太阳能燃料电池制造技术

本发明专利技术涉及将水和含碳化合物，例如CO2，转化为烃的方法，该方法通过在吸光成分上吸收阳光的过程，将水光电化学氧化，并将所述水氧化反应的产物通过催化剂与含碳化合物反应，以产生所需的烃化合物。

【技术实现步骤摘要】
本申请是基于申请日为2011年4月29日，申请号为201180034801.4(PCT/US2011/034458)，专利技术名称为：“太阳能燃料电池”的专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求先前于2010年5月17日提交的美国实用专利申请No.12/781,378的优先权，其基于各种目的整体引用本文中并作参考。背景
本专利技术涉及将水和含碳化合物转化为烃的方法，该方法通过在吸光成分上吸收阳光的过程，将水光电化学氧化，并将所述水氧化反应的产物通过催化剂与含碳化合物(例如CO2)反应，得到烃化合物。相关技术的讨论对于利用太阳能辐射作为能量来源来驱动转化反应，从CO2和水产生烃而言，光合作用是动力学上缓慢的过程。公知的从CO和水产生烃的Fischer-Tropsch合成方法，即使在存在催化剂的情况下也需要高温和高压来制备烃。已知若干种技术能够促进水氧化分解为氢气和氧气。在标准温度和压力下，水分解反应在热力学上是不利的。在标准水电解池中发生的一般反应是：阳极(氧化)：2H2O(l)→O2(g)+4H+(aq)+4e- Eoox＝-1.23V阴极(还原)：2H+(aq)+2e-→H2(g) Eored＝0.00V因此，在25℃，水电解池的标准电势为-1.23V。在不用升高的温度和压力下利用阳光作为能量来源，以动力学上更迅速的方式从水和含碳化合物源产生烃的方法是广泛关注的。此外，还需要进行所述方法的装置。
技术实现思路
本专利技术涉及通过提供光采集、电荷分离和输送成分、质子传导膜和催化剂成分将含碳成分和水转化为烃成分的方法。在光采集、电荷分离和输送成分以及催化剂成分之间具有导电连接。所述光采集、电荷分离和输送成分可暴露于足够波长的辐射中，以产生分离的电子和空穴对，且水可与电子和空穴对接触，以产生氧气、质子和电子。排出氧气。电子通过导电连接从光采集、电荷分离和输送成分输送至催化剂成分，且质子跨过质子传导膜传导，从而接触催化剂成分。所述含碳成分与催化剂成分、质子和电子接触，以产生所需烃成分，然后将其取出。本专利技术还教导了使用太阳辐射将水和含碳成分转化为烃成分的装置。该装置包括光采集、电荷分离和输送成分，其具有与水接触并暴露于辐射源的第一表面，以及与质子传导膜的第一表面接触的第二表面。质子传导膜具有与光吸收、电荷分离和输送成分的第二表面接触的第一表面，以及与催化剂成分的第一表面接触的第二表面。催化剂成分具有与质子传导膜的第二表面接触的第一表面，以及与含碳成分源接触的第二表面。光采集、电荷分离和输送成分与催化剂成分之间具有导电连接。1.使用太阳辐射将水和含碳成分转化为烃成分的装置，其包含：光采集、电荷分离和输送成分，其具有与水接触并暴露于辐射源的第一表面，以及与质子传导膜的第一表面接触的第二表面；质子传导膜，其具有与光吸收、电荷分离和输送成分的第二表面接触的第一表面，以及与催化剂成分的第一表面接触的第二表面；催化剂成分，其具有与质子传导膜的第二表面接触的第一表面，以及与含碳成分源接触的第二表面；和所述光采集、电荷分离和输送成分和所述催化剂成分之间的导电连接。2.项1的装置，其中所述光采集、电荷分离和输送成分包括基于半导体的组成物。3.项1的装置，其中所述光采集、电荷分离和输送成分包括带隙为至少1.23V的材料。4.项1的装置，其中所述光采集、电荷分离和输送成分包括p-型半导体材料，其选自p-SiC、p-GaP、p-InP和p-GaAs。5.项1的装置，其中所述光采集、电荷分离和输送成分包括n-型半导体材料，其选自n-TiO2、n-WO3、n-SiC、n-SrTiO3、n-CdS、n-GaP和n-GaAs。6.项1的装置，其中所述光采集、电荷分离和输送成分包括在阳光照射下产生电子和空穴对的有机材料。7.项6的装置，其中所述有机材料包括带隙为至少1.23V的有机材料。8.项1的装置，其中所述质子传导膜包括基于陶瓷的膜或基于聚合物的膜。9.项1的装置，其中所述质子传导膜包括含Nafion的膜或基于烃的膜。10.项1的装置，其中所述催化剂成分包括含贵金属、碱金属或硫属元素化物的组成物。11.项1的装置，其中所述催化剂成分包括至少一种选自以下的金属：Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ru、Rh、Pd、Ag、Re、Os、Ir、Pt、Au、Pb、S、Se和Te。12.项1的装置，其中所述催化剂成分包括氢化催化剂组成物、氢解催化剂组成物或还原催化剂组成物。13.项1的装置，其中所述含碳成分包括选自一氧化碳和二氧化碳的至少一种。14.项1的装置，其中电子和空穴对在所述光吸收、电荷分离和输送成分的第一表面产生，并接触水以产生氧气、质子和电子。15.项14的装置，其中所述电子通过导电连接从所述光采集、电荷分离和输送成分输送至催化剂成分。16.项14的装置，其中所述质子从所述光采集、电荷分离和输送成分跨过质子传导膜传导至催化剂成分。17.项16的装置，其中在催化剂成分的第二表面，含碳成分与质子和电子接触以产生烃成分。18.将含碳成分和水转化为烃成分的方法，其包括：将光采集、电荷分离和输送成分暴露于足够波长的辐射中，以产生分离的电子和空穴对；将水与所述电子和空穴对接触，以产生氧气、质子和电子；排出氧气；通过导电连接从该光采集、电荷分离和输送成分输送电子至催化剂成分；跨过质子传导膜传导质子，以接触催化剂成分；将含碳成分与催化剂成分、质子和电子接触，以产生烃成分；和取出所述烃成分。19.项18的方法，其中所述光采集、电荷分离和输送成分包括基于半导体的组成物。20.项18的方法，其中所述光采集、电荷分离和输送成分包括带隙为至少1.23V的材料。21.项18的方法，其中所述光采集、电荷分离和输送成分包括p-型半导体材料，其选自p-SiC、p-GaP、p-InP和p-GaAs。22.项18的方法，其中所述光采集、电荷分离和输送成分包括n-型半导体材料，其选自n-TiO2、n-WO3、n-SiC、n-SrTiO3、n-CdS、n-GaP和n-GaAs。23.项18的方法，其中所述质子传导膜包括基于陶瓷的膜或基于聚合物的膜。24.项18的方法，其中所述催化剂成分包括含贵金属、碱金属或硫属元素化物的组成物。25.项18的方法，其中所述催化剂成分包括氢化催化剂组成物、氢解催化剂组成物或还原催化剂组成物。26.项18的方法，其中所述含碳成分包括选自一氧化碳和二氧化碳的至少一种。27.项18的方法，其中所述烃成分包括选自醇、醛、烷烃、烯烃和炔烃的至少一种。28.项18的方法，其中足够波长的辐射包括阳光。附图说明本专利技术附有附图以有助于更好地理解本专利技术，其并入本说明书中并构成本说明书的一部分，例示了本专利技术的多种实施方式，并与下文的详述一起解释了本专利技术的原理。附图中：图1是本专利技术装置的一般示意图。专利技术详述本专利技术涉及将含碳成分和水转化为烃成分的方法，其通过首先提供光采集、电荷分离和输送成分、质子传导膜和催化剂成分。还在光采集、电荷分离和输送成分和所述催化剂成分之间提供导电连接。所述光采集、电荷分离和输送成分暴露于足够波长的辐射中，以产生分离的电子和空穴对。水与电子和空穴对接触，通过氧化产生氧气、质子和电子。从这一过程中排出氧气，同时通过导电连接从所述光采集、电荷本文档来自技高网...

