之質譜（m/e = 〇-50)，該晶體係 經由使用旋轉蒸發器於50°C濃縮300 cc得自BLP電解池之碳 酸鉀電解質至恰生成沉澱為止製備（XPS樣本# 7 ; TOFSIMS#8)，樣本加熱器溫度為i〇〇°C。當離子化能由3〇 eV增至70 eV時觀察得（m/e=22)峰其強度等於觀察得之 (m/e=44)峰。二氧化碳產生（m/e=44)峰及（m/e=22)峰對應於 雙重離子化二氧化緩(m/e=44)。但二氧化碳之（m/e=22) + 係占（m/e=44)峰之約0.52%[資料得自UTI-100C-02四極殘氣 分析儀，VEE=70 V，VIE=15 V，VFO=-20 V，IE=2.5 mA及解 析電位計=5·00，Uthe技術公司，加州桑尼維爾北馬西達大 道325號94086製造]。如此（m/e=2 2)峰非為二氧化碳。 (m/e = 44)峰指定給KH5。（m/e=22)峰指定給於較高離子化能 藉下述KH5之分段產生之雙重離子化KH5
2s (79) 於氫氫化合物含二或多個氫氫陰離子ΡΓ(1/ρ)具有低量子數 Ρ之例，可能出現例外分支比，因此雙重離子化離子學具 有類似單一離子化離子峰之大小。此乃由於離子化之第二 電子結合能相對低之故。資料指出於氳氫化合物κη5分段 成ΚΗ3之例，如式（7 8)所示，ΚΗ5包含兩個具有高量子數ρ 之氫氫陰離子Η·(1/ρ)。如表1列舉離子化能高；如此分段 有利於雙重離子化。m/e = 42峰不存在於ip = 7〇 eV但存在於 -185- 593148 A7 B7 五、發明説明（183 ) IP=150 eV，（m/e = 44)峰存在於 IP = 70 eV 及 IP=150 eV，雙重 離子化（m/e = 44)♦之例外強度為標記可識別本發明之氫氫 化合物KH5。 當離子化能由30 eV增至70 eV時觀察得m/e=4峰。反應遵 照式（32)。 + H:· L P . L p _ (·8〇) H4+(l/p)表示存在有二氫分子及分子離子，包括於質譜儀經 由結合能增高的氫化合物分段形成者。如峰與標記之交互 關係驗證，TOFSIMS及MS可證實此處所述指定。 TOFSIMS進一步經由提供介穩離子之獨特標記證實結構 式。於正光譜及參考光譜之例，寬特徵係於質量區m/e= 23-24觀察得及質量區m/e=39-41觀察得。特徵指示由含有 且分段成為Na+及K+之中性物種形成介穩離子。介穩離子 峰之強度於含氫氫陰離子樣本及參考樣本間顯著改變。結 果指示氫氫化合物形成之中性物種與參考例之TOFSIMS期 間生成之中性物種不同。 除了顯示氫氫陰離子峰外，XPS也證實TOFSIMS資料。 例如TOFSIMS樣本# 1亦對應於XPS樣本#6。p=2至p=16之 氫氫陰離子峰H_(n=l/p)識別於圖21。圖20所示研究光譜 顯示因存在有兩個C 1 s峰故存在有兩型碳。峰指定給一般 碳酸鉀及聚合物氫氫橋接碳酸鉀。 TOFSIMS樣本#3類似XPS樣本#5。圖18所示研究光譜顯 示因存在有兩個N Is峰故存在有兩型氮，及因存在有兩個 -186- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（184 ) C 1 s峰故存在有兩型碳。氮♦指定給一般硝酸抑及聚合物 氫氫橋接硝酸鉀。碳峰指定給一般碳酸鉀及聚合物氫氫橋 接碳酸鉀。 XPS證實符號 TOFSIMS 資料。XPS樣本 #4，#7，#10-#13 之研究光譜之主峰或奥格峰分裂指示各分裂峰原子有兩形 鍵結，示於表1 7。對應各圖列舉所選研究光譜之0-70 eV 區高解析度光譜（#/#)。0-70 eV區高解析度光譜含有氫氫陰 離子峰。又包含表17列舉及研究光譜所示氫氫化合物之若 干元素峰移位大於已知化合物。例如XPS樣本# 7出現於圖 64之XPS光譜顯示異常鉀，鈉及氧峰移位。圖64所示結果 並非來自於均勻或差異帶電。氧KLL奥格峰重疊XPS樣本 # 6之XPS研究光譜之峰而線數目，相對強度及峰移位改 變。光譜並非完全相同之重覆研究光譜之重疊，反而以恆 定因數移位及擴增；如此可排除均句帶電。因碳及氧峰具 有正常氧峰形狀故去除差異帶電。感興趣峰之得自參考文 獻[C. D. Wagner，W. M. Riggs，L. E. Davis，J· F. Moulder，G. E. Mulilenberg(編者），X光光電子光譜術手冊，Perkin-Elmei·公司，明尼蘇達州伊丹派禮（1997)]之結合能範圍（最 小值至最大值min-max)示於表1 7末行。奪移位程度無法識 別指定而識別為根據本發明之含氫氫陰離子化合物。例如 表22及23所示正及負TOFSIMS光譜（TOFSIMS樣本# 8)顯 示大峰識別為KHKOH及KHKOH2。圖64所示K3p，K3s， K2p3，K2Pl&K2s XPS峰及O Is XPS峰之一般移位指定至此 等化合物。TOFSIMS及XPS結果證實橋接或線性氫氫化鉀 -187- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 裝
k 593148 A7 _ B7 五、發明説明（185 ) 及氫氫氧化鉀化合物指定。至於另一例，NaKL23L23峰顯 著移位至較高及較低結合能而符合電子給予基及電子吸引 基之鍵結例如NaSiH6及Na2H2。此等化合物由TOFSIMS顯 示於此處。TOFSIMS及XPS共同提供此處指定至氫氫化合 物之證實。 表17、氫氫化合物之XPS峰之結合能。 XPS 編號 圖編 號 Cls (eV) Nls (eV) Ols (eV) Na KI^3L23 (Ev) Na Is (eV) K3p (eV) K3s (eV) K2p3 (eV) K2Pl (eV) K2s (eV) 4 16 2842 4032 532.1 4962 1070.9 17 285.7 407.0 535.7 501.4 1077.5 — 一 一 一 一 287.4 563.8 523.1 288.7 5 18 2842 4025 5322 4962 1070.4 16.6 32.5 292.1 295.0 376.9 19 4065 540.6 6 20 2842 -390 530.7 496.5 1070.0 16.0 32.0 291.8 294.6 376.6 21 288.8 極寬 503.8 1076.5 300.5 3032 7 56 284.4 393.1 530.4 495.9 1070.4 162 32.1 291.8 294.7 376.6 22 288.5 537.5 5032 1076.3 21.7 37.9 299.5 309.4 383.6 547.8 5122 8 2842 398.9 531.8 496,9 1070.9 167 32.5 2923 295.1 376.9 288.1 402.8 501.7 385.4 406.7 寬 9 2843 一 530.3 485.0 1072.9 16.9 32.8 292.5 295.3 3772 493.5 寬 10 2843 3972 532.3 485.4 1070.1 16.6 32.7 292.5 295.3 3772 287.9 3993 541.1 495.9 1077.8 298.9 3022 402.8 545.1 407.1 547.8 413.5 416.8 11 2842 399.5 530.7 474.8 1072.5 16.6 32.5 2923 2952 377.1 285.9 406.5 498.0 寬 最小 280.5 398 529 1070.4 292 值 2932 最大 293 407.5 535 1072.8 -188- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（186 ) ΒΓ I 厂 I I _ I .. .Γ~ΓΠ—~I~~「 低溫泵送晶體之X光光電子光譜（XPS)之675 eV至765 eV 結合能區，該晶體係分離自含破化鉀催化劑，不銹鋼引線 及鎢絲之氣體電池氫氫反應器之40t蓋（XPS樣本#13)，識 別Fe 2p3及Fe 2Pl峰顯示於圖65。XPS樣本#13之Fe 2p3及Fe 2pi學移位20 eV ;已知最大值為14 eV。存在有氫氫化鐵可 藉於西北大學於液態氮溫度操作之摩斯鮑爾光譜術證實。 光譜之主要記號符合指定給氧化鐵之高旋轉鐵（之四極 雙峰。此外於摩斯鮑爾光譜觀察得第二化合物其產生超細 微分裂於+0.8毫米/秒，+0.49毫米/秒，-0.35毫米/秒及 -0.78毫米/秒其指定給氫氫化鐵。 至於過渡金屬XPS峰之極端移位之另一例，xps樣本# 5 之Νι 2p3及Ni 2pi辛包含兩個學集合。第一集合之結合能為
Ni 2p3 = 855.8 eV 及 Ni 2p〗 = 862.3 eV 對應於 NiO 及 Ni(OH)2。 第二具有可媲美強度之異常峰集合之結合能為Ni 2ρ3 = 873·4 eV及Ni 2Pl = 880.8 eV。所得移位之最大值川％ 為861 eV對應於iNiF6。藉TOFSIMS觀察得對應氫氫化金 屬锋（MHn此處]V[為金屬及Η為結合能增高的氫物種） (TOFSIMS樣本36)示於表20。 至於自化物XPS峰之極端移位範例，xps樣本#1丨之】3d5 及I 3d3峰包含兩個峰集合。第一集合之結合能為1 3d5= 618.9 eV及I 31 = 630.6 eV對應於碘化鉀。第二異常集合峰 之結合能為I 3d5= 644.8 eV及I 3d3=655.4 eV。最大工3(15移 位為624.2 eV對應於KI〇4。鹼金屬__化物氫氫化合物之概 -189-
593148
A7 B7 五、發明説明（W ) 略結構為 Η *(1 /Ρ) 不含識別指定之新穎移位XPS峰對應於且識別為本發明之 含氫氫陰離子之化合物。 X光繞射（XRD)亦於TOFSIMS樣本#3進行。對應XRD樣 本為樣本# 3 Α。觀察得不含識別指定之峰如表1 2所示。 進行富立葉轉形紅外光譜術（FTIR)。TOFSIMS樣本# 1對 應於FTIR樣本# 1。指定給氫氫化合物之峰係於3294， 3077，2883，2505，2450，1660，1500，1456，1423， 1300，1154，1023，846，761 及669 cm-1 觀察得。TOFSIMS 樣本# 3對應於FTIR樣本#4。指定給氫氫化合物之峰係於 2362 cm·1 及2336 cnT1 觀察得。 指定作為親代♦之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所取樣 本# 5之正飛行時間二次離子質譜術（TOFSIMS)之對應片段 (m/e)示於表1 8。 表1 8、指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所 取樣本# 5之正飛行時間二次離子質譜術（TOFSIMS)之對應 片段（m/e) 〇 氫氫化合物或 片段 名目質量 m/e 觀察值 m/e 計算值m/e m/e觀察值與 計算值間之差 NaH 24 23.99 23.997625 0.008 NaH2 25 25.01 25.00545 0.004 NaH3 26 26.015 26.013275 0.002 NaH4 27 27.02 27.021 1 0.001 A1 27 26.98 26.98153 0.001 -190- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)
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593148 A7 B7 五、發明説明（188 ) A1H 28 27.98 27.989355 0.009 A1H2 29 29.00 28.99718 0.003 NaH5 28 28.03 28.028925 0.001 n〇2 46 45.99 45.99289 0.003 NaNO 53 52.99 52.98778 0.002 Fe 56 55.93 55.9349 0.005 FeH 57 56.94 56.942725 0.003 FeH4 60 59.97 59.9662 0.004 Na20 62 61.97 61.97451 0.004 Na2OH 63 62.98 62.982335 0.002 NaHNaOH 64 63.99 63.99016 0.0002 NaH2NaOH 65 64.99 64.99785 0.008 K2H3 81 80.95 80.950895 0.001 Na3〇 85 84.96 84.96431 0.004 Na3OH 86 85.97 85.972135 0.002 Na3OH2 87 86.98 86.97996 0 Na3OH3 88 87.98 87.987785 0.008 Na3〇H4 89 89.00 88.99561 0.004 KH3O3 90 89.97 89.971915 0.002 KH3O3H 91 90.975 90.97974 0.005 N a.3 0 2H 102 101.97 101.967045 0.003 N3.3 0 2H2 103 102.97 102.97487 0.005 Na303H 118 117.96 117.961955 0.002 Na402H 125 124.955 124.956845 0.002 N^3 NO 3 131 130.95 130.9572 0.007 Na3N03H 132 131.96 131.965025 0.005 kh4 khkoh2 140 139.94 139.940815 0.001 kh5 khkoh2 141 140.94 140.94864 0.009 Na502H 148 147.95 147.946645 0.003 Na503H 164 163.94 163.941595 0.002 N 3.5 0 3 H2 165 164.95 164.94938 0.001 k2n303h2 170 169.94 169.93701 0.003 N3.5N202H2 177 176.955 176.95552 0.0005 Na6〇3H 187 186.93 186.931355 0.001 Na5N2〇3H2 193 192.95 192.95552 0.006 於濺鍍前及後於正離子光譜觀察得之主峰為Na+，
裝
Nax(N03)y+ ，NaxOy+ 及 NaxNy〇z+。鈉學多於抑學。Na -191 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇x 297公釐) 593148 A7 _；_—_ B7 五、發明説明（189 ) (m/e=22.9898)及 κ (m/e = 38.96371)之正 TOFSIMS 光譜數目 分別為3 X 1〇6及3〇〇〇。未觀察得碳酸鹽主峰或片段。指示 金屬含量為微量。 指足作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所取樣 本# 5 <負飛行時間二次離子質譜術（T〇FSIMS)之對應片段 (m/e)示於表1 9。 表19、心足作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所 取樣本# 5之負飛行時間二次離子質譜術（T〇FSIMS)之對應 片段（m / e)。 氫氫化合物或片段 名目質 量m/e 觀察值 m/e 計算值m/e m/e觀察值與 計算值間之差 NaH3 26 26.015 26.013275 0.002 KH3 42 41.99 41.987185 0.0028 Na2H2 48 48.00 47.99525 0.005 Na2H3 49 49.00 49.003075 0.003 K2C1H2 115 114.91 114.91192 0.002 矽烷類/矽氧烷類 NaSi 51 50.97 50.96673 0.003 NaSiH 52 51.97 51.974555 0.004 NaSiH2 53 52.975 52.98238 0.007 NaSiH3 54 53.98 53.990205 0.010 NaSiH4 55 55.00 54.99803 0.002 NaSiH6 57 57.02 57.01368 0.006 NaSiH7 58 58.02 58.021505 0.002 NaSiH8 59 59.02 59.02933 0.009 KSiH4 71 70.97 70.97194 0.002 KSiH5 72 71.975 71.979765 0.005 KSiH6 73 72.99 72.98759 0.002 Si3H9 93 93.00 93.001215 0.001 裝
• 192- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（19〇 S I3H 1 7 101 101.06 101.063815 0.004 SI3H 1 8 102 102.07 102.07164 0.001 一 SI3H17O 117 117.05 117.058725 0.007 " SI3H17O2 133 133.05 133.053635 0.004 S I4H 1 5 0 143 143.02 143.020005 —1—-- 0 Si6H210 205 205.03 205.0208 0.009 於濺鍍前及後於負離子譜觀察得主峰為大亞硝酸根學， 硝酸根峰，鹵素峰，NaxOy·及NaxNyOz·。未見碳酸根主峰 或片段。 正及負TOFSIMS吻合含NaN〇2>NaN〇3之主要化合物及片 段。化合物係由最初〇 · 5 7 Μ礙酸鉀電解質過濾得。氫氧化 鈉溶解度為420°c克/100 cc (10·5 Μ)。亞硝酸鈉溶解度為 81.515°(：克1〇〇^(11.8%)，硝酸鈉溶解度為 92.125°。克/1〇〇(^ (10.8 M)。碳酸鉀溶解度為1 1225°C克/loo cc (8」M)及碳酸 氫鉀溶解度為 22_4冷水克/100 cc (2·2 M)[R.C. Weast，Editor， CRC1學及物理學手冊第 58版，CRC Press，（1977)，pp·，B-143及B-1 6 1 ]。如此亞硝酸鈉及硝酸鈉呈沉澱為未預期者。 溶解度結果證實溶解度比碳酸氫鉀更低之橋接氫氫亞硝酸 鹽及硝酸鹽化合物之指定。 藉TOFSIMS觀察主要化合物及片段含有亞硝酸鋼大於硝 酸鈉進一步證實xps存在有亞硝酸根及硝酸根氮（xps樣本 # 4摘述於表17)。XP SNa Is學及N Is♦作為亞硝酸根（403.2 eV)大於硝酸根（407.0 eV)證實主要物種為亞硝酸鈉大於硝 酸鈉。TOFSIMS及XPS結果證實橋接或線性氫氫亞硝酸鹽 及硝鹽化合物及橋接或線性氫氳氫氧化物及氧化物化合 物之指足。硝酸納氣鼠化合物之概略結構式可於式（7 6)列 -193- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) ·； 裝 訂
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舉之結構式以鈉取代鉀獲得 結構式為 氳氧化物氫氫化合物之概略 ^ 0H*
*Na+ \ NaH \ / Η·(1 /p)'- 及 . —Na+— Η *(1 / p) — —OH*— - J n 相同電池，伊達荷國家工程實驗室操作6個月所得晶體之 XPS未觀察得氮，纟中以碳酸鋼替代碳酸_。質譜也顯示 除空氣污染外不含峰（電解池質譜術樣本#1)。硝酸根及亞 硝酸根來源可指定給大氣氧化氮與氫氫化合物之反應產 物。氫氫化合物也觀察得可與源自大氣之二氧化硫反應。 也觀察得矽烷類。表19列舉之Si3H17 (m/e=l〇l)峰可由 8141116(111/€-128)之學]\4+1損失一個碎原子形成。此等片段 及類似化合物顯示於藉質譜術識別氫氫化合物乙節。
Si4H17 (m/e=129)—Si (m/e=28) + Si3H17 (m/e=l01) (81) 指足作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所取樣 本# 6 4正飛行時間二次離子質譜術（t〇fSIMS)之對應片段 (m/e)示於表2 0。 表20、指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所 取樣本# 6之正飛行時間二次離子質譜術（T〇FSIMS)之對應 片段（m/e)。 194- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNi^i^(21〇X297公釐)
訂
線 593148 A7 B7 五、發明説明（192 ) 氫氫化合物或 片段 名目質量 m/e 觀察值 m/e 計算值m/e m/e觀察值與 計算值間之差 NaH 24 23.99 23.997625 0.008 KH2a 41 40.98 40.97936 0.0006 k〇h2 57 56.97 56.97427 0.004 Ni 58 57.93 57.9353 0.005 NiH 59 58.94 58.943 125 0.003 NiH4 62 61.96 61.9666 0.007 Cu 63 62.93 62.9293 0.001 CuH 64 63.94 63.93777 0.002 CuH2 65 63.945 64.94545 0.0005 KCO 67 66.9615 66.95862 0.002 K20 94 93.93 93.92233 0.008 k2〇h 95 94.93 94.930155 0.0001 KHKOH 96 95.93 95.93798 0.008 khkoh2 97 96.945 96.945805 0.0008 k2〇2h3 113 112.935 1 12.940715 0.006 K3H4O 137 136.93 136.91734 0.013 K2HCO3 139 138.92 138.919975 0 K2N〇3 140 139.91 139.91522 0.005 K3NOH2 149 148.905 148.90476 0.0002 K3NOH3 150 149.91 149.912585 0.002 K3co2 161 160.8893 160.881 0.008 K2C2〇4 166 165.90 165.90706 0.007 k2h2c2〇4 168 167.92 167.92271 0.002 [K+ 138n] + n=l K[K2C031 177 176.8792 176.87586 0.003 k3c2no2 187 186.875 186.88402 0.005 k3hc2no2 188 187.885 187.891845 0.007 K3C2〇3 189 188.87 188.87586 0.006 K3N04 195 194.88 194.87384 0.006 -195- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（193 ) K3HN〇4 196 195.89 195.881665 0.008 K3H2N04 197 196.90 196.88949 0.010 K3H3N04 198 197.90 197.8973 0.003 k4n〇2h2 204 203.86 203.86338 0.003 K4N02H3 205 204.87 204.871205 0.001 K4N03H2 220 219.855 219.85829 0.003 K5NOH2 227 226.83 226.83218 0.002 K4N04H 235 234.84 234.845375 0.005 k3n3〇5h2 241 240.90 240.89054 0.0005 k5n〇2h2 243 242.826 242.82709 0.001 k5n〇3h2 259 258.82 258.822 0.002 k5n203h2 273 272.825 272.82507 0 k2h(kno3)2 281 280.83 280.838265 0.008 '經由比較41K/39K比與自然豐富比可消除39KH2+來自41κ之干 擾（觀察值=-4.2x =49.4%，自然豐富比=^^ = 7.4%)。 8.5x 106 93.1 於濺鍍前所得正離子譜以K+為主。觀察得KOH:，KxO; &KxNyO:峰。KxNyO>140 m/z 對應於[Κ20+η · ΚΝ03]+， [Κ2〇2 + η · ΚΝ〇3]+，[Κ+η · ΚΝ03] +及[ΚΝ02+η · ΚΝ03]+。濺 鍍後主峰為Κ；；及κχο丨。濺鍍後硝酸鹽峰強度下降。鎳及氫 化鎳♦明顯。銅及氫化銅指示微量。 指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所取樣 本#6之負飛行時間二次離子質譜術（TOFSIMS)之對應片段 (m/e)示於表2 1。 表2 1、指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態 所取樣本# 6之負飛行時間二次離子質譜術（TOFSIMS)之對 應片段（m/e)。 -196- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇x 297公釐）
裝 訂
593148 A7 B7 五、發明説明（194 ) 氫氫化合物或 片段 名目質量 m/e 觀察值 m/e 計算值m/e m/e觀察值與 計算值間之差 NaH3 26 26.015 26.013275 0.002 kh4 43 43.00 42.99501 0.005 KC 52 50.96 50.96371 0.004 K〇 55 54.96 54.95862 0.001 KOH 56 55.97 55.966445 0.003 NaHNaOH 64 63.99 63.99016 0 K〇2 71 70.95 70.95353 0.003 K〇2H 72 71.96 71.961355 0.001 k2h2 80 79.942 79.94307 0.001 KC02 83 82.95 82.95353 0.003 K2C 90 89.93 89.935245 0.005 K2CH 91 90.94 90.94307 0.003 k2〇h 95 94.93 94.930155 0 KHKOH 96 95.93 95.93798 0.008 K2OH3 97 96.935 96.945805 0.010 k2〇h4 98 97.95 97.95363 0.004 k2〇h5 99 98.96 98.961455 0.001 khno3 102 101.95 101.959335 0.009 kh2no3 103 102.96 102.966716 0.007 k2o2h 111 110.92 110.925065 0.005 k3oh3 136 135.91 135.909515 0.0005 矽烷類/碎氧烷類 NaSi3Hi4 121 121.03 121.03014 0.0001 濺鍍前負離子譜含有強硝酸根峰（NO;及Ν0;)及氧峰（cr及 〇Η·)。其它元素包括Cx K;，F ·及cr。也觀察得KNO;及 KNO:。光譜之若干系列峰對應於[η · ΚΝ03+ΚΝ04Γ，[η · ΚΝ〇3+Ν〇2]-及[η · ΚΝ03+Ν03Γ。濺鍍後之光譜以氧峰及硝 酸根峰占多數。觀察得(^&，F·及Cr以及ΚΝ〇3-，ΚΝ2〇4、 -197- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐) 593148 A7 ___ B7 五、發明説明（195 ) KN2〇4-及KN2〇5-。濺鍍後[η · ΚΝ〇3+Ν03Γ峰強度下降。 藉XPS及質譜術也觀察得氫氫化合物證實TOFSIMS結 果。圖16及圖17所示XPS光譜及圖25A-25D所示質譜具有 表4之指定係對應於TOFSIMS樣本#5。圖18及圖19所示 XPS光譜及圖2 4所示質譜具有表4指定係對應於TOFSIMS 樣本# 6。 正及負TOFSIMS符合含硝酸鉀大於亞硝酸鉀之大多數化 合物及片段。TOFSIMS觀察大半化合物及片段含有硝酸鉀 大於亞硝酸鉀進一步經由XPS存在有亞硝酸根及硝酸根鈉 證實（XPS樣本#5 摘述於表 17)。K 3p，K 3s，K 2p3，K 2Pl 及K 2s XPS峰及N Is XPS峰呈硝酸根（406.5 eV)大於亞硝酸 根（402.5 eV)證實大半物種為硝酸鉀大於亞硝酸鉀。 TOFSIMS及XPS結果證實指定橋接或線性氫氫亞硝酸鹽及 硝酸鹽化合物及橋接或線性氫氫氫氧化物及氧化物化合 物。 碳酸鉀電解質酸化製備樣本# 6期間，p Η重覆由3增至 9，此時加入額外酸並釋放二氧化碳。ρ Η之增加（經由滴 定反應物釋放鹼）係與溶液溫度及濃度有關。符合此種觀 察之反應為式（76)列舉之NO;置換CO〗·之反應。K[K2C03]峰 指示亦存在於TOFSIMS樣本#3之例之橋接碳酸鉀氫氫化合 物之安定性。 指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所取樣 本# 8之正飛行時間二次離子質譜術（TOFSIMS)之對應片段 (m/e)示於表2 2。 -198- 本紙張尺度適用中國國家榡準(CNS) A4規格(210X297公釐）
593148 A7 B7 五、發明説明（196 ) 表22、指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所 取樣本# 8之正飛行時間二次離子質譜術（TOFSIMS)之對應 片段（m/e)。 氫氫化合物或 片段 名目質量 m/e 觀察值 m/e 計算值m/e m/e觀察值與 計算值間之差 NaH 24 23.99 23.997625 0.008 NaH2 25 25.01 25.00545 0.004 NaH3 26 26.015 26.013275 0.002 A1 27 26.98 26.98153 0.001 A1H 28 27.98 27.989355 0.009 A1H2 29 29.00 28.99718 0.003 KH 40 39.97 39.971535 0,0015 KH2a 41 40.98 40.97936 0.0006 k〇h2 57 56.97 56.97247 0.004 k〇h3 58 57.98 57.98202 0.002 koh4 59 58.98 58.9898992 0.010 Cu 63 62.93 62.9293 0.001 CuH 64 63.94 63.937625 0.002 CuH4 67 66.96 66.961 1 0.001 KHKOH 96 95.93 95.93798 0.008 khkoh2 97 96.94 96.945805 0.006 KHKNO3 141 140.92 140.923045 0.003 k2o4h3 145 144.93 144.930535 0.0005 k3〇2h 150 149.89 149.8888 0.001 k3o2h2 151 150.8965 150.8966 0.0001 K3O2H3 152 151.90 151.904425 0.004 K3O2H4 153 152.905 152.91225 0.007 k2co4h 155 154.90 154.914885 0.010 K3c2o 157 156.88 156.88604 0.006 K4H3 159 158.87 1 58.8783 0.008 -199- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)
裝
線 593148 A7 B7 五、發明説明（做） k3h2co2 163 162.89 162.8966 0.007 k4ch 169 168.86 168.862665 0.002 K3C202 173 172.88 172.88095 0.001 矽烷類/碎氧烷類 NaSi5H220 201 201.04 201.04151 0.001 NaSi5H24〇 203 203.06 203.05716 0.003 NaSi5H260 205 205.07 205.07281 0.003 Si6H25〇 209 209.06 209.052 0.008 Si6H27〇 211 211.07 21 1.06776 0.002 Si6H28〇 212 212.07 212.07559 0.006 Si6H290 213 213.08 213.083465 0.003 NaSi6H24 215 215.05 215.03918 0.011 NaSi6H26 217 217.06 217.05483 0.005 NaSi6H280 235 235.07 235.06539 0.004 NaSi6H30O 237 237.08 237.08104 0.001 NaSi6H3〇02 253 253.08 253.07595 0.004 經由比較41κ/39κ比與自然豐富比可消除39 KH2+來自41κ之 干擾（觀察值=^1^ = 55.8%，自然豐富比=^ = 7.4%)。 /·7χ 1〇 93.1 ’ 正離子光譜主要為Κ+但也存在有Na+。其它含鉀峰包括 KC ’ KxOy ’ Kx〇H+，KCO+，K2+及一系列辛具有間隔 1 3 8 對應於K[K2C03[ m/e=(39+138n)。 指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所取樣 本# 8之負飛行時間二次離子質譜術（T〇FSIMs)之對應片段 (m/e)示於表2 3。 表23、指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所 取樣本#8之負飛行時間二次離子質譜術（t〇f SIMS)之對應 片段（m/e)。 -200- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（198 ) 氫氫化合物或 片段 名目質量 m/e 觀察值 m/e 計算值m/e m/e觀察值與 計算值間之差 NaH 24 23.99 23.997625 0.008 NaH? 25 25.01 25.00545 0.004 NaH, 26 26.015 26.013275 0.002 kh7 41 40.98 40.97936 0.0006 KH, 42 41.99 41.987185 0.0028 k?h7 80 79.942 79.94307 0.001 KHKOH 96 95.94 95.93798 0.002 KHKOH7 97 96.94 96.945805 0.006 ΚΝ,Ο,Η 116 115.96 1 15.962405 0.002 ΚΝ,Ο,Η, 117 116.97 116.97023 0.0002 K?C1H, 115 114.91 114.91192 0.002 K?C1H, 116 115.92 115.919745 0.000 K,OH 134 133.89 133.893865 0.004 K,OH, 135 134.90 134.90169 00.02 K,OH, 136 135.91 135.909515 0.0005 k3o?h2 151 150.89 150.8966 0.007 k2n2o,h 155 154.92 154.926115 0.006 k2〇5h 159 158.91 158.909795 0.0002 k2o,h, 161 160.93 160.925445 0.005 k,o4h7 丨183 182.88 182.88942 0.009 K4NOH 187 186.855 186.860645 0.006 K4NOH3 189 188.87 188.876295 0,006 k3n2o,h4 197 196.91 196.9133 0.003 k3co5h2 211 210.88 210.88133 0.001 k,co,h4 213 212.90 212.89698 0.003 矽统類/碎氧燒類 NaSi5H220 201 201.04 201.04151 0.001 Si6HigO 203 203.005 203.005165 0.0002 s“h21o 205 205.03 205.0208 0.009 Si6H280 212 212.07 212.07559 0.006 -201 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 593148 A7
S ίόΗ29〇 ---- 213 213.08 213.083465 0.003 Si6H2i〇9 223 223.04 223.031375 0.009 — NaSi5H,9〇, 223 222.96 222.95308 0.007 NaSisH^O, 224 223.96 223.96095 0.001 NaSi7H^ 250 -------- 250.08 250.070885 0.009 負離子瑨王要為氧峰。其它顯著峰為OH·，HCO;及co;。 也存在有卣陰離子峰及其它_素之極小峰。 (82) 表23列舉之峰仏叫私20 (m/e=201)可產生片段NaSiH6 (m/e = 57)及Si4H16 (m/e=128)。此等片段及類似化合物顯示 於藉質譜術識別氫氫化合物乙節。 、
NaSi5H220 (m/e=201)->NaSiH6 (m/e=57)+ Si4H16 (m/e=128)+〇 (m/e =16) 指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所取樣 本# 9之正飛行時間二次離子質譜術（T〇FSIMS)之對應片段 (m/e)示於表2 4。
裝 表24 '私足作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所 取樣本# 9之正飛行時間二次離子質譜術（T〇FSIMS)之對應 訂 片段（m/e) 〇 氫氲化合物或 片段 名目質量 m/e 觀察值 m/e 計算值m/e m/e觀察值與 計算值間之差 KH2a 41 40.98 40.97936 0.0006 Na2H 47 46.99 46.987425 0.002 Ni 58 57.93 57.9353 0.005 NiH4 62 61.96 61.9666 0.007 Cu 63 62.93 62.9293 0.001 Zn 64 62.93 62.9291 0.001 K2H 79 78.940 78.935245 0.004 k2h2 80 79.942 79.94307 0.001
-202- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（2〇〇 ΚΗ Κ〇Η ΚΗ ΚΟΗ2
Ag K2C1H2 ΚΙΗ 208
PbH 矽烷類/碎氧烷類 81 80.95 95.93 96^93 5 l〇6.90 14.91 19.91 120.92 121
116^87^ 108.98 96 97 107 115 120 80.950895 95.93798 0.001 0.008 96.945805 106.90509 114.91192 119.914605 120.92243 166.871935 208.984425 0.010 0.005 0.002 0.005 0.002 0.002 0.004
NaSi3Hi〇0 NaSi3H12〇 133 135 .132^ 135^00 132.99375 135.0094 0.004 0.009
、’二由比較K/ K比與自然豐富比可消除39切丨來自41尺之
干擾（觀察值70/ 3.6χ 1〇6 00·7% J 自然豐富比 6,88 931 :7.4%)
裝
TFSIMS樣本#9之正離子譜幾乎同下述T〇FSIMS樣本#10 〈離子If，但丁OFSIMS樣本#9之光譜大體不含Fe+峰。 指足作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所取樣 本# 9之負飛行時間二次離子質譜術（t〇fSIMS)之對應片段 (m/e)示於表2 5。 -203- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 593148 A7 B7 五 、發明説明（201 ) 表2 5、指定作為親代♦之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所 取樣本#9之負飛行時間二次離子質譜術（TOFSIMS)之對應 片段（m/e)。 氫氫化合物或 片段 名目質量 m/e 觀察值 m/e 計算值m/e m/e觀察值與 計算值間之差 kh4 43 43.00 42.99501 0.005 Na2H2 48 47.99 47.99525 0.005 Na2H3 49 49.00 49.003075 0.003 Cu 63 62.93 62.9293 0.001 NaHKH 64 63.96 63.96916 0.009 ZnO 80 79.92 79.92401 0.004 K2C1H2 115 114.91 114.91192 0.002 HI 128 127.91 127.908225 0.002 NalH 151 150.90 150.898025 0.002 KIH 167 166.88 166.871935 0.008 208PbH 209 208.98 208.984425 0.004 TOFSIMS樣本#9之負離子譜幾乎同丁 OFSIMS樣本#10之 負離子譜，摘述如下。 指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所取樣 本#10之正飛行時間二次離子質譜術（TOFSIMS)之對應片段 (m/e)示於表2 6。 表26、指定作為親代辛之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所 取樣本# 1 〇之正飛行時間二次離子質譜術（TOFSIMS)之對 應片段（m/e)。 氫氫化合物或 片段 名目質量 m/e 觀察值 m/e 計算值m/e m/e觀察值與 計算值間之差 KH2a 41 40.98 40.97936 0.0006 Na2H 47 46.99 46.987425 0.002 -204- 線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐)
訂
593148 A7 B7 五、發明説明（2〇2 )
Fe 56 55.93 55.9349 0.005 FeH 57 56.94 56.942725 0.003 Ni 58 57.93 57.9353 0.005 NiH4 62 61.96 61.9666 0.007 Cu 63 62.93 62.9293 0.001 Zn 64 62.93 62.9291 0.001 K2H 79 78.940 78.935245 0.004 k2h2 80 79.942 79.94307 0.001 k2h^ 81 80.95 80.950895 0.001 KH KOH 96 95.93 95.93798 0.008 KH KOH2 97 96.935 96.945805 0.010 Ag 107 106.90 106.90509 0.005 K2C1H2 115 114.91 114.91192 0.002 K3H3 120 119.91 119.914605 0.005 K3H4 121 120.92 120.92243 0.002 KIH 167 166.87 166.871935 0.002 208PbH 209 208.98 208.984425 0.004 矽烷類/碎氧烷類 NaSi4H14 149 149.01 149.00707 0.003 Si5Hn 151 150.97 150.970725 0.001 Si6H15〇 199 T98.97 198.973865 0.004 S16H21O2 221 221.02 221.015725 0.004 NaSi5H13〇3 224 223.96 223.96095 0.001 NaSi5H14〇3 225 224.97 224.96873 0.001 NaSi6H280 235 235.06 235.06539 0.005 NaSi2Hl9 238 237.98 237.976985 0.003 經由比較41K/39K比與自然豐富比可消除39KH2+來自41〖之 干擾（觀察值= ^^1=70.0%，自然豐富比=· = 7·4°/ο)。 4.0χ 1〇6 93.1 濺鍍清潔前獲得正離子模態光譜顯示下列相當強力無機 離子：Na+，Κ+，Fe+，Cu+，Zn+，K2+，Ag+，K2C1+，ΚΙ+， -205- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（2〇3 ) KNaI+，Pb +及Κ[ΚΙ[。其它無機元素包括Li，B及Si。濺鍍 清潔後Ag+及Pb +銳減，指示銀及鉛化合物僅存在於表面。 除了樣本於電池低溫泵送外，本結果指示化合物為揮發 性。 指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所取樣 本#10之負飛行時間二次離子質譜術（TOFSIMS)之對應片 段（m/e)示於表27。 表27、指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態 所取樣本# 1 〇之負飛行時間二次離子質譜術（Τ Ο F S I M S ) 之對應片段（m/e)。 氫氫化合物或 片段 名目質量 m/e 觀察值 m/e 計算值m/e m/e觀察值與 計算值間之差 kh4 43 43.00 42.99501 0.005 Na2H2 48 47.99 47.99525 0.005 Na2H3 49 49.00 49.003075 0.003 Cu 63 62.93 62.9293 0.001 NaHKH 64 63.96 63.96916 0.009 ZnO 80 79.92 79.92401 0.004 K2C1H2 115 114.91 114.91192 0.002 HI 128 127.91 127.908225 0.002 NalH 151 150.90 150.898025 0.002 KIH 167 166.88 166.871935 0.008 CuIH 191 190.84 190.838025 0.002 208PbH 209 208.98 208.984425 0.004 矽烷類/碎氧烷類 Si7H27〇 239 239.05 239.044695 0.005 於濺鍍清潔前獲得負模態離子譜顯示下列相對強力無機 離子：0·，OIT，F·，cr，Γ，ΚΓ，Pb-，I2-，NaT2，Cul;， -206- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（204 ) 於相對低強度也觀察得溴陰離子。濺鍍清潔後光譜相當類 似但不存在有含銀離子。 指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所取樣 本# 1 1之正飛行時間二次離子質譜術（TOFSIMS)之對應片 段（m/e)示於表28。 表28、指定作為親代夸之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所 取樣本# 1 1之正飛行時間二次離子質譜術（TOFSIMS)之對 應片段（m / e )。 氫氫化合物或片 段 名目質量 m/e 觀察值 m/e 計算值m/e m/e觀察值與 計算值間之差 NaH2 25 25.00 25.00545 0.005 KH2a 41 40.98 40.97936 0.0006 Na2H 47 46.99 46.987425 0.003 byGaOH2 87 86.94 86.93626 0.004 k2o2h 111 110.925 110.925065 0.000 k2o2h2 112 111.93 111.93289 0.003 Ga〗NaH2 163 162.85 162.85685 0.007 Ga2KH2 179 178.83 178.83076 0.000 K(KH)2K2S〇3 277 276.79 276.791 0.001 k6o2h2 268 267.78 267.78773 0.008 K(KH)3K202 269 268.79 268.795555 0.006 矽烷類/矽氧烷類 NaSi7H140 249 248.93 248.93277 0.003 a經由比較41K/39K比與自然豐富比可消除39KH2+來自41K之 干擾（觀察值=1:3X 1Q/ =32.5%，自然豐富比=^ = 7.4%)。 4x 106 93.1 指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所取樣 本# 1 1之負飛行時間二次離子質譜術（TOFSIMS)之對應片 段（m/e)示於表2 9。 表29、指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所 -207- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 593148 A7 ____B7 五、發明説明（205 )~ 取樣本# 1 1之負飛行時間二次離子質譜術（t〇FSIMs)之對 應片段（m/e)。 氮氮化合物或 片段 名目質量 m/e 觀察值 m/e 計算值m/e m/e觀察值與 計算值間之差 kh4 43 43.00 42.99501 0.005 kh5 44 44.00 44.002835 0.0028 koh2 57 56.98 56.97427 0.006 KH2N〇3 103 102.97 102.966716 0.003 kh3so2 106 105.95 105.949075 0.001 kh4so2 107 106.96 106.9569 0.003 k3h 118 117.90 117.898955 0.001 k3h2 [U9 118.91 118.90678 0.003 k3o2h2 151 150.89 150.8966 卜0.007 ~ k3o2h3 152 151.905 151.904425 0.001 KH3KS04 177 176.91 176.902605 0.007 矽烷類/碎氧烷類 KH2Si3H12 137 137.00 137.00405 0.004 S i 4H110 139 138.99 138.988705 0.001 SI4H13 0 141 141.00 141.004355 0.004 SI4H9O2 153 152.98 152.967965 0.012 SI4H1 1 〇2 155 154.99 154.983615 0.006 S15H13O 169 168.99 168.981285 0.009 S i 5H15 0 171 171.00 170.996935 0.003 SigHi7〇2 273 272.94 272.938285 0.002 SigHi9〇2 275 274.95 274.953935 0.004 — SisHi7〇3 289 288.93 288.933195 0.003 SigHi9〇3 291 290.95 290.948845 0.001 正及負光瑨主要為硫酸鉀離子特徵。於高質量範圍最顯 著’此處若干離子比硫酸鉀增加丨74 m/z。其它觀察得之物 種為 Li，B+ ’ Na+，Si+，Cr，Γ，ρ〇·2 及 ρ〇-3。於負光譜觀察 得氫氫碎氧烷系列SinH2n+2±1〇m·。 也對 TOFSIMS樣本 #11 進行 XRD (Cu Ka ^:1 =1.54059))。 XRD圖樣對應於硫酸鉀之可識別峰。此外光譜於2 0值 17.71’18.49’32.39’39.1 8,42.1 8及44.29含有無法識別之 -208-
593148 A7 B7 五、發明説明（2Q6 強力峰。無法識別指定之新穎峰對應於且識別為本發明之 氫氫化合物。 指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所取樣 本# 1 2之正飛行時間二次離子質譜術（TOFSIMS)之對應片 段（m/e)示於表30。 表30、指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所 取樣本# 1 2之正飛行時間二次離子質譜術（TOFSIMS)之對 應片段（m/e)。 氫氫化合物或 片段 名目質量 m/e 觀察值 m/e 計算值m/e m/e觀察值與 計算值間之差 NaH 24 23.99 23.997625 0.008 NaH2 25 25.00 25.00545 0.005 KH 40 39.97 39.971535 0.0015 KH2a 41 40.98 40.97936 0.0006 Na2H 47 46.98 46.987425 0.007 Na2H2 48 47.99 47.99525 0.005 Ni 58 57.93 57.9353 0.005 NiH 59 58.94 58.943 125 0.003 NiH4 62 61.96 61.9666 0.007 K2H 79 78.94 78.935245 0.004 k2h3 81 80.94 80.950895 0.011 kh2no2 87 86.97 86.97225 0.002 k〇4h 104 103.9479 103.951175 0.003 k〇4h2 105 104.95 104.959 0.009 k2o2h 111 110.925 110.925065 0.000 K3H4 121 120.93 120.92243 0.008 (KH)2KN〇3 181 180.89 180.89458 0.005 (KH)2KN〇4 197 196.89 196.88949 0.001 矽烷類/碎氧烷類 Si6H230 207 207.04 207.036465 0.0035 NaSi8H18 265 264.94 264.94609 0.006 NaSi8H24 271 270.99 270.99304 0.003 NaSi8H180 281 280.94 280.941 0.001 NaSi8H34 281 281.07 281.07129 0.001 -209- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)
裝
593148 A7 ___ B7 發明説明（2Q7 ] " ^ a經由比較41κ/39κ比與自然豐富比可消除39ΚΗ〖來自4!κ之 千擾（觀察值X 1〇6/115 X 1〇6 = 71·3〇/〇，自然豐 富比=^ = 7.4%)。 93.1 正質子譜主要為Κ+ ’也存在有Na+。其它含鉀離子峰包 括KxHyO; ’ KxNyO;及KwHxPy〇丨。濺鍍清潔造成磷酸根峰強 度減低’而KxHyO:離子清潔強度顯著增高並導致KxHyC^離 子中等增加。其它觀察得之無機元素包括鋰，硼及矽。 指足作為親代學之氳氫化合物（m/e)或以靜態模態所取樣 本# 1 2之負飛行時間二次離子質譜術（TOFSIMS)之對應片 段（m/e)不於表3 1。 表3 1、指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態 所取樣本# 1 2之負飛行時間二次離子質譜術（TOFSIMS)之 對應片段（m/e)。 氫氫化合物或片 段 kh4 名目質量 m/e 觀察值 m/e 計算值m/e m/e觀察值與 計算值間之差 43 43.00 42.99501 0.005 矽烷類/矽氣烷類 S14H1102 Sl6Hi9〇 155 154.99 154.983615 0.006 203 203.00 203.005165 0.005 負離子婿顯示與正離子譜類似傾向，磷酸根觀察得比濺 鐘^ /名别更強力。其它於負離子譜檢測得之離子為C1·及Γ。 指足作為親代學之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所取樣 本#13足正飛行時間二次離子質譜術（TOFSIMS)之對應片段 (m/e)示於表3 2。 表32彳曰定作為親代峰之氫氫化合物（㈤⑷或以靜態模態所 取樣本#13<正飛行時間二次離子質譜術（TOFSIMS)之對應 -210-
593148 五、發明説明（208 ) A7 B7 片段（m/e)。 氫氫化合物或 片段 名目質量 m/e 觀察值 m/e 計算值m/e m/e觀察值與 計算值間之差 kh2 a 41 40.98 40.97936 0.0006 A1 27 26.98 26.98153 0.002 A1H 28 27.99 27.989355 0.001 A1H2 29 29.00 28.99718 0.003 aih3 30 30.01 30.005005 0.005 Fe 56 55.93 55.9349 0.005 FeH 57 56.94 56.942725 0.003 Ni 58 57.93 57.9353 0.005 FeH2 58 57.95 57.95055 0.000 NiH 59 58.94 58.943125 0.003 Cu 63 62.93 62.9293 0.001 CuH 64 63.94 63.93777 0.002 CuH2 65 64.945 64.94545 0.0005 CuH3 66 65.95 65.953275 0.003 CuH4 67 66.96 66.9611 0.001 CrO 68 67.93 67.93541 0.005 CrOH2 70 69.95 69.95106 0.001 CrOH3 71 70.96 70.958885 0.001 NiO 74 73.93 73.93021 0.000 NiOH 75 74.94 74.938035 0.002 NiOH2 76 75.95 75.94586 0.004 NiOH3 77 76.95 76.953685 0.004 NiOH4 78 77.96 77.96151 0.002 NiOH5 79 78.97 78.969335 0.001 CuOH3 82 81.945 81.948185 0.003 CuOH4 83 82.955 82.95601 0.001 Cr02H2 86 85.945 85.94597 0.001 5"GaOH2 87 86.94 86.93626 0.004 Mo 92 91.90 91.9063 0.006 MoH 93 92.91 92.914125 0.004 MoO 108 107.90 107.90121 0.001 MoOH 109 108.91 108.909035 0.001 Cr20 120 119.87 119.87591 0.006 Cr2OH 121 120.88 120.883735 0.004 Cr202H 137 136.88 136.878645 0.001
訂
線 -211 -本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 593148 A7 ___ B7 五、發明説明（2Q9 ) ^
Cl2〇2^2 138 137.88 137.88647 0.006 矽烷類/矽氧烷 類 Si 28 27.97 27.97693 0.007 SiH 29 28.98 28.984755 0.005 SiOH 45 44.98 44.979665 0.000 — Si〇H2 46 45.99 45.98749 0.003 ' Si4H16 128 128.03 128.03292 0.003 S14H17 129 129.04 129.040745 0.001 NaSiH6Si3HR 149 149.01 149.00707 0.003 ~~ δίόΗΐ5〇 199 198.97 198.973865 0.004 經由比較41K/39K比與自然豐富比可消除39现丨來自4土之 干擾（觀祭值=元^石=26.5°/。，自然豐富比=^=7·4%)。 93.1 正離子讀主要為Cr+，也存在有Na+，Α1+，Fe+，ΝΓ， Cu+ ’ Mo+ ’ Si+，Li+，K+及NO:。未顯示於表32之觀察得之 較弱離子為M〇x〇yHz及Crx〇xHy。矽烷及矽氧烷片段觀察得 其大體存在於m/e>15〇。列舉若干代表性矽烷類及矽氧烷 類。也觀察得聚二甲基矽氧烷離子於m/e=73，147，2〇7， 221及281。產生此等離子之化合物係於氫氫反應器產生或 於隨後反應介於反應產物間產生，因樣本不含此等化合物 之任何其它來源。濺鍍清潔使矽烷，矽氧烷，聚二甲基矽 氧烷及NO ；；峰消失。 4曰足作為親代學之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態所取樣 本#13之負飛行時間二次離子質譜術（丁〇?81^13)之對應片段 (m/e)示於表3 3。 表33、指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或以靜態模態 所取樣本# 1 3之負飛行時間二次離子質譜術（TOFSIMS)之 對應片段（m/e)。 -212- 本紙張尺度適用中_家標準(CNS) Μ規格( X挪公爱） 593148 五、發明説明（210 ) A7 B7 氫氫化合物或片 段 名目質量 m/e 觀察值 m/e 計算值m/e m/e觀察值與 計算值間之差 kh3 42 41.99 41.987185 0.0028 kh4 43 43.00 42.99501 0.005 Ν 3-2 Η 2 48 48.00 47.99525 0.005 NaHNaOH 64 64.00 63.99016 0.001 Na2〇H4 66 66.00 66.00581 0.006 Cr〇 68 67.93 67.93541 0.005 Cr〇2 84 83.93 83.93032 0.000 Cr〇2H 85 84.94 84.938145 0.002 Cr02H2 86 85.94 85.94597 0.006 Fe〇2 88 87.92 87.92472 0.005 Fe02H 89 88.93 88.932545 0.002 Fe02H2 90 89.94 89.94037 0.000 KH4KOH 99 98.95 98.961455 0.011 Cr03 100 99.92 99.92523 0.005 Cr03H 101 100.93 100.933055 0.003 Cr03H2 102 101.935 101.94088 0.006 M0O3 140 139.89 139.89103 0.001 M0O3H 141 140.89 140.898855 0.009 M0O4H 157 156.89 156.88346 0.007 Crl2 306 305.74 305.7413 0.000 Cul2 317 316.73 3 16.7306 0.000 Crl3 433 432.64 432.6417 0.002 Fel3 437 436.64 436.6361 0.004 矽烷類/碎氧烷類 Si 28 27.97 27.97693 0.007 SiH 29 28.98 28.984755 0.005 NaSiH6 57 57.02 57.01368 0.006 NaSiH7 58 58.02 58.021505 0.002 NaSiH8 59 59.02 59.02933 0.009 Si02 60 59.97 59.96675 0.003 KSiH6 73 72.99 72.98759 0.002 Si03 76 75.96 75.96166 0.002 S1O3H 77 76.97 76.969485 0.001 S1O3H2 78 77.97 77.97731 0.007 Si8H25 249 249.01 249.011065 0.001 NaSi7H14〇 249 248.93 248.93277 0.003 NaSi7H140(NaS 350 349.92 349.91829 0.002
-213-本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（211 i2H60) NaSi7H140(NaS i2H60)2 451 450.9 450.90381 0.004 負模態離子譜顯示下列無機離子：〇-，OH-，ρ-(微量）， NO;，含硫離子（S_，SiT，SO;，HSO:)，C1·，Γ，I〗及含翻離 子（微量）（Moo;及HMoO:)。觀察得矽烷及矽氧烷片段其大 體存在於m/e>150。具有式NaSi7H14〇 (NaSi2H6〇)n-，n=0至 2之矽氧烷離子占負離子譜之高質量範圍之大部分。表33 所示NaSi7H140之結構式為
2· 裝 訂 得自鈉矽烷或矽氧烷離子之片段可考慮為列舉於對應章節 之ESITOFMS樣本# 2之電噴霧-離子化-飛行時間.質譜之 NaSiH2,。 存在有極大KH/峰（1〇〇,〇〇〇計數），證實kh3為揮發性因 其係透過氣體電池氫氫反應器之反應產物低溫系送獲得。 此種m/e=42峰證實觀察得m/e=42峰呈對類似氣體電池樣本 之質譖儀離子化電位之函數，如圖62所示。於圖63所示 電解池樣本之例觀察得KHn不同離子KH52+ m/e=22。兩種 結果敘述於藉飛行時間-二次離子質譜術（T〇FSIMS)識別氫 氫化合物乙節。 -214- 本紙張尺度適用中國國尽標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（212 ) TOFSIMS樣本#13 (XPS樣本#14)之X光光電子光譜（XPS) 之0至110 eV結合能區示於圖66。碘化鉀（XPS樣本#15)之 X光光電子質譜（XPS)之0 eV至80 eV結合能區顯示於圖 67。比較圖66與67，觀察得p = 3至p=16之氫氫陰離子峰『 (n=l/p)。XPS樣本#14之XPS研究光譜符合矽，氧，碘， 硫，鋁及鉻。也發現小鉬，銅，鎳及鐵峰。TOFSIMS所見 之其它元素低於XPS之檢測限度。於XPS檢測限度未見鉀 〇 XPS矽峰證實於TOFSIMS光譜觀察得氫氫矽烷及矽氧烷 化合物。XPS又證實TOFSIMS光譜之主要成分為金屬氫氫 化物如氫氫化鉻。存在有金屬及氫氫陰離子及氧陰離子指 示金屬氫氫化物隨著時間的經過變成氧化。觀察得金屬 (呈金屬氫氫化物）於金屬本身不具揮發性之溫度低溫泵 送。此外對樣本之各種主要元素，如圖6 6所示，於氫氫陰 離子結合能發現主要元素之肩或不一般的XPS峰。原因可 能來自於氫氫陰離子键結至主要元素形成化合物如MHn， 此處Μ為金屬及η為整數如表3 2所示。至於另一實例，圖 22及64所示XPS樣本#7之鉀3ρ及氧2s之移位至氫氫陰離 子Η·( 1/6)於結合能（22.8 eV)位置之可能原因係由於存在有 KHKOH，其於圖60所示TOFSIMS光譜（TOFSIMS樣本# 8) 可知。XPS及TOFSIMS證實存在有氫氫化合物。本 TOFSIMS資料因存在有金屬氫氫化物同位素辛故特另U令人 意外。 13.8藉富立葉韓形紅外線（FTIR)光譜術識別氫氫化合物 -215- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 裝
線 593148 A7 B7 五、發明説明（213 ) 紅外光譜術測量化合物之結合原子或離子之振盪頻率。 該技術係基於鍵及键群於特徵頻率振盪。暴露於紅外光時 化合物選擇性吸收可匹配許可振盪模態之紅外光頻率。故 化合物之紅外吸收譜顯示振盪存在於結構式，因而該種官 能基存在於結構式。如此不匹配樣本之已知可能化合物之 官能基的新穎振盪頻率為結合能增高的氫化合物特徵。 13.8.1樣本收集及製備 製備含氫氫陰離子化合物之反應示於式（8)。可反應生成 氫氫陰離子之氫原子可藉電解池氫氫反應器產生，用於製 備FTIR光譜術之晶體樣本。氫氫化合物直接收集或由溶液 純化，其中後酸4甲電解質於晶體沉殿於結晶孤前以硝酸酸 樣本# 1。樣本係經由濃縮得自熱芯電解池之碳酸鉀電解 質至恰生.成黃白晶體製備。也獲得XPS (XPS樣本#6)， XRD 光譜（XRD 樣本 #2)，TOFSIMS 光譜（TOFSIMS 樣本 #1)， NMR (NMR 樣本 #1)及 ESITOFMS 光譜（ESITOFMS 樣本 #2)〇 樣本#2。含99.999%碳酸氫鉀之參考品。 樣本#3。含99.999%碳酸鉀之參考品。 樣本# 4。樣本之製法係經由1.)以硝酸酸化400 cc熱芯電 解池之碳酸鉀電解質；2.)濃縮酸化溶液至100 cc容積；3.) 將濃落液置於結晶狐上，及4.)許可晶體於室溫放置時緩慢 生成。於結晶皿外緣形成黃白色晶體。也獲得XPS (XPS樣 本#10)，質譜（質譜術電解池樣本#5及#6)，XRD光譜 -216- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 593148 A7 B7 五、發明説明（214 ) (XRD樣本 #3A及 #3B)及 TOFSIMS光譜（TOFSIMS樣本 #3)。 樣本#5。含99.999%硝酸之參考品。 13.8.2富立葉轉形紅外（FTIR)光譜術 樣本送至表面科學實驗室（加州山景市）作FTIR分析。材 料樣本移送至紅外光透射基質及使用Nicolet Magna 550 FTIR光譜儀附有NicPlan FTIR顯微鏡藉FTIR光譜術分析。 樣本掃描次數為500。背景掃描次數為500。解析度為 8.000。 樣本增益為4.0。鏡像速度為1.8988。孔隙為 150.00。 13.8.3結果與討論 碳酸氫鉀（樣本# 2 )及碳酸鉀（樣本# 3 )之FTIR光譜與樣 本# 1比較。碳酸氫鹽及碳酸鹽混合物光譜係藉數位方式加 總兩個參考光譜產生。單獨兩種標準品及混合標準品與樣 本# 1比較。由比較決定樣本# 1含碳酸鉀但不含碳酸氫 鉀。第二成分可為碳酸氫鉀以外之碳酸氫鹽。碳酸鉀光譜 以數位方式由樣本# 1光譜扣除。扣除後光譜參考圖6 8。 發現數帶包括1400-1600 cnT1區之帶。某些有機氮化合物 (如丙烯醯胺類，吡咯啶酮類）於1660 cnT1區有強力帶。但 缺乏可檢測得C-H帶及於700至1000 cm·1區之帶指示為無機 材料。指定氫氫化合物之峰出現於3294，3077，2883， llOOcnT1 ， 2450 ， 1660 ， 1500 ， 1456 ， 1423 ， 1300 ， 1154 ， 1023，846，761及669cm·1。無法識別指定之新穎峰對應於 及識別本發明之氫氫化合物。如對應章節所述，FTIR結果 係由 XPS (XPS 樣本 #6)，TOFSIMS (TOFSIMS 樣本 #1)及 -217- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 593148 A7 ____B7 五、發明説明（215 ) NMR (NMR樣本#1)證實。 樣本# 1之重疊FTIR光譜及參考品碳酸鉀之”爪光譜出現 於圖69。於700至2500 cnT1區，樣本# 1極為類似碳酸鉀 峰，但移位約50 cm-1至較低頻。移位類似以釦（Rb2C03)置 換鉀（K2C03)觀察得者，如比較其IR光譜可驗證[M. H. Broodker，J. B. Bates, Spectrochimica Acata，Vol. 30A，（194)， pp· 2211-2220.]。樣本# l移位指定給具有如同結合於含氯氮 陰離子橋接結構碳酸鉀之相同基之氫氫化合物。結構式為 —K — Η (1 / ρ)-- Κ— C03^-K'tΗ *(1 / ρ)— L . π 樣本# 4之FTIR光譜參考圖7 0。硝酸鉀紅外光譜帶頻率 示於表 34 [Κ. Buijs，C. J. Η. Schutte，Spectrochim· Acta， (1962) Vol. 18, ρρ· 307-313·]。樣本#4之紅外光譜帶匹配硝 酸鉀之光譜帶識別樣本# 4主要成分為硝酸鉀但有兩種例 外。指定氫氫化合物之峰於2362 cnT1及2336 cnT1觀察得。 新穎峰可經由重疊含99.999%硝酸鉀之參考品（樣本#5)之 FTIR光譜於樣本#4之FTIR光譜證實。峰僅存在於樣本#4 之F T I R光譜。無法識別指定之新穎峰對應於且識別本發 明之氫氫化合物。FTIR結果由XPS (XPS樣本#10)，質譜術 (質譜術電解池樣本#5及#6)，TOFSIMS (TOFSIMS樣本#3 ) 及XRD (XRD樣本#3A及#3B)證實，如對應章節所述。 表3 4、硝酸4甲之紅外光帶頻率 頻率 相對強度 715 VVW. 811 VVW. 826 s.sp. -218 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（216 ) 1052 vvw. sp 1383 VVS. 1767 m.sp. 1873 vvw. 2066 w. sp. 2092 vw. sh. 2151 vvw. 2404 m. sp. 2421 m. sh. 2469 w. 2740 w. sp. 2778 w. sp. 1 3.9藉雷蒙光譜術識別氫氫化合物 雷蒙光譜術測量化合物之键結原子或離子之振盪頻率。 振盪頻率為結合物種之鍵結強度及質量之函數。因氫離子 及氫氫陰離子各自質量相當於氫原子。故有關氫鍵結至特 定物種如鎳之光譜之新穎峰為不同鍵強度指標。不同键強 度僅出現於氫物種電子之結合能與已知結合能不同處。如 此新穎振盪能為結合能增高的氫化合物特徵。 13.9.1樣本收集與製備 含氫氫陰離子化合物之製備反應示於式（8)。反應形成氫 氫陰離子之氫原子可藉碳酸鉀|解池氫氫反應器產生。陰 極於作業期間塗布氫氫化合物，來自陰極之鎳線用作雷蒙 光譜術樣本。對照包括得自相同碳酸鈉電解池之對照陰極 線及用於碳酸鉀電解池之相同鎳樣本。額外樣本係得自碳 酸鉀電解池之電解質。 13.9.1.1鎳線樣本 -219- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（217 ) 樣本# 1。雷蒙光譜術係於鎳線進行，鎳線由碳酸鉀熱芯 電解池去除並以蒸餾水清洗及乾燥。 樣本# 2。雷蒙光譜術係於鎳線進行，鎳線係由 BlackLight電力公司運作之對照碳酸鈉電解池陰極取出並 以蒸餾水清洗及乾燥。電池於兩年工作期間未產生結合能 增高之氫化合物之生成焓且與得自電解池之晶體樣本乙節 所述電池相同，但竣酸鋼置換後酸卸作為電解質。 樣本#3。雷蒙光譜術係於相同鎳線（NI 200 0.0197”， HTN3 6NOAGI，A1 Wire Tech，Inc.)進行，其用於樣本# 1 及 樣本# 2之電解池。 13.9.1.2晶體樣本 樣本#4。樣本之製法係將300 cc得自BLP電解池之碳酸 鉀電解質使用旋轉蒸發器於50°C濃縮至恰生成沉澱。容積 為約50 cc。加入額外電解質同時於50°C加熱至晶體消失。 然後任飽和溶液於密封圓底瓶内於25 °C放置三週使晶體生 長三週。產量為1克。也進行XPS (XPS樣本#7)，TOFSIMS (TOFSIMS 樣本 #8)，39K NMR (39K NMR 樣本 # 1 )及 ESITOFMS (ESTOFMS 樣本 #3)。 13.9.2雷蒙光譜術 實驗樣本及對照樣本藉維吉尼亞技術公司之實驗催化與 材料實驗室以盲目方式進行分析。雷蒙光譜使用Spex 500 Μ光譜儀耦合液態氮冷卻CCD(電荷耦合裝置）檢測器（光譜 1，Spex)獲得。光波長514.5 nm之Ar+雷射（型號95，Lexel) 用作激發來源，全像滤光鏡（SuperNotch Plus，Kaiser)用於 -220- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 593148
有效剔除得自樣本之彈性散射。光譜於周圍條件下獲得， 樣本置於毛細樣本座（型號1492 , Spex)i毛細玻璃管内 (0.8-1.1毫米外徑，90毫米長Kimble)。粉末樣本光譜係使 用下列條件獲得··樣本之雷射功率為1〇 mW單色儀之隙寬 為20 mm對應於解析度3 cnrl，檢測器曝光時間i 〇秒，平 均掃描3 0次。金屬線直接置於相同樣本座上。因金屬線之 Μ篆欢、射頭然較弱，故其光讀條件為：樣本雷射功率為 100 mW單色儀隙寬為50毫米對應於解析度6 Cm-1，檢測器 曝光時間3 0秒及平均6 0次掃描。 13 · 9.3結果與討論 圖71顯示下列之堆疊雷蒙光譜·· 1)鎳線其係由碳酸鉀熱 芯電解池陰極取出且以蒸餾水清洗及乾燥；2)鎳線其係由 BlackLight電力公司操作之對照碳酸鈉電解池陰極取出且 以蒸餾水清洗及乾燥；及3·)相同鎳線（Νι 200 〇.〇 197，， HTN3 6NOAGI，A1 Wire Tech，Inc.)其用於樣本#2 及#3 之電 %•池。指示光增之可識別♦。此外樣本# 1 (碳酸_電解池 陰極）含有多個供法識別峰於Η34 cnT1，1096 cm-1，1047 cm 1，1004 cm-1及828 cm-1。峰非對應於碳酸鉀或碳酸氫鉀 之已知雷蒙辛[I. a. Gegen，G· A. Newman，Spectrochimica Acta，Vol_ 49A，No· 5/6,（1993)，ρρ· 859-887·]，其顯示於表 3 5及3 6 〇得自碳酸鉀電解池氫氫反應器陰極之晶體之無 法識別的雷蒙學位於橋接及端末金屬-氫鍵區。無法識別 指定之新穎峰對應於及識別本發明之氫氫化合物。 表3 5、碳酸4甲雷蒙帶頻率。 221 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（219 ) 頻率（cnT1) 相對強度 132 m 182 m 235 w 675 YW 700 vw 1059 s 1372 vw 1420 vw 1438 vw 表36、 碳酸氫却雷蒙帶頻率。 頻率（cm_1) 相對強度 79 s 106 s 137 m 183 m 635 m 675 m 1028 s 1278 m，b 除雷蒙光譜術外，如對應章節所述進行X光繞射（XRD)， 卡計量數及氣相層析實驗。對應XRD樣本為樣本# 1。得自 碳酸鉀電解池氫氫反應器之晶體之未經識別之XRD峰之2-0及d間隔（XRD樣本# 1 A)示於表5及圖5 0。使用絕熱卡計 測量氫氫化合物分解反應焓結果示於圖4 3及表8。結果指 示氫氫化合物分解反應極為放熱。最佳情況下給為一百萬 焦於3 0分鐘時間釋放。高純度氫之氣相層析分析（6 0米柱） 示於圖4 5。碳酸鉀電池之加熱鎳線陰極之氣相層析分析結 果示於圖4 6。結果指示基於存在有峰及遷移時間可媲美正 • 222 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（22Q ) 常氫♦但與正常氫峰有別測知新形氫分子。 樣本# 4之雷蒙光譜示於圖7 2。除已知碳酸氫鉀峰及指 定給碳酸钾之小峰外，存在有於1685 cnT1及83 5 cm·1之無 法識別峰。於1685 cnT1之無法識別雷蒙峰位於N-Η鍵區。 FTIR樣本# 1也含有於1400-1600 cm·1區之無法識別帶。雷 蒙樣本#4及FTIR樣本#1藉XPS研究不含N-H键。前者之N Is XPS峰位於393.6 eV及後者之N Is XPS峰為極寬峰位於 約390 eV。而含N-Η键之化合物之N Is XPS峰出現於約399 eV，已知化合物之最低能量N Is XPS峰為約397 eV。 雷蒙樣本#4之835 cm_1峰係位於橋接及端末金屬-氫键 區，其亦示於雷蒙樣本# 1。無法識別指定之新穎峰對應於 及識別本發明之氫氫化合物。 13.10藉質核磁共振（NMR)光譜術識別氫氫化合物 NMR可區別化合物之質子係存在為質子H3，氫原子或氫 陰離子。後述例中，NMR進一步決定氫陰離子是否為氫氫 陰離子，及決定氫氫陰離子之分數量子態。質子迴轉磁比 τ ρ/2 7Γ 為 rp/2 7Γ-42.57602 MHz Τ'1 (83) NMR頻率為式（83)所示質子迴轉磁比與磁通Β之乘積 f=rP/2 ττΒ=42.57602 MHz T-1B (84) 超導NMR磁鐵之典型磁通為6.357 T。根據式（84)對應於射 頻（RF)270.65 5 75 91 MHz。使用恆定磁場，頻率被掃描獲得 光譜。或於常見NMR光譜儀類型範例中，射頻於270.6196 MHz維持恆定，施加磁場Η〇(Η〇=化於小範圍改變，能量吸 Β -223- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） 裝 訂
線 593148 A7 B7 五、發明説明（221 ) 收頻率於各個閥對H〇記錄。口戈磁 乂兹％隨RF脈波改變。来場威 型經掃描及呈HG增加之函數顯亍 u 又尤π ” 貞717。於較低Η〇吸收能量之質 子產生下場吸收峰；而於較古口 n ^ 阳於心问Η0吸收能量之質子產生上場 吸收峰。樣本化合物之電子於旦y7士上 ;核衫备場，故略微偏離施加 值。對不具NMR效應之化學瑗p 、 予衣境而1，射頻維持恆定於 270.6196 MHz之共振H〇值為 2πί 一 (2^(270.6196 AW-) /V/V ^42.57602 ΜηΓγ^ (85) 於化學環境具有NMR效應之例需要不同Η。值供共振。由於 施加場，該場於各個纟氫陰離子之例為其半徑之函數，此 種化學移位係與核之電磁通變化呈比率。因施加磁通B之 各氫陰離子電子之磁矩變化△㈣㈣吨Ε·，電力及磁 力_，麥克羅希爾，紐約，（1965)，ρρ· 370_389 *!。组 . ， 4me (86) 於核因各個電子之磁矩變化△瓜導致磁通Δβ變化遵照斷山 之式（1.100)[Mills，R·，支機械學巨女統合理論， 1996年 9 月版（，96 Mills GUT)]。 △m △B = #。一Γ(irCOS (9 - ie sin 0 )用於 r<rr ^*n (87) 此處/zG為真空滲透度。遵照式（86_87),於核之反磁通（與 施加場相反的磁通）係與半徑呈反比。為了出現共振△ H(>， 式（85)陳述之施加場變化必須由氫氫陰離子電子所得場之 相等且相反量補償。根據式（21)，氫氫陰離子Η-(ι/ρ)半徑 對氫陰離子ΗΤ( 1/1)之比為整數倒數。由式（85-87)可知比較 224 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210Χ 297公釐) 裝 593148 A7 B7 五、發明説明（222 ) 不具化學移位之質子，氫氫陰離子Η·(1/ρ)質子之共振與氫 陰離子Η·( 1/1)之共振之ΔΗο比為正整數（亦即氫氫陰離子之 吸收峰出現於ΔΗο值，其為氫陰離子共振比較不含移位之 質子共振之ΔΗο值之ρ倍，此處ρ為整數）。但氫陰離子非 呈獨立離子以縮合方式存在。氫氫陰離子與鹼及其它陽離 子形成中性化合物，其促成顯著下場NMR移位獲得於一般 質子NMR光譜儀可檢測範圍之NMR信號。此外一般氫由於 存在有含一般物種及結合能增高的氫物種之化合物之一或 多個結合能增高之氫物種故具有異常化學移位。如此使用 質子NMR之可能性經探勘而藉新穎化學移位識別氫氫陰離 子及結合能增高的氫化合物。 13.10.1樣本收集及製備 含氫氫陰離子化合物之製備反應示於式（8)。反應而生成 氫氫陰離子之氫原子可藉用於製備NMR光譜術晶體樣本之 電解池氯氯反應器生產。 樣本# 1。樣本係經由濃縮得自熱芯電解池之碳酸鉀電解 質至恰生成黃白色晶體製備。獲得XPS (XPS樣本#6)， XRD 光譜（XRD 樣本 #2)，TOFSIMS (TOFSIMS 樣本 #1)， FTIR 光譜（FTIR樣本 #1)及 ESITOFMS 光譜（ESITOFMS 樣本 #2) 〇 樣本#2。包含99.999%碳酸鉀之參考品。 樣本#3。包含99%碳酸氫鉀之參考品。 13.10.2質核磁共振（NMR)光譜術 樣本送至光譜資料服務公司（伊利諾州香檳市）。進行奇 -225- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X297公釐) 裝 玎
線 593148 A7 B7 五、發明説明（223 ) 幻角固體質子NMR。於使用Nicolet 1280電腦操作之客戶 訂製光譜儀獲得資料。終脈波之產生係得自經調變之亨利 無線放大器。4 NMR頻率為270.6196 MHz。使用對應於 1 5度脈波長度及3秒週期延遲之2微秒脈波。視窗為± 3 1 kHz。轉速為4.5 kHz。掃描術為1000。化學移位係參照外 部TMS。偏位為1527.12 Hz。磁通為6.357 T。 13.10.3結果與討論 樣本# 1之NMR光譜顯示於圖73。峰指定示於表3 7。碳 酸鉀參考品樣本#2之NMR光譜極微弱。含有水峰於1.208 ppm，一個♦於5.604 ppm及極寬弱學於13.2 ppm及16.3 ppm。碳酸氫鉀參考品樣本#3之NMR光譜含有大峰於4.745 及小肩於5· 1 50 ppm，寬峰於13.203 ppm及小峰於1.2 ppm。 圖73所示及於表37指定之氫氫化合物峰未存在於對 照。NMR光譜觀察得可再現，氫氫化合物峰觀察得存在於 藉不同方法由碳酸鉀電池製備之樣本之NMR光譜（例如 TOFSIMS樣本#3)。峰不可指定給烴類。基於T0FSIMS譜 (TOFSIMS樣本#1)及FTIR譜（FTIR樣本#1)，烴類未存在於 樣本# 1。無法識別指定之新穎峰對應於及識別本發明之氫 氫化合物。氫氫化合物之指定可由對應章節所述之XPS (XPS 樣本 #6)，XRD 光譜（XRD 樣本 #2)，TOFSIMS (TOFSIMS 樣本 #1)，FTIR 譜（FTIR 樣本 #1)及 ESITOFMS 光譜 (ESTOFMS樣本#2)證實。 表37、樣本# 1之NMR峰及其指定。 -226- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（224 ) 峰編號 移位（ppm) 指定 1 + 34.54 峰3之邊帶 2 + 22.27 峰7之邊帶 3 +17.163 氫氫化合物 4 + 10.91 氫氫化合物 5 + 8.456 氫氫化合物 6 + 7.50 氫氫化合物 7 + 5.066 水 8 + 1.830 氫氫化合物 9 -0.59 峰3之邊帶 10 -12.05 氫氫化合物a 11 -15.45 氫氫化合物 於峰10觀察得小肩，其為峰7邊帶 13.11藉電喷霧-離子化-飛行時間-質譜術（ESITOFMS)識別 氫氫化合物 電噴霧·離子化飛行時間-質譜術（ESITOFMS)為以極高 精密度（例如± 0.005 amu)於廣大動態質量對電荷範圍（例 如m/e= 1-600)決定質譜之方法。主要觀察得各種化合物之 M+1辛而未分段。被分析物溶解於載劑溶液。溶液泵送及 於電噴霧腔室離子化。離子藉脈衝電壓加速，然後以高解 析度飛行時間分析儀決定各離子質量。 13.11.1樣本收集與製備 含氫氫陰離子化合物之製備反應示於式（8)。反應而生成 氫氫陰離子之氫原子可藉氣體電池氫氫反應器生產，其用 於製備ESITOFMS晶體樣本。由反應腔室低溫泵送後直接 收集氫氫化合物。 -227- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（225 ) 樣本#1。樣本係藉收集得自氣體電池氫氫反應器頂之晶 體暗色帶製備，該反應器包含碘化鉀催化劑，不銹鋼引線 及鎢絲其於操作電池期間低溫泵送。XPS亦於勒海大學進 行。 樣本# 2。樣本係藉濃縮得自熱芯電解池之碳酸钟電解質 至恰生成黃白晶體製備。XPS亦於勒海大學將樣本安裝於 聚乙烯撐體獲得。除ESITOFMS外，也如個別章節所述進 行 XPS (XPS 樣本 #6)，XRD (XRD 樣本 #2)，TOFSIMS (TOFSIMS樣本 #1) ’ FTIR (FTIR樣本 #1)及 nmR (NMR樣本 #1)。
樣本# 3。樣本係經由使用旋轉蒸發器於5〇。〇濃縮3〇〇 cc 得自BLP電解池之碳酸鉀電解質至恰生成沉澱為止製備。 容積為約50 cc。添加額外電解質同時於5〇。〇加熱至晶體消 失為止。然後任飽和溶液於密封圓底瓶内於25 °c放置3週 使晶體生長3週。產量為1克。除ESITOFMS外也進行XPS (XPS樣本 #7)，TOFSIMS (TOFSIMS樣本 #8)，39K NMR (39K NMR樣本# 1 )及雷蒙光譜術（雷蒙樣本# 4 )。 樣本# 4 α樣本係經由收集晶體紅/橙色帶製備，晶體低 溫泵送至於約1 0 〇 °C之氣體電池氫氫反應器頂部，反應器 包括碘化鉀催化劑及鎳纖維蓆解離器，其藉外部美倫加熱 咨加熱至800 C。如TOFSIMS乙節所述也獲得TOFSIMS光譜 (TOFSIMS 樣本 #9)。 樣本# 5。樣本係經由收集晶體黃色帶製備，晶體低溫泵 送於約120°C之氣體電池氫氫反應器頂部，反應器包括碘 -228- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（226 ) 化鉀催化劑及鎳纖維蓆解離器，其藉外部美倫加熱器加熱 至800 °C。如TOFSIMS乙節所述也獲得TOFSIMS光譜 (TOFSIMS 樣本 #10)。 樣本#6。含99%碳酸鉀之參考品。 樣本#7。含99.99%碘化鉀之參考品。 13.1 1.2電喷霧-離子化-飛行時間-質譜術（ESITOFMS) 樣本送至Perseptive Biosystems(麻省弗明罕）進行 ESITOFMS分析。資料係於配備標準電噴霧介面之Mariner ESI TOF系統獲得。樣本經迴路注入系統附有5微升迴路以 20微升/分鐘流速注入。溶劑為水：乙腈（50: 50)含1 %乙 酸。質譜繪圖為測得之離子數（Y軸）相對於離子之質量對 電荷比（X軸）。 13.13.3結果與討論 於M+2峰指定為表38-41之氫氫化鉀化合物之例中，M+2 峰強度顯然超過對對應41K峰預測強度，而質量正確。例 如指定給ΚΗΚΟΗ2之峰強度至少為對對應於Κ2ΟΗ之41Κ峰 預測強度之兩倍。於39 ΚΗ丨之例，不存在41Κ辛，對應於介 穩中性之峰觀察得m/e=42.14及m/e=42.23其可說明喪失離 子指示41K物種（41 ΚΗ〇為中性介穩態。其它更可能之說明 為39Κ與41Κ進行交換，對某些氫氫化合物而言39Κ氫氫化物 之鍵結能超過41Κ化合物之鍵結能大體多於因39Κ較大核磁 矩所致之熱能。氫原子及氫陰離子與特定同位素基於鍵結 能差異形成鍵結之選擇性可說明對應章節呈現及討論之 TOFSIMS光譜中存在有39 ΚΗ2+而不存在有41 ΚΗ2+ 。 -229 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） 裝
593148 A7 B7 227 五、發明説明 ESITOFMS及TOFSIMS共同證實結合能增高的化合物之同 位素選擇性鍵結。 指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或樣本# i之正電喷 霧-離子化-飛行時間質譜術（esit〇fms)之對應片段（m/e) 示於表3 8。 表3 8、指足作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或樣本# 1之正電 噴霧-離子化·飛行時間質譜術（ESIT0Fms)之對應片段 (m/e) 〇 氫氫化合物或 片段 名目質量 m/e 觀察值 +m/e 計算值 m/e 觀察值與 _計各值間之差 Si4Hn02 155 154.985 154.983615 0.0014 S14H15O2 159 159.0024 159.014915 0.0125 N3.S15H23O 202~ 202.0657 202.049335 ^17— N3.S 15H26 〇 205 205.0713 205.07281 0.001 S16H27O 211 211.0591 211.06776 0.0087 Si7H25 221 221.0480 221.034135 0^14 NaSi8H,7 2^1~ 281.0676 281.07129 0.0037 S19H41 293 293.1 152 293.113195 0.002 ，/ π j 甲 yg 苹％、衣 3 8 ，其為 M+1峰可分段至 SiH8&Si8H32 (m/e=256)。
Si9H4〇 (m/e=292)-SiH8 (m/e=36)+Si8H32 (m/e=256) (88) 於XPS之139.5 eV觀察得對應於η: 7 大m/e=36學於四極質譜觀察得。峰指定給SiHs。二氫辛係 3
139.5 eV 及於63 eV對應於 -;2c’ V2^〇 —2 氫峰指定給S i H 8 (例如Si 62·3 eV。也觀察得矽♦ V2a〇 Η -;2c' -230- 593148 A7 B7 五、發明説明（228 ) 於XPS樣本#12之例亦觀察得SiHs。樣本#12之研究用又光 光電子光譜（XPS)之0-160 eV結合能區識別主要元素及二 氫峰示於圖74。鉛或鋅作為139.5 eV峰來源之可能性係藉 TOFSIMS去除。於TOFSIMS檢測限度内（其屬於XPS之幅度 範圍）未觀察得鉛峰或鋅峰。於TOFSIMS觀察得NaSi2H14 (m/e = 93)峰·。此辛產生片段 NaSiH6 (m/e=57)及 SiH8 (m/e=36)。片段及類似化合物顯示於藉質譜術識別氫氫化 合物乙節。
NaSi2Hu (m/e=93)^NaSiH6 (m/e=57)+SiH8 (m/e=36) (89) 指定作為親代學之氫氫化合物（m/e)或樣本#2之正電噴 霧-離子化-飛行時間質譜術（ESITOFMS)之對應片段（m/e) 示於表39。 表3 9、指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或樣本#2之正電 噴霧-離子化-飛行時間質譜術（ESITOFMS)之對應片段 (m/e) 〇 氫氫化合物或片 段 名目質量 m/e 觀察值 m/e 計算值 m/e m/e觀察值與 計算值間之差 KH2a 41 40.9747 40.97936 0.005 K2OH 95 94.9470 94.930155 0.017 khk〇h2 97 96.9458 96.945805 0.000 KH KHC03 140 139.9307 139.9278 0.003 碎燒類/碎氧境類 NaSiH6 57 56.9944 57.01368 0.019 Na2SiH6 80 80.0087 80.00348 0.005 SisHn 151 150.9658 150.970725 0.005 s“h9o 165 164.9414 164.949985 0.009 NaSi7H120 247 246.8929 246.91712 0.024 -231 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
訂
593148 A7 B7 五 、發明説明（229 S i 9 Η 1 9 〇 2 303 302.9068 302.930865 0.024 Sll2H36〇12 564 563.9549 563.94378 0.011 a經由比較41K/39K比與自然豐富比可消除39KH2+來自41κ之 干擾（觀察值= 25%，自然豐富比=^ = 7.4%)。 93.1 指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或樣本# 2之負電噴 霧-離子化-飛行時間質譜術（ESITOFMS)之對應片段（m/e) 示於表40。 表40、指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或樣本# 2之負 電噴霧-離子化-飛行時間質譜術（ESITOFMS)之對應片段 (m/e) 0 氫氫化合物或片 段 名目質量 m/e 觀察值 m/e 計算值 m/e m/e觀察值與 計算值間之差 矽烷類/矽氧烷類 NaSiH2 53 52.9800 52.98238 0.002 裝
表39及40之正及負電噴霧-離子化-飛行時間-質譜術 (ESITOFMS)樣本#2結果可代表樣本#3所得結果。 指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或樣本#4之正電噴 霧-離子化·飛行時間質譜術（ESITOFMS)之對應片段（m/e) 示於表4 1。 表41、指定作為親代峰之氫氫化合物（m/e)或樣本#4之正電 噴霧-離子化-飛行時間質譜術（ESITOFMS)之對應片段 (m / e ) 0 氫氫化合物或 片段 名目質量 m/e 觀察值 m/e 計算值 m/e m/e觀察值與 計算值間之差 KH2a 41 40.9747 40.97936 0.005 k2oh 95 94.9487 94.930155 0.019 -232 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（230 khkoh2 97 96.9459 96.945805 0.000 IOH 144 143.9205 143.903135 0.017 io2h2 161 160.9198 160.90587 0.014 kih2 168 167.9368 167.87976 0.057 K(KIO)KH 261 260.8203 260.794265 0.026 經由比較41K/39K比與自然豐富比可消除39KH;來自41κ之 干擾（觀察值=22%，自然豐富比= ^ = 7.4%)。 93.1 表4 1所示樣本# 4之正電噴霧-離子化-飛行時間-質譜術 (ESITOFMS)結果可代表樣本#5所得結果。 裝
實驗樣本之ESITOFMS光譜之每單位重量鉀峰強度比起 始物料對照樣本更高。重量百分比增高之鉀指定給氫氫化 鉀化合物ΚΗη，η=1至5 (重量％Κ>88%)作為樣本主要成 分。實驗樣本之ESITOFMS光譜之41Κ峰遠大於由自然同位 素豐富之預測值。無機m/e=41峰指定給ΚΗ;。對碳酸4甲對 照及碘化鉀對照獲得ESITOFMS譜，個別係以實驗樣本之 1 0倍材料重量操作。光譜顯示正常41K/39K比。如此未出 現檢測器飽和。至於進一步證實，對實驗樣本及對照樣本 之一系列稀釋（10Χ，100Χ及1000Χ)重覆質量層析圖重覆進 行光譜術。41Κ/39Κ比為常數，呈稀釋度之函數。 ESITOFMS樣本編號（表編號）與TOFSIMS樣本編號（表編號） 間之對應關係出現於表4 2。 表42、ESITOFMS樣本編號（表編號）與TOFSIMS樣本編號 (表編號）間之對應關係。 ESITOFMS 樣本編號 ESITOFMS 表編號 TOFSIMS 樣本編號 TOFSIMS 表編號 2 39 & 40 1 13 & 14 -233- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（231 ) 3 39 & 40 8 22 & 23 4 41 9 24 & 25 5 41 10 26 & 27 氫氫化合物係藉兩種技術證實。ESITOFMS及TOFSIMS 證實且彼此互補提供證實此處指定之氫氫化合物如KHn。 13.12藉熱重分析及示差熱分析（TGA/DTAV識別氫氤化合物 熱重分析 熱重分析為一種決定樣本溫度與質量間之動態關係之方 法。樣本質量係於溫度由周圍溫度線性升高至高溫（例如 1000°C)時連續記錄。所得熱圖提供定性及定量資訊。熱圖 之衍生曲線（衍生熱分析）獲得藉改良敏感度於熱圖無法檢 測之額外資訊。各化合物具有獨特熱圖及衍生曲線。新穎 重量變化呈時間函數附有溫度斜坡之變化速率比較對照組 可指示結合能增高的氫化合物。 示差熱分析 示差熱分析為化學反應吸收熱及放出熱係於系統及惰性 參考化合物二者溫度以恆定速率增高時經由測量二者間之 溫差觀察之方法。溫度/時間與示差溫度作圖稱作示差熱 圖。可由示差熱圖推演出多種放熱及吸熱過程，可用作接 受研究化合物之”指紋”。示差熱分析也可用於決定化合物 程度（亦即化合物混合物是否存在於樣本）。 13.12.1樣本收集及製備 含氫氫陰離子化合物之製備反應示於式（8)。反應而生成 氫氫陰離子之氫原子可由碳酸鉀電解池氫氫反應器產生其 用於製備TGA/DTA之晶體樣本。氫氫化合物係由溶液純 -234-
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線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 593148 A7 B7 五、發明説明（232 化，其中於晶體沉澱於結晶皿之前碳酸鉀電解質係以硝酸 酸化。 樣本#1。包含99.999%硝酸鉀之參考品 樣本# 2。樣本係藉以硝酸酸化得自BLP電解池之碳酸鉀 電解質及濃縮酸化溶液至於室溫放置時恰生成黃白色晶體 製備。也進行XPS (XPS樣本#5)，類似樣本之質譜術（質 譜術電解池樣本#3)，TOFSIMS (TOFSIMS樣本#6)及 TGA/DTA (TGA/DTA樣本 #2)。 13.12.2熱重分析（TGA)及示差熱分析（DTA) 實驗樣本及對照樣本係由德拉威州新堡市TA儀器公司盲 目分析。儀器為2050TGA，V 5.3 B模組為TGA 100(TC。白 金盤用於處理大小3.5-3.75克之樣本。方法為TG-MS。加熱 速率為10°C/分鐘。質譜以（MS)之載氣為100毫升/分鐘速率 之氮氣。採用速率為2.0秒/點。 13.12.3結果與討論 1.)含99.999%硝酸鉀之參考品（丁0八/0丁八樣本#1)2.)於得 自碳酸鉀熱芯電解池酸化電解質之結晶皿外緣形成的黃白 色晶體之晶體（TGA/DTA樣本#2)之堆疊丁0八結果示於圖 7 5。各次TGA運作之可識別峰經指出。至於對照於656°C (65分鐘）及752°C(72.5分鐘）觀察得特徵。此等特徵也對樣 本#2觀察得。此外樣本#2含有新穎特徵於465 °C(45.5分 鐘），708°C(68分鐘）及759°C(75分鐘）其示於圖75。 1.)參考品（TGA/DTA樣本#1)2.)TGA/DTA樣本#2之堆疊 DTA結果示於圖7 6。各DTA回合之可識別峰經指出。至於 -235- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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593148 A7 B7 五、發明説明（233 ) 對照於 136°C，337°C，723 °C，900°C 及 972°C 觀察得特徵。 136°C及337°C特徵也對樣本#2觀察得。但對高於333 °C之 溫度而言對樣本# 2觀察得新穎示差熱圖。新穎特徵出現於 692°C，8 54°C 及 957°C其示於圖 76。 無法識別指定之新穎TGA及DTA峰對應於及識別本發明 之氫氫化合物。 13.13藉39K核磁共振（NMR)光譜術識別氫氪化合物 39K NMR可基於新穎化合物之化學移位與已知化合物之 化學移位不同而區別新穎鉀化合物是否存在為已知化合物 混合物之一種成分。若出現39Κ交換，則觀察得39K NMR峰 之化學移位介於標準品與感興趣化合物之峰間。如對應章 節所述藉XPS，質譜術及TOFSIMS等方法也觀察得氫氫化 合物。於電解池之例，電解質為純碳酸鉀。如此探討使用 39K NMR識別於電解質氫氫反應器操作期間形成氫氫化鉀 的可能。識別係基於39K NMR化學移位相對於起始物料碳 酸4甲之移位。 13.13.1樣本收集與製備 含氫氫陰離子化合物之製備反應示於式（3-5)及式（8)。 反應而生成氫氫陰離子之氫原子可藉碳酸鉀電解池氫氫反 應器生產其用於製備39K NMR光譜術之晶體樣本。直接收 集氫氫化合物。 樣本#1。樣本係使用旋轉蒸發器於50°C濃縮300 cc得自 BLP電解池之碳酸鉀電解質至恰生成沉澱為止製備。容積 為約50 cc。加入額外電解質同時於50°C加熱至結晶消失為 -236- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 裝 訂
線 593148 A7 _____B7 五、發明説明（234 ) 止。經由任飽和溶液於密封圓底瓶内於25 °C放置3週使晶 Pbrn，Agl;，KI;，CuKT3，AgKI;，[NaI2+(KI)nr 及[I + (KI)n]_。 體生長3週。產量為1克。也獲得xps (XPS樣本#7)， TOFSIMS (TOFSIMS樣本#8)，雷蒙光譜術（雷蒙樣本#4) 及 ESITOFMS (ESITOFMS 樣本 #3)。 樣本#2。含99.999%碳酸鉀之參考品。 1 3.1 3.2 39K核磁共振（NMR)光譜術 樣本送至伊利諾州香檳市特殊資料服務公司，39K NMR 係於Tecmag 3 60-1儀器於D2〇溶液進行。最終脈衝之產生 係來自ATM放大器。39K NMR頻率為16.9543 MHz。使用對 應於4 5度脈波長度及1秒週期延遲之3 5微秒脈波。視窗為 ± 1 kHz。掃描次數為100。化學移位表示於〇 〇〇 ppm< KBr(D2)。偏壓為-150.4 Hz。 13.13.3結果與討論 於樣本# 1及樣本# 2光譜觀察得單一強力39k MNR峰。結 果及峰指定示於表4 3。樣本# 1相對於起始物料觀察得39κ NMR化學移位，樣本# 2比典型39K NMR化學移位更顯著。 樣本#1光譜存在有一個峰指示發生交換。為了提供觀察得 之峰移位，存在一種新穎鉀化合物。39K NMR化學移位對 應於且識別本發明之氫氫化鉀。氫氫化鉀化合物之指定可 由對應章節所述之XPS (XPS樣本#7)，TOFSIMS (TOFSIMS 樣本# 8 )，雷蒙光譜術（雷蒙樣本# 4 )，質譜術（圖6 3 )及 ESITOFMS (ESITOFMS 樣本 #3)證實。 表43、樣本# 1及#2之39K NMR峰及其指定。 -237- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公釐）
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線 593148 A7 B7 五、發明説明（235 樣本編5虎 移位（ppm) 指定 1 -0.80 碳酸鉀由氫氫化 鉀化合物移位 2 + 1.24 碳酸鉀
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線 -238-本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

  1. 593148 第087111835號專利申請案 … 中文申請專利範圍替換本(93年3月）語 六、申請專利範圍 A8 B8 年月曰93. 3. 8 修正 公告本 1· 一種具有通式五—/^之化合物，其中n是大於丨之整 數： U)丑，包含一或多種中性、正電性或負電性氫物種， 其係選自下列所組成之群組： (1) 具有大於0.8 eV且少於100 ev之結合能、或 具有為兩個電子結合能總和之大於1 5 e V且少 於1，000,000 ev之總能量之氫陰離子； (2) 具有大於13.6 eV且少於1，〇〇〇,〇〇〇 eV之結 合能之氫原子； (3) 具有大於13.6 eV且少於1，〇〇〇,〇〇〇 eV之第 一結合能之氫分子；及/或 (4) 具有大於16.4 eV且少於1，000,000 eV之結 合能之分子氫離子； (b)五包含一或多種選自下列之其它元素：Η，He， Li，Be，B，C，N，Ο，F，Ne，Na，Mg， A1，Si，P，S，Cl，Ar，K，Ca，Sc，Ti， V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn，Ga， Ge ，As ，Se ，Br ，Kr ，Rb ，Sr ，Y ，Zr ， N b，Μ o，丁 c，R u，R h，P d，A g，C d，I n Sn，S b，T e，I，Xe，Cs，Ba，La，Ce P r，N d，P m，S m，E u，G d，T b，D y，Η o Er，Tm，Yb，Lu，Hf，Ta，W，Re，Os 〇:\54\54197-4-930308.DOC\2 · 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公爱) 六 、申mi”和㈣ Ir，Pt，Au，Hg，TI，Pb，Bi，P〇，At， Rn，Fr，Ra，Ac，Th，pa，U，Np，PU， Am，Cm，Bk，Cf，Es，Fm，Md，No，及 L r ’其中该挺南結合能之氫物種// w係藉由原子氫 及觸媒間之反應所形成，該反應包含一化學或物 理方法，其提供m _ 2 7 · 2 ± 〇 · 5 e V之淨焓值，其中 m為少於137之整數，或提供^/2.27.2 土 0.5eV 之淨給值，其中m為大於1且少於274之整數。 2. 3. 4. 如申請專利範圍第1項之化合物，其中該氫物種係選 自由Hn、Hn及Hn所組成之群’此處η為1至3之整數。 如申請專利範圍第1項之化合物，其中該氫物種係具 有3 ’ 7 ’ 11 ’ 17 ’ 23 ’ 29 ， 36 ， 43 ， 49 ， 55 ， 61 ， 66 ， 69，71或72 eV的結合能之氫陰離子。 之氫陰離子·· Λ* *\/5( j + 1) f I .\ 22 2 1 + \js(s +1) 2 ^e〇f Ι + λ/心十1) ) L P . V • P~. J 如申請專利範圍第3項之化合物，其中該氫物種為具 |下述結合 結合能 此處Ρ為大於1且少於200之整數，s=1/2，冗為“，方 為蒲朗克（Planck)常數bar ’ 為真空滲透度，叫為電 子質量，#e為還原電子質量，aG為菠爾（B〇hr)半徑及e 為元素價數。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐）. 593148 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 5· 如申請專利範圍第1項之化合物，其中該氫物種係選 自下列所組成之群組： ^ (a) 氫原子，其具有結合能 〔1 y ，此處p為整 數， U (b) 氫陰離子（H_)，其、、具有結合能 n\fsisTT) 22 1 + # + 1) 2 以 i 丁 1 + # + 1) 3 • P - V • p . 此處s=l/2，7Γ為pi，¾為蒲朗克常數bar，yα0為真空滲 透度，me為電子質量，/ze為還原電子質量，a〇為疲爾 (Boh〇半徑及e為元素價數； (c) 氫物種 H4+(1/p); (d) 氫物種三氫分子離子H3+( 1 / p)，其具有結合 22.6 能flfeV，此處P為整數，[p, (e) 氫分子，其具有結合能 (f) 氫分子，其具有結合能 15.5 16.4 έ V ;及 eV ； \PJ -3- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐) 593148 A8 B8 C8 D8
    六、申請專利範圍 其中P為自2至200。 6· 如申請專利範圍第1項之化合物，其為大於5 〇原子百 分比之純質。 7.如申請專利範圍第6項之化合物，其為大於9 〇原子百 分比之純質。 8·如申請專利範圍第7項之化合物，其為大於9 8原子百 分比之純質。 9·如申請專利範圍第1項之化合物，其中該氫物種為陰 性。 10. 如申請專利範圍第9項之化合物，其包含至少一個陽 離子。 11. 如申請專利範圍第1 1項之化合物，其中該陽離子為 質子，Η;，Η4+(ι/ρ)，Η:(1/ρ)或 。 L P . 12·如申請專利範圍第1項之化合物，其中該其它元素係 具有13.6eV結合能之氫原子或具有i5 5eV結合能 之氯分子。 13·如申請專利範圍第1項之化合物，其具有化學式選自 包括ΜΗ，ΜΗ?及M2H2，其中Μ為鹼陽離子，及 選自如申請專利範圍第丨項所定義之氫陰離子及氫原 子所組成之群組。 14·如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式MHn，其 中η為1或2，Μ為鹼土金屬陽離子，及H係選自如申 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇χ297公釐) 593148
    請專利範圍第1項所定義之氫陰離子及氫原子所組成 之群組。 15.如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式MHX，其 中Μ為驗陽離子，X為中性原子、分子或帶單一負電 荷陰離子之一，及Η係選自如申請專利範圍第丨項所 走義之氫陰離子及氫原子所組成之群組。
    裝 16·如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式MHX，其 中Μ為驗土金屬陽離子，χ為帶單一負電荷陰離子， 及Η係選自如申請專利範圍第1項所定義之氫陰離子 及氫原子所組成之群組。 17·如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式ΜΗΧ，其 中Μ為鹼土金屬陽離子，χ為帶雙負電荷陰離子，及 Η係選自如申請專利範圍第1項所定義之氫原子。
    18.如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式Μ2Ηχ，其 中Μ為鹼陽離子，χ為帶單一負電荷陰離子，及η係 選自如申请專利範圍第1項所定義之氫陰離子及氫原 子所組成之群組。 19·如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式，其 中η為1至5之整數，Μ為鹼陽離子，及化合物之氫含 量Ηη包含一或多種該氫物種。 20.如申请專利範圍第1項之化合物，其具有式Μ2Ηη，其 中η為1至4之整數，Μ為鹼土金屬陽離子，及化合物 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐)
    之氫含量礼包含一或多種該氫物種。 21·如申請專利範圍第i項之化合物，其具有式M2XHn， 其中η為1至3之整數，M為鹼土金屬陽離子，χ為帶 單一負電荷陰離子，及化合物之氫含量&包含一或多 種該氫物種。 22 如申明專利範圍第1項之化合物，其具有式Μ2χ2Ηη， 其中η為1或2，Μ為鹼土金屬陽離子，χ為帶單一負 電荷陰離子，及化合物之氫含量為礼包含一或多種該 氫物種。 23·如申請專利範圍第i項之化合物，其具有式Μ2χ3η， 其中Μ為鹼土金屬陽離子，χ為帶單一負電荷陰離 子，及Η係選自如申請專利範圍第丨項所定義之氫陰 離子及氫原子所組成之群組。 24·如申請專利範圍第i項之化合物，其具有式Μ2χΗη， 其中η為1或2，Μ為鹼土金屬陽離子，χ為帶雙負電 荷陰離子，及化合物之氫含量為私包含一或多種該氫 物種。 25·如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式Μ2ΧΧ，η， 其中Μ為鹼土金屬陽離子，χ為帶單一負電荷陰離 子，X’為帶雙負電荷陰離子，及Η係選自如申請專利 範圍第1項所定義之氫陰離子及氫原子所組成之群 組0 -6- _______ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210\297公擎)— 593148 8 8«,( ABCD 申請專利範園 26·如申租專利範圍第i項之化合物，其具有式， 其中η為1至3之整數，Μ為鹼土金屬陽離子，Μ，為驗 金屬陽離子及化合物之氫含量仏包含一或多種該氫物 種。 27·如申請專利範圍第i項之化合物，其具有式ΜΜ，χΗη， 其中η為1或2，Μ為鹼土金屬陽離子，Μ，為鹼金屬陽 離子，X為帶單一負電荷陰離子，及化合物之氫含量 Ηη包含一或多種該氫物種。 28.如申凊專利範圍第！項之化合物，其具有式ΜΜ，χΗ， 其中Μ為鹼土金屬陽離子，Μ，為鹼金屬陽離子，乂為 帶負二價之陰離子，及Η係選自如申請專利範圍第j 項所走義之氫陰離子及氫原子所組成之群組。 29·如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式 MMfXX’H，其中Μ為鹼土金屬陽離子，Μ，為鹼金屬陽 離子，X為帶負二價之陰離子及乂，為帶負一價，及Η 係選自如申請專利範圍第i項所定義之氫陰離子及氫 原子所組成之群組。 30. 如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式HnS，其中 η為1或2及化合物之氫含量&包含一或多種該氫物 種。 31. 如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式MXX，Hn， 其中 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210父297公贅)
    593148 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 η為1至5之整數， Μ為鹼或鹼土金屬陽離子， X為帶負一價或負二價之陰離子， X ’’係選自矽，鋁，鎳，過渡元素，内過渡元素及稀 土元素所組成之群組，及 化合物之氫含量包含一或多種該氫物種。 32. 如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式ΜΑ1Ηη， 其中η為1至6之整數，Μ為鹼或鹼土金屬陽離子，及 化合物之氫含量Ηη係包含一或多種該氫物種。 33. 如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式ΜΗη，其 中 η為1至6之整數， Μ係選自過渡元素，内過渡元素，稀土元素及鎳所組 成之群組，及 化合物之氫含量Ηη包含一或多種該氫物種。 34. 如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式MNiHn， 其中 η為1至6之整數， Μ係選自驗陽離子，驗土金屬陽離子，梦及所組成 之群組，及 化合物之氫含量仏包含一或多種該氫物種。 35. 如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式MXHn，其 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐）. 593148 A8 B8 C8 ___D8 六、申請專利範圍 ^ 中 η為1至6之整數， Μ係選自鹼陽離子，鹼土金屬陽離子，矽或鋁所組成 之群組， X係選自過渡元素，内過渡元素及稀土元素陽離子所 組成之群組，及 化合物之氫含量Ηη包含一或多種該氫物種。 36·如申請專利範圍第1或2項之化合物，其具有式 ΜΧΑ1Χ Ηη，其中η為1或2，Μ為鹼或驗土金屬陽離 子’ X及X為帶負一價陰離子或帶負二價陰離子，及 化合物之氫含量私包含一或多種該氫物種。 37.如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式Tipjn，其 中η為1至4之整數，及化合物之氫含量仏包含一或多 種該氫物種。 38·如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式八匕仏，其 中η為1至4之整數，及化合物之氫含量札包含一或多 種該氮物種。 39.如申請專利範圍第 15、16、18、21、22、23、25、27、 29、31或36項之化合物，其中該帶負一價之陰離子係 選自鹵陰離子，氫氧陰離子，碳酸氫根陰離子及硝酸 根陰離子所組成之群組。 40·如申請專利範圍第17、24、25、28、3丨或3 6項之化合 -9- 本紙張尺度適财g S家鮮(CNS) A4規格(21G X 297公釐) ' -- 593148 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 物，其中該帶負二價之陰離子係選自碳酸根陰離子， 氧化物陰離子及硫酸根陰離子所組成之群組。 41. 如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式 [KHmKC03]n，其中m及η各自為整數，及化合物之氫 含量Hm包含一或多種該氫物種。 42. 如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式fKHmKN03；[ nX_，其中m及η各自為整數，X為帶負一價之陰離 子，及化合物之氫含量Hm包含一或多種該氫物種。 43. 如申請專利範爵第1項之化合物，其具有式 [KHKN03]n，其中η為整數，及化合物之氫含量Η包 含一或多種該氫物種。 44. 如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式 [ΚΗΚΟΗ]η，其中η為整數，及化合物之氫含量Η包含 一或多種該氫物種。 45. 如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式 [MHmNTX]n，其中m及η各自為整數，Μ及Μ’各自為 鹼或鹼土金屬陽離子，.X為帶負一價或負二價之陰離 子，及化合物之氫含量11111包含一或多種該氫物種。 46. 如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式 nX_，其中m及η各自為整數，Μ及Mf各自為驗或驗土 金屬陽離子，X及X’為帶負一價或負二價之陰離子， 及化合物之氫含量Hm包含一或多種該氫物種。 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 593148 A8 B8 C8
    47·如申請專利範圍第42、45或46項之化合物，其中該帶 負一價之陰離子係選自I#陰離子，氫氧陰離子，唆酸 氫根陰離子及硝酸根陰離子所組成之群組。 48·如申請專利範圍第4 5或4 6項之化合物，其中該帶負 一價之陰離子係選自碳酸根陰離子，氧化物陰離子及 硫酸根陰離子所組成之群組。 49.如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式 MXSiX’Hn，其中n為1或2，Μ為鹼或鹼土金屬陽離 子’ X及X’各自為帶負一價之陰離子或帶負二價之陰 離子，及化合物之氫含量Η η包含一或多種該氫物 種。 5〇.如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式MSiHn， 其中η為1至6之整數，Μ為鹼或鹼土金屬陽離子，及 化合物之氫含量Ηη包含一或多種該氫物種。 51·如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式sinH4n， 其中η為整數，及化合物之氫含量H4n包含一或多種謗 氫物種。 52·如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式sinH3n， 其中η為整數，及化合物之氫含量H3n包含一或多種該 氫物種。 53.如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式 SinH3nOm，其中η及m為整數，及化合物之氫含量H3n -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公爱)
    裳 訂 593148 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 包含一或多種該氫物種。 54·如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式SixH4x-2yOy，其中X及y各自為整數，及化合物之氫含量H4x_ 2y包含一或多種該氫物種。
    55. 如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式 SixH4xOy，其中X及y各自為整數，及化合物之氫含量 Η4χ包含一或多種該氫物種。 56. 如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式SinH4n · H20，其中η為整數，及化合物之氫含量H4n包含一或 多種該氫物種。 57·如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式SinH2n+2， 其中η為整數，及化合物之氫含量H2n+2包含一或多種 該氫物種。 58. 如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式 SixH2x+2Oy，其中X及y各自為整數，及化合物之氫含 量H2x + 2包含一或多種該氫物種。 59. 如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式SinH4n_ 20,其中η為整數，及化合物之氫含量H4n_2包含一或 多種該氫物種。 60. 如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式 MSi4nH10nOn，其中η為整數，Μ為鹼金屬或鹼土金屬 陽離子，及化合物之氫含量H1Gn包含一或多種該氫物 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 593148 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 .種。 61. 如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式 MSi4nHi〇nOn+i，其中η為整數，Μ為驗金屬或驗土金 屬陽離子，及化合物之氫含量Η1()η包含一或多種該氫 物種。 62. 如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式 MqSinHmOp，其中q，η，m及ρ為整數，Μ為驗金屬或 鹼土金屬陽離子及化合物之氫含量Hm包含一或多種 該氫物種。 63. 如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式MqSinHm， 其中q，η及m為整數，Μ為驗金屬或驗土金屬陽離子 及化合物之氫含量Hm包含一或多種該氫物種。 64. 如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式SinHmOp， 其中η，m及ρ為整數，及化合物之氫含量Hm包含一 或多種該氫物種。 65. 如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式SinHm，其 中η及m為整數，及化合物之氫含量Hm包含一或多種 該氫物種。 66. 如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式MSi2Hn， 其中η為1至8之整數，Μ為鹼金屬或鹼土金屬陽離子 及化合物之氫含量Ηη包含一或多種該氫物種。 67. 如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式Si2Hn，其 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 593148 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 中η為1至8之整數，及化合物之氫含量&包含一或多 種該氯物種。 68. 如申請專利範圍第i項之化合物，其具有式siHn，其 中η為1至8之整數，及化合物之氫含量&包含一或多 種該氯物種。 69. 如申請專利範圍第i項之化合物，其具有式si〇2Hn，
    其中η*!至6之整數，及化合物之氫含量仏包含一或 多種該氫物種。 70·如申請專利範圍第！項之化合物，其具有式 MSiC^Hn，其中n為1至6之整數，乂為鹼金屬或鹼土 金屬陽離子，及化合物之氫含量&包含一或多種該氫 物種。 # 71·如申睛專利範圍第1項之化合物，其具有式MSi2Hn， 其中η為1至14之整數，Μ為鹼金屬或鹼土金屬陽離 子，及化合物之氫含量Ηη包含一或多種該氫物種。 72·如申請專利範圍第1項之化合物，其具有式M2SiHn, 其中η為1至8之整數，Μ為鹼金屬或鹼土金屬陽離 子，及化合物之氫含量Ηη包含—或多種該氫物種。 73·如申請專利範圍第4 9項之化合物，其中該帶負一價 之陰離子係選自自陰離子，氫氧陰離子，碳酸氫根陰 離子及硝酸根陰離子所組成之群組。 74·如申請專利範圍第4 9項之化合物，其中該帶負二價 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 593148 A8 B8 C8 —-------- —_ D8_____ 六、申請專利範圍 <陰離子係選自碳酸根陰離子，氧化物陰離子及硫酸 根陰離子所組成之群組。 75·如申請專利範圍第丨項之化合物，其具有觀察得之特 徵與對應尋常化合物不同，其中該氫含量為唯一尋常 氯’觀察得之特徵係與如申請專利範圍第1項所定義 之氫物種相關。 76. 如申請專利範圍第7 5項之化合物，其該觀察得之特 徵係一或多種化學計算式、熱安定性及反應性。 77. 一種製備化合物之方法，其包含·· (a) 使原子氫與具有m/2 x 27 2 eV之反應淨焓值之觸 媒反應，其中m為大於1且少於274之整數，以產 生具有I3·6 eV/(l/p)2之結合能之原子氫，其 中P為大於1且少於200之整數， (b) 使所產生之原子氫與電子反應，以產生具有大於 0.8 eV且少於丨00 eV之結合能、或具有為兩個電 子結合能總和之大於1 5 e V且少於丨，〇 〇 〇，〇 〇 〇 e v 之總能量之氫陰離子，及 (c) 使所產生之氫陰離子與一或多種陽離子反應，以製 得該化合物。 78·如申請專利範圍第77項之方法，其中步驟（b)出現於 電解池’該電解池具有陰極及還原所製得原子氣之還 原劑供，及，步驟（b)包含生成的原子氫與陰極或還 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公爱^ 一 ' --------- 79. 申請專利範園 原劑接觸。 气：：：利乾圍弟77項之万法，其中步驟⑻出現於 :: 該氣體電池含有還原所製得原子氫之還原 二:、’及’步驟(b)包含生成的原子氫與還原劑接 々心：：乾圍弟77項之万法’其中步驟(b)出現於 =電電池’該電池具有陰極，電裝電子及還原 :原子氯之還原劑供及，步驟⑻包含生成的原風與陰極，還原劑或電漿電子接觸。 :::請專利範圍第78、79或80Jf之方法，其中該還:係選自電池材料，電池組件或電池作業外來之還， 劑所組成之群組。 如:請專利範圍第77項之方法，其中該步驟⑷出於"解池及陽離子為電池陰極或陽極之氧化物種， 加至電池之外來還原劑之陽離子，或電解 之陽離子。 鮮 如申請專利範圍第82項之方法，其中該電解質之 離子為催化劑陽離子。 狄如申請專利範圍第77項之方法，其中該步帮⑷出 t氧體電池及該陽離子為電池材料之氧化物種， 氫解離材料之陽離子其於電池產生原子氫，添加 池〈外來還原劑之陽離子，或電池之催化劑之 80 81. 82. 83 -16 - 所 子 現 質 陽 分子 至電 陽離 本紙張尺度適财B ®家標準(CNS) A4規格(21& x 297公釐） 593148
    子。 85·如申請專利範圍第7 7項之方法，其中步騾（c)出現於 氣體放電電池及該陽離子為電池陰極或陽極材科之氧 化物種，添加至電池之外來還原劑之陽離子，泰、 中催化劑之陽離子。 3 86·如申請專利範圍第77項之方法，其中步騾（c)出現於 電漿炬電池及該陽離子為電池陰極或陽極材料之氧化 物種，添加至電池之外來還原劑之陽離子，或電池中 催化劑之陽離子。 87. —種摻雜劑，其包含 一或多種中性、正電性或負電性氫物種，其係選自下 列所組成之群組： (1) 具有大於0.8 eV且少於1〇〇 eV之結合能、或具有 為兩個電子結合能總和之大於1 5 eV且少於 1，000,000 eV之總能量之氫陰離子； (2) 具有大於13.6 eV且少於1，〇〇〇,〇〇〇 ev之結合能 之氫原子； (3) 具有大於13.6 eV且少於1，〇〇〇,〇〇〇 eV之第一衾士 合能之氫分子；及/或 (4) 具有大於16.4 eV且少於1，〇〇〇,00 0 eV之結合能 之分子氫離子；其中該氫物種係藉由原子氫及觸媒 間之反應所形成，該反應包含一化學或物理方法， -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 593148 A8 B8 C8 _____D8 _____ 六、申請專利範圍 其提供m · 27·2 ± 〇·5 eV之淨焓值，其中叻為少 於137之整數，或提供^/2 · 27.2 土 〇·5 eV之淨 焓值，其中m為大於1且少於274之整數。 88· —種摻雜氫化合物之熱離子陰極，該經摻雜之熱離子 陰極具有與未經摻雜之熱離子陰極不同的電壓，其中 該氲化合物係包含一或多種中性、正電性或負電性氫 物種，其係選自下列所組成之群組： (1) 具有大於0.8 eV且少於1〇〇 ev之結合能、或具有 為兩個電子結合能總和之大於1 5 e V且少於 1，000,000 ev之總能量之氫陰離子； (2) 具有大於13.6 eV且少於l，〇〇〇,〇〇〇 eV之結合能 之氫原子； (3) 具有大於13.6 eV且少於1，〇〇〇,〇〇〇 eV之第一結 合能之氫分子；及/或 (4) 具有大於16.4 eV且少於1，〇〇〇,〇〇〇 eV之結合能 之分子氫離子；其中該氫物種係藉由原子氫及觸媒 間之反應所形成，該反應包含一化學或物理方法， 其提供m . 2 7 · 2 士 0 · 5 e V之淨焓值，其中m為少於 137之整數，或提供m/2.27.2±0.5 eV之淨焓 值，其中m為大於1且少於274之整數。 8 9 ·如申請專利範圍第8 8項之經摻雜熱離子陰極，其具 有比未經摻雜陰極起始物料更高的電壓。 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐）. 593148 A8 B8 C8
    90. 91. 92. 如申請專利範圍第8 8項乏細始胁上. 一 、 /、又心摻雜熱離子陰極，其中 該未經摻雜陰極起始物料為金屬。 如申請專利範圍第8 8項之絲松濰我私7 <、，、二穋雜熱離子陰極，其中 該未攙經雜陰極起始物料為鵁，4目或其氧化物/ 如申請專利範㈣88項之經摻雜熱離子陰極，其中 該化合物包含如中請專利範圍第88項収義之氫陰 離子。 9 3 ·如申請專利範圍第9 〇項之經摻雜熱離子陰極，其中 該金屬已經藉由離子植入，外延晶膜增長，或真/空沉 積而摻雜該氫陰離子生成熱離子陰極。 94· 一種摻雜氫化合物之半導體，該半導體具有相對於未 經摻雜之半導體起始物料為已經改變的頻帶間隙，其 中該氫化合物係包含一或多種中性、正電性或負電性 氫物種，其係選自下列所組成之群組： (1) 具有大於0·8 eV且少於1〇〇 eV之結合能、或具有 為兩個電子結合能總和之大於1 5 e V且少於 1，000,000 ev之總能量之氫陰離子； (2) 具有大於13.6 eV且少於1，〇〇〇,〇〇〇 ev之結合能 之氫原子； (3) 具有大於13.6 eV且少於1，〇〇〇,〇〇〇 eV之第一結 合能之氮分子；及/或 (4) 具有大於16.4 eV且少於1，〇〇〇,〇〇〇 eV之結合能 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐）.
    裝 # 593148 申請專利範圍 之分子氫離子·，其中該氫物種係藉由原子氫及觸媒 間 < 反應所形成，該反應包含一化學或物理方法， 其提供m.27.2±0.5 eV之淨給值，其中m為少於 137之整數，或提eV之淨焓 值’其中m為大於1且少於274之整數。 95 如申請專利範圍第94項之經摻雜半導體，其中該未 摻雜之起始物料為一般半導體，一般經摻雜半導體或 一般掺雜劑。 96 如申請專利範圍第95項之經摻雜半導體，其中該半 導體，一般摻雜半導體或摻雜劑起始物料係選自矽， 鍺：鎵，銦，坤，磷，銻，硼，鋁，Ιπ族元素，W 族元素及V族元素所組成之群組。 97.如申請專利範圍第96項之經接雜半導體，其中該按 雜劑或摻雜劑成分包含如申請專利範圍第88項所定 義之氫陰離子。 98 如申請專利範圍第96項之經摻雜半導體，其中該半 導體或摻雜劑起始物料已經冑由離子植心外延晶膜 增長或真空沉積摻雜該如申請專利範圍第8 8項所定 義之氫陰離子。 、 99 一種化合物，其包含 一或多種具有結合能〇·65 eV之氫陰離子，及 一或多種其它元素。 本紙張尺度it用t ® ®家鮮(CNS)域格 -20- 593148 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 100· 一種製備具有0.656¥之結合能的氫陰離子之氫化合 物之方法，該方法包含以下步騾： 供給具有大於13.6 eV且少於1，〇〇〇,〇〇〇 eV之結合 能之氫原子，其係藉由原子氫及觸媒間之反應所形 成’該反應包含一化學或物理方法，其提供 πι·27·2±0·5 eV之淨給值，其中m為少於137之整 數’或提供m/2.27.2 士 0.5 eV之淨焓值，其中！!！為 大於1且少於274之整數， 使該氫原子與第一還原劑反應，因而形成一或多種具 有大於0·8 eV且少於1〇〇 eV之結合能、或具有為兩 個電子結合能總和之大於1 5 e V且少於1，0 0 0，0 0 0 e V之總能量之穩定氫陰離子，及一或多種不反應性 原子氫’以製得該化合物。 收集該不反應性原子氫，及，使該不反應性原子氫與 第二還原劑反應，以形成具有〇 · 6 5 e V之結合能之氫 陰離子；及，使製得之氫陰離子與一或多種陽離子反 應’以製得該化合物。 101·如申請專利範圍第1 0 0項之方法，其中該第一還原劑 具有高工作函數或與不反應性原子氫反應之正電性自 由能。 102·如申請專利範圍第1 〇 〇項之方法，其中該第一還原劑 為鹼女屬或鹼土金屬金屬以外之金屬。 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
    訂 # 593148 A8 B8 C8 ________D8 六、申請專利範園 103·如申請專利範圍第1 〇 2項之方法，其中該金屬為鴣。 104·如申請專利範圍第1 〇 〇項之方法，其中該第二還原劑 包含鹼金屬或鹼土金屬金屬。 105·如申请專利範圍第1 〇 〇項之方法，其中該第二還原劑 包含電漿。 106· —種能量之爆發釋放方法，包含使一包含具有結合能 0_65 eV之氫陰離子的氫化合物與質子反應，因而生 產具有第一結合能8.928 eV之分子氫。 107·如申請專利範圍第1 〇 6項之方法，其中該質子係由酸 或超酸供給。 108·如申請專利範圍第1 〇 7項之方法，其中該酸或超酸係 選自 HF，HC1，H2S04，HN03，HF 與 SbF5 之反 應產物，HC1與A12C16之反應產物，H2S03F與 SbF5之反應產物或H2S04及S02之反應產物及其組 合所組成之群組。 109. 如申請專利範圍第1 〇 7項之方法，其中該反應係藉快 速混合化合物與酸或超酸引發。 110. 如申請專利範圍第1 0 9項之方法，其中該快速混合係 經由引爆化合物及酸或超酸近處之習知炸藥達成。 111. 一種能量之爆發釋放方法，包含熱分解包含具有結合 能0.65 eV之氫陰離子之氫化合物，因而生產具有第 一結合能8.92 8 eV之氫分子。 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 593148 A8 B8 C8 一 _____D8 六、申請專利範圍 112·.如申請專利範圍第1 1 1項之方法，其中該熱分解步驟 係經由引爆化合物近處之習知炸藥達成。 113·如申請專利範圍第i丨〇項之方法，其中該熱分解步騾 係經由之撞擊加熱達成。 114·如申請專利範圍第1 1 2項之方法，其中該撞擊加熱係 經由於衝擊時刻導致引爆之條件下碰撞梢端含有化合 物之投射物達成。 115· 一種釋放能量之方法，其包含熱分解或化學性地反應 一或多種下列反應物： (1) 包含一或多種具有大於13.6 eV且少於 1，000,000 eV之結合能之氫原子之氫化合物； (2) 具有大於13.6 eV且少於1，〇〇〇,〇〇〇 eV之結合 能之氫原子； (3) 具有大於15·5 eV且少於1，〇〇〇,〇〇〇 ev之第一 結合能之氮分子； (4) 具有大於〇·8 eV且少於100 eV之結合能、或具 有為兩個電子結合能總和之大於15 e V且少於 1，000,000 eV之總能量之氫陰離子； (5) 具有大於16.46¥且少於1,000,000 6乂之結合 能之分子氫離子； 因而釋放出能量；其中該反應物包含一或多種提高結 合能之氫物種，其係藉由原子氫及觸媒間之反應所形 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐）. 593148
    成，該反應包含一化學或物理方法，其提供 ηι·27·2±0·5 eV之淨焓值，其中m為少於137之整 數’或提供m/2.27.2 土 0.5 eV之淨焓值，其中111為 大於1且少於274之整數。 116· —種製備具有通式五-且其中n是大於丨之整數 之化合物之反應器，其中 U)包含一或多種中性、正電性或負電性氫物 種’其係選自下列所組成之群組： (1) 具有大於0.8 eV且少於100 ev之結合能、 或具有為兩個電子結合能總和之大於15 ev 且少於1,000,000 ev之總能量之氫陰離 子； (2) 具有大於13.6 eV且少於1，〇〇〇,〇〇〇 ev之 結合能之氫原子； (3) 具有大於13.6 eV且少於1，〇〇〇,〇〇〇 eV之 第一結合能之氫分子；及/或 (4)具有大於16.4 eV且少於1，〇〇〇,〇〇〇 eV之 結合能之分子氫離子； (b)五包含一或多種選自下列之其它元素：η， He，Li，Be，Β，C，Ν，Ο，F，Ne，Na， Mg，A1，Si，P，S，Cl，Ar，K，Ca， Sc，Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu， -24 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 593148 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 Zn，Ga，〇e，As，Se，Br，Kr，Rb，Sr，γ，Zr，Nb，Mo，Tc，RU，Rh，Pd，Ag，Cd，In，Sn，Sb，Te，I，Xe，Cs，Ba， La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Gd， Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu，Hf， Ta，W，Re，0s，Ir，Pt，Au，Hg，TI， Pb，Bi，P〇，At，Rn，Fr，Ra，Ac，Th， Pa，U，Np，Pu，Am，Cm，Bk，Cf，Es， Fm，Md，N〇 ’及Lr，其中係藉由原子氫及 觸媒間之反應所形成，該反應包含一化學或物 理方法，其提供111 * 27.2 ± 〇·5 ev之淨焓 值，其中m為少於137之整數，或提供 m/2.27.2 土 〇·5 eV之淨焓值，其中m為大於i 且少於274之整數； 該反應器包含·· 一容器，其含有 一電子來源，及 一具有13.6 eV/(l/p)2、其中p為大於i且少於 2 0 〇之整數之結合此之原子氮來源’其係藉由使原 子氫與觸媒反應所形成，該反應包含一化學或物理 方法，其提供ιη·27·2±0·5 eV之淨焓值，其中m 為少於137之整數，或提供πι/2·27·2±0.5 eV之 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐) 593148 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 淨焓值 ，其中m為大於1且少於274之整數， 因 此， 來自電子源之電子係與來自該來源之氫原 子 於 容器 中反應，以製得該化合物。 117· 如 中 請專 利範圍第1 1 6項之反應器； ，其中該氫物種 為 具有 結合 能大於0.8 eV之氫陰離子 〇 118. 如 中 請專 利範圍第1 1 6或1 1 7項之反應器，其中該 氫 原 子 來源 係一氫催化電池，其選自 電解池，氣體 電 池 y 氣體 放電電池及電漿炬電池所組成之群組。 119. 如 中 請專 利範圍第1 1 8項之反應器， 其中該氫催化 電 池 包含 一 第二 容器，其含有 一 原子 氫來源； 一 或多 種固體、熔體、液體或氣體催化劑，其 具 有 m/2 • 27 eV之淨反應給，此·處m為整數， 因 此， 該氫原子係與該催化劑 於第二容器内 反 13.6 eV 應 ，因 而產生一具有結合能 2 之氫原子， 此 KP 1 處p為大於1且少於200之整數。 120. 一 種 電池 ，其包含 一 陰 極， 及一含具有通式五-、且 .其中η是大於1 之 整 數 之化 合物作為氧化劑之陰極腔 室，其中該 包 含 一 或多 種中性、正電性或負電性氫物種，其係選 白 下 列 所組成之群組： -26- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 593148 A8 B8 C8 D8
    六、申請專利範園 U)具有大於〇.8 eViL少於10〇 eV之結合能、或 具有為兩個電子結合能總和之大於1 5 e V且少 於1，000,000 eV之總能量之氫陰離子； (b) 具有大於13.6 eViL少於丨，000,000 eV之結合 能之氫原子； (c) 具有大於13.6 eViL少於1000,000 eV之第一 結合能之氫分子；及〆或 (d) 具有大於16.4 eV及少於1，〇〇〇,〇〇〇 eV之結合 能之分子氫離子； 五包含一或多種選自下列之其它元素：Η，He，Li， Be，B，C，N，Ο，F，Ne，Na，Mg，A1，Si， P，S，Cl，Ar，K，Ca ’ Sc，Ti，V，Cr，Mn， Fe，Co，Ni，Cu，Zn，Ga，Ge，As，Se，Br， Kr，Rb，Sr，Y，Zr，Nb，Mo，Tc，Ru，Rh， Pd，Ag，Cd，In，Sn，Sb，Te，I，xe，Cs， Ba，La，Ce，Pr，Nd ’ Pm，Sm，Eu，Gd， Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu，Hf，Ta，W， Re，Os，Ir，Pt，Au，Hg，TI，Pb，Bi，P〇， At，Rn，Fr，Ra，Ac，Th，Pa，U，Np，Pu， Am，Cm，Bk，Cf，Es，Fm，Md，No，及 Lr， 其中該提高結合能之氫物種丑《係藉由原子氫及觸媒 間之反應所形成，該反應包含一化學或物理方法， -27-
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    其提供ιη.27·2±0·5 eV之淨給值，其中m為少於 137之整數，或提供m/2.27.2 ± 〇·5 eV之淨給 值，其中m為大於1且少於274之整數； 一陽極，及一含有還原劑之陽極腔室；及 一構成介於該陰極腔室及該陽極腔室間之電路之鹽 橋。 121.如申請專利範圍第1 2 〇項之電池，其中該氫物種包含 如申請專利範圍第1 2 0項所定義之氫陰離子。 122·如申請專利範圍第1 2 1項之電池，其中該氧化劑包含 陽離子Μ n +，此處n為整數，該氧化劑係結合至一或 多種該氫陰離子，故陽離子Μ(η·1) +之結合能低於該 氫陰離子之結合能。 123.如申請專利範圍第1 2 1項之電池，其中該氧化劑包含 陽離子及氫陰離子，其係經選擇使氳陰離子不被陽離 子氧化。 124·如申請專利範圍第1 2 1項之電池，其中該氧化劑係以 式Mn+ H_ 表示，其中Μη +為陽離子及η數為整 及Η 表示一氫陰離子，此處Ρ為大於1及少於2〇〇 之整數’及此處氮陰離子係經選擇使其結合能大於陽 -28 -
    本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公羡)
    離子M(n_1) +之結合能。 125.如申請專利範圍第123項之電池，其中該氧化劑包含 穩定陽離子-氫陰離子化合物，其中該電池組之陰極 半反應之還原電位係由氧化劑之陽離子與氫陰離子之 結合能決定。 126·如申請專利範圍第125項之電池，其中該氧化劑為之 包含結合至氫陰離子之氫分子離子氫化合物，此處氫 陰離子係經選擇使其結合能大於該已還原之氫分子離 子之結合能。 127.如申請專利範圍第1 2 6項之電池，其中該氧化劑為式 Η · ( 1 / P，）表示之化合物，此處/ •、 2α Ί+ Η: 2c’= γ表示氫分子離子及Η-(ι/ρ’）表示氫陰離 子，此處ρ為2，及Ρ’係選自13，14，15，16， 1 7，1 8或1 9所組成之群組。 128·如申請專利範圍第1 2 5項之電池，其中該氧化劑具有 式 He2 + (IT(l/p))2，此處ρ為 11 至20。 129·如申請專利範圍第1 2 5項之電池，其中該氧化劑具有 式 Fe4 + (H-(l/p))4，此處ρ為 11 至20。 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐）. 593148
    130· ^中請專利範圍第121項之電池，其中該氫陰離子於 電池作業期間經由從陰極腔室通過鹽橋遷移至陽極腔 室而完成電路。 131·如申請專利範圍第121項之電池，其中該鹽橋包含_ 或多種陰離子導電膜或陰離子導體。 132.如申請專利範圍第131項之電池，其中該鹽橋係由沸 石；鑭系元素硼化物MB6此處Μ為鑭系元素；或鹼土 金屬爛化物Μ’Β6此處Μ’為鹼土金屬。 如申請專利範園第121項之電池，其中該陰極腔室含 有已還原之氧化劑及該陽極腔室含有已氧化之還原劑 及離子可由陽極腔室遷移至陰極腔室完成電路，藉此 该電池組可再充電。 如申請專利範圍第133項之電池，其中該可遷移離子 為如申請專利範圍第120項所定義之氫陰離子。 出.如申請專利範圍第133項之電池，其中該氧化劑化合 物可由施加電壓至電池而產生。 如申叫專利範圍第1 3 5項之電池，其中該電壓為每一 電池1伏至1 〇 〇伏。 137·如申睛專利範圍第1 3 3項之電池，其中該氧 化劑係以式Mn+ H.说表示此處h.Q為氫陰離子， 此處P為大於1及少於200之整數，及Mn+為陽離子， 其經選擇使由陽離子M )生成陽離子Μη +之第η離
    裝 # -30-
    子化说I P n (此處η為整數）係小於氫陰離子之纟士人 能。 138·如申請專利範圍第133項之電池，其中該已還原之氧 化剑為鐵金屬，及该包含氫陰離子之已氧化還原劑為 氫化鉀（K + H-(1/p))，此處Η·@)表示氫陰離子，此 處Ρ為大於1及少於200之整數。 139.如申請專利範圍第135項之電池，其中該已還原氧化 劑為（Fe)其進入氧化態（Fe4+)而形成氧化劑（Fe4+(H-(n= WP))4)，此處H D為氫陰離子，此處p 為1 1至2 0之整數，已氧化之還原劑為（κ+)其進入氧 化態（Κ)而形成還原劑鉀金屬，氫陰離子經由於施加 適當電壓時從陽極腔室經由鹽橋遷移至陰極腔室而完 成電路。 140·如申請專利範圍第121項之電池，其中該陰極腔室係 作為陰極功能。 141. 一種用以製備氫化合物之高壓電解電池，該電池包含 一容器，其含有 一陰極， 一陽極， -31 - 593148
    y電解質，其含有具有大於〇·8 eV且少於1〇〇 eV <結合能、或具有為兩個電子結合能總和之大於1 5 eV且少於〗，〇〇〇,〇〇〇 eV之總能量之氫陰離子作為 陰離子，其中該氫陰離子係藉由原子氫及觸媒間之 反應所形成，該反應包含一化學或物理方法，其提 供πι·27·2 土0.5 eV之淨焓值，其中m為少於137之 整數，或提供ιη/2·27·2±〇·5 eV之淨焓值，其中 m為大於1且少於274之整數，及 一包含該電解質且與該陰極與陽極接觸之電解液。 说如申請專利範圍第141項之電池，其中該由電池產生 之氫化合物為任透（Zintl)相矽化物或矽烷類，及該等 化合物係未經分解陰離子，電解質或電解溶液製備。 143.如申請專利範圍第141項之電池，其可於預定電壓操 作而未分解該氫原子。 144·如申請專利範圍第141項之電池，其中該產生的氫化 合物包含陽離子Mn+，此處n為整數，及其中該氫 、、-ill 陰離子H ，此處P為大於1且少於200之整數，係 經選擇使其結合能大於陽離子Μ(η·1) +之結合能。 145.如申請專利範圍第14 1項之電池，其中該生成的氫化 合物包含於所選電壓形成之陽離子，故由Μ(η-1) +(此 處η為整數）生成陽離子Μη +之第η離子化能ΙΡη係 -32- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐）. 593148 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 低於該氫陰離子之, , 丁 I a Ip」（此處P為大於1且少於2〇〇 之整數）之結合能。 146·如申清專利範圍第丨4 i項之電池，其中該生成之氯化 合物包含氫陰離子，其係對所需陽離子選擇故氫陰離 子未被陽離子氧化。 147·如申請專利範圍第i 4 6項之電池，其中該陽離子為 He2 +或Fe4+，及該氫陰離子為H-|jJ，此處p為1^ 20 〇 148. —種燃料電池，其包含 一氧化劑來源，該氧化劑包含具有大於丨3 · 6 e V且少 於100 eV之結合能之氫原子，其係藉由原子氫及觸 媒間之反應所形成，該反應包含一化學或物理方法， 其提供ιη·27·2±0.5 eV之淨给值，其中m為少於 137之整數，或提供πι/2·27.2±0.5 eV之淨焓值， 其中m為大於1且少於274之整數， 一包含於與該氧化劑來源連通之陰極腔室中之陰極， 一位於陽極腔室中之陽極，及， 一構成介於該陰極腔室及該陽極腔室間之電路之鹽 橋。 149. 如申請專利範圍第148項之電池，其中該氫原子係反 -33- 593148 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 150. 應而生成該氫陰離子，作為陰極半反應。 如申請專利範圍第148項之電池，其中該氫原子係由 151. 氧化劑來源藉熱或化學分解該氫化合物供給陰極。 如申請專利範圍第148項之電池，其中該氧化劑來源 係選自電解池，氣體電池，氣體放電電池及電漿炬電 池所組成之群組。 152 如申請專利範圍第148項之電池，其中該氫化合物包 • 含陽離子Mn+，此處η為整數，該氫化合物係結合至 該氫陰離子，故陽離子Μ(η·1)+之結合能係低於結合能 增高的氫陰離子之結合能。 153. 如申請專利範圍第1 52項之電池，其中該氧化劑來源 (l) ij 為式Μη+Η'^表示之氫化合物，其中Μη+為陽離子， η為整數，及Η _ 表示氫陰離子，此處ρ為大 # 154. 於1且少於200之整數，及此處氫陰離子經選擇故其 結合能係大於陽離子Μ(η·1)+之結合能。 如申請專利範圍第150項之電池，其中該陰極腔室為 155. 陰極。 如申請專利範圍第150項之電池，其進一步包含含有 156. 該氫化合物之燃料。 一種分離元素之同位素之方法，其包含 -34- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 593148 A8 B8 C8 D8
    六、申請專利範圍 使氫物種與包含相對於該氫物種為過量之所需同位素 之元素同位素混合物反應，而生成富含所需同位素及 包含一或多種該氫物種之化合物，及 純化該富含所需同位素及包含一或多種該氫物種之化 合物’其中該氫物種係選自下列所組成之群組： (a) 具有大於〇·8 eV且少於100 eV之結合能、或 具有為兩個電子結合能總和之大於1 5 e V且少 於1，000,000 eV之總能量之氫陰離子； (b) 具有大於13 ·6Ύ且少於1，〇〇〇,〇〇〇 eV之結合 能之氫原子； (c) 具有大於13.6 eV且少於1，〇〇〇,〇〇〇 ev之第一 結合能之氫分子；及/或 (d) 具有大於16.4 eV且少於1，〇〇〇,〇〇〇 eV之結合 能之分子氫離子； 其中該氫物種係藉由原子氫及觸媒間之反應所形 成’該反應包含一化學或物理方法，其提供 πι·27·2 士 0.5 eV之淨焓值，其中m為少於137之整 數’或提供ιη/2·27·2 土 0.5 eV之淨給值，其中m為 大於1且少於274之整數。 157· —種分離存在於一或多種化合物中之同位素之方法， 其包含 使氫物種與包含同位素混合物之化合物反應，該同位 -35- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公爱) 593148 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範園 素混合物包含相對於該氫物種為過量之所需同位素， 以生成富含所需同位素及包含一或多種該氫物種之化 合物，及 純化該富含所需同位素及包含一或多種該氫物種之化 合物，其中該氫物種係選自下列所組成之群組： (a) 具有大於0.8 eV且少於100 eV之結合能、或 具有為兩個電子結合能總和之大於1 5 e V且少 於1，000,000 eV之總能量之氫陰離子； (b) 具有大於1 3 · 6 e V且少於1，0 〇 〇，〇 〇 〇 e V之結合 能之氫原子； (Ο 具有大於13.6 eV且少於1，〇〇〇,〇〇〇 ev之第一 結合能之氫分子；及/或 (d)具有大於16.4 eV且少於1，〇〇〇,〇〇〇 ev之結合 能之分子氫離子； 其中該氫物種係藉由原子氫及觸媒間之反應所形 成’该反應包含一化學或物理方法，其提供 ιη·27.2±〇·5 eV之淨含值’其中！11為少於137之整 數’或提供ιη/2·27.2±0·5 eV之淨焓值，其中111為 大於1且少於274之整數。 158. —種分離元素之同位素之方法，其包含 使氫物種與包含相對於該氫物種為過量之非所需同位 素之元素同位素混合物反應，而生成富含非所需同位 -36-
    593148 A8 B8 C8 ___ D8 六、申請專利範圍 素及包含一或多種該氫物種之化合物，及 純化該富含非所需同位素及包含一或多種該氫物種之 化合物，其中該氫物種係選自下列所組成之群組： (a) 具有大於0.8 eV且少於100 eV之結合能、或 具有為兩個電子結合能總和之大於1 5 e V且少 於1，〇〇0,000 eV之總能量之氫陰離子； (b) 具有大於13.6 eV且少於1，000,000 eV之結合 能之氫原子； (Ο 具有大於13.6 eV且少於1，000,000 eV之第— 結合能之氯分子；及/或 (d)具有大於16·4 eV且少於1，000,000 eV之結合 能之分子氫離子； 其中該氫物種係藉由原子氫及觸媒間之反應所形 成，該反應包含一化學或物理方法，其提供 ιη·27·2 士 0·5 eV之淨焓值，其中m為少於137之整 數’或提供m/2.27.2 土 0.5 eV之淨焓值，其中！!！為 大於1且少於274之整數。 159. —種分離存在於一或多種化合物中之同位素之方法， 其包含 使氫物種與包含同位素混合物之化合物反應，該同位 素混合物包含相對於該氫物種為過量之非所需同位 素’以生成富含非所需同位素及包含一或多種該氫物 -37- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇X297公釐)
    裝 # 593148 A BCD 六、申請專利範園 種之化合物，及 純化S⑧含非所需同位素及包含一或多種該氫物種之 化合物，其中該氫物種係選自下列所組成之群組： U)具有大於0.8 eV且少於100 ev之結合能、或 具有為兩個電子結合能總和之大於1 5 e V且少 於1，000,000 ev之總能量之氫陰離子； (b) 具有大於13.6 eV且少於1，〇〇〇,〇〇〇 eV之結合 能之氫原子； (c) 具有大於13.6 eV且少於1，〇〇〇,〇〇〇 eV之第一 結合能之氫分子；及/或 (d) 具有大於16.4 eV且少於1，〇〇〇,〇〇〇 eV之結合 能之分子氫離子； 其中該氫物種係藉由原子氫及觸媒間之反應所形 成’該反應包含一化學或物理方法，其提供 ιη·27·2 土 0.5 eV之淨焓值，其中瓜為少於137之整 數’或提供γπ/2·27·2±0·5 eV之淨焓值，其中^為 大於1且少於274之整數。 160.如申請專利範圍第B6、丨57、158或I”項中任一项之 分離同位素之方法，其中該氫物種係如申請專利範園 第156、157、158或159項所定義之氫陰離子。
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