[发明专利]由碳氢化合物制备醇的方法和装置

权利要求书

1.一种将甲烷转化为甲醇的方法，包括以下步骤：

-提供一种结构，所述结构包括：

具有背面和正面的多层阴极，所述阴极包括从所述背面到所述正面按以下顺序的以下层：导电金属层、宽带隙层、阴极导电层、可选的绝缘体层以及包含催化过渡金属中心的多孔支撑层；

与所述阴极正面相距一个距离并朝向所述阴极正面的阳极；

导电连接到所述阴极导电层的第一节点和导电连接到所述阳极的第二节点；

-向所述第一节点施加第一偏置电压，向所述第二节点施加第二偏置电压，以产生热电子；

-将所述热电子引向所述多孔支撑物；

-将包含甲烷的料流输送至所述多孔支撑物，以及

-从离开所述多孔支撑物的料流中回收甲醇。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述结构包括另外的电路，所述电路包括与所述背面导电金属层导电连接的节点，并且向所述节点施加负偏置电压，从而导致空穴的穿梭，其中所述负偏置电压由负端连接到所述背面导电金属层且正端连接到地电位或阳极的电压源提供。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述催化过渡金属中心中的金属为Fe、Cu或其混合物，并且其中所述中心中的过渡金属原子在操作期间通过氧原子成对桥接。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述导电金属层是铝层。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述宽带隙层是NiO_x层。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述阴极导电层是硅层或铝层。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述可选的绝缘体层是二氧化硅层或氧化铝层。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多孔支撑材料层是沸石层。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述多孔支撑材料层包括选自碳纳米管、石墨烯和富勒烯的至少一种材料。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中未反应的碳氢化合物从离开所述多孔支撑物的料流中回收，并再循环到输送至所述多孔支撑物的料流中。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述结构还包括至少一个与所述阴极导电连接的阴极端子和至少一个与所述阳极导电连接的阳极端子。

12.一种将甲烷转化为甲醇的装置，包括：

-具有背面和正面的多层阴极，所述阴极包括从所述背面到所述正面按以下顺序的以下层：导电金属层、宽带隙层、阴极导电层、可选的绝缘体层以及包含催化过渡金属中心的多孔支撑层；

-与所述阴极正面相距一个距离并朝向所述阴极正面的阳极；

-用于将包含碳氢化合物的料流输送至所述多孔支撑物的装置；

-用于从离开所述多孔支撑物的料流中回收产品的装置。

13.根据权利要求12所述的装置，还包括电路，所述电路包括至少一个与所述阴极导电层导电连接的阴极端子和至少一个与所述阳极导电连接的阳极端子。

14.根据权利要求13所述的装置，还包括另外的电路，所述另外的电路包括与所述导电金属层导电连接的节点。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的装置，其中所述催化过渡金属中心中的金属是Fe、Cu或其混合物，并且其中所述中心的过渡金属原子通过氧原子成对桥接。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的装置，其中所述导电金属层是铝层。