【技术保护点】
使用太阳辐射将水和含碳成分转化为烃成分的装置，其包含：光采集、电荷分离和输送成分，其具有与水接触并暴露于辐射源的第一表面，以及与质子传导膜的第一表面接触的第二表面；质子传导膜，其具有与光采集、电荷分离和输送成分的第二表面接触的第一表面，以及与催化剂成分的第一表面接触的第二表面；催化剂成分，其具有与质子传导膜的第二表面接触的第一表面，以及与含碳成分源接触的第二表面；和所述光采集、电荷分离和输送成分和所述催化剂成分之间的导电连接。

【技术特征摘要】
2010.05.17 US 12/781,3781.使用太阳辐射将水和含碳成分转化为烃成分的装置，其包含：光采集、电荷分离和输送成分，其具有与水接触并暴露于辐射源的第一表面，以及与质子传导膜的第一表面接触的第二表面；质子传导膜，其具有与光采集、电荷分离和输送成分的第二表面接触的第一表面，以及与催化剂成分的第一表面接触的第二表面；催化剂成分，其具有与质子传导膜的第二表面接触的第一表面，以及与含碳成分源接触的第二表面；和所述光采集、电荷分离和输送成分和所述催化剂成分之间的导电连接。2.权利要求1的装置，其中所述光采集、电荷分离和输送成分包括基于半导体的组成物。3.权利要求1的装置，其中所述光采集、电荷分离和输送成分包括带隙为至少1.23V的材料。4.权利要求1的装置，其中所述光采集、电荷分离和输送成分包括在阳光照射下产生电子和空穴对的有机材料。5.权利要求4的装置，其中所述有机材料包括带隙为至少1.23V的有机材料。6.权利要求1的装置，其中所述质子传导膜包括基于陶瓷的膜或基于聚合物的膜。7.权利要求1的装置，其中所述质子传导膜包括含Nafion的膜或基于烃的膜。8.权利要求1的装置，其中所述催化剂成分包括组成物，该组成物选自含贵金属的组成物、含碱金属的组成物和含硫属元素化物的组成物。9.权利要求1的装置，其中所述催化剂成分包括选自以下的至少一种：Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ru、Rh、Pd、Ag、Re、Os、Ir、Pt、Au、Pb、S、Se和Te。10.权利要求1的装置，其中所述催化剂成分包括氢化催化剂组成物、氢解催化剂组成物或还原催化剂组成物。11.权利要求1的装置，其中所述含碳成分包括选自一氧化碳和二氧化碳的...

【专利技术属性】
技术研发人员：T赫，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP