[发明专利]一种崭新可以取代氢气能源能量形式及产生和应用机制在审
申请号: | 202011559648.4 | 申请日: | 2020-12-25 |
公开(公告)号: | CN113200516A | 公开(公告)日: | 2021-08-03 |
发明(设计)人: | 聂西凉;聂宇飞 | 申请(专利权)人: | 聂西凉 |
主分类号: | C01B3/04 | 分类号: | C01B3/04 |
代理公司: | 重庆宏知亿知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 50260 | 代理人: | 梁山丹 |
地址: | 美国加利*** | 国省代码: | 暂无信息 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 崭新 可以 取代 氢气 能源 能量 形式 产生 应用 机制 | ||
本发明公布了一种新的可以重复使用的可以取代氢气能源光半导体催化剂(金红石)自禀电子轨道动能。这种能量的特征是能量量级很低(小于2000eV,自然界中每天有很多这种能量损失发生所以对人体和环境无害),并且这种能量可以无穷尽的重复产生(正如卫星上天可以无卫星自带能量旋转所具有的轨道能一样)。因为此能量是隐藏在自然界矿物质中就象核能一样,但因为每次释放能量很低,所以安全易操作并且此能量可以无限循环释放,所以此能量可以满足各种需要。同时本发明也公布了可以将这种能量提炼出来方法和设备。本专利将开辟人类历史清洁可再生且便宜安全能源的新世纪。
技术领域
本发明专利涉及水氢能源领域,具体为一种崭新可以取代氢气能源能量形式及产生和应用机制。
背景技术
水氢能源是可能能源的未来。自从TiO2光催化剂在光照下具有分解水到氢气[1]的功能的发现,这带来了便宜水氢清洁可再生能源成为现实的希望。大量研究专注于不同能隙催化剂怎样将丰富的太阳能应用起来打开水中氢氧键获得氢气[2-4]。研究者发现催化剂的能隙从3.2eV到1.5eV都具有从水中产生氢气的功能。但有一个关键的问题从来没有研究者涉及过。太阳能是怎样被催化剂吸收来打断水中水分子的氢氧键?这种能量转换的机制是什么?水是一种已经被深入研究的物体,水中水分子的氢氧键键能是公认的大约4.8eV。问题就来了,即使我们知道了光催化剂吸收太阳能可用于打开氢氧键,最大能隙的3.2eV光催化剂既使完全将吸收的太阳能3.2eV转化成打开键能的能量也不足以提供4.8eV的打开氢氧键的键能能量的功能。更不谈1.5eV能隙的光催化剂(虽然实验证明[4]1.5eV能隙的CuFeO2催化剂在水中具有产生氢气的功能),是怎么样有能力打开水中水分子的氢氧键?)。本专利提出并发明了和回答了这个问题并根据我们的发明。我们提出了直接将光催化剂的内禀电子动能转化成热能而提供外界所需的能源的新概念,这样避免了用光催化剂作为中间介质而产生氢气的复杂新能源的产生、转化成能源和安全储存问题。这种新能源比起氢能源等新能源的优势是:可重复无限从自然矿物质中提炼,并且产生和能量转化过程简单,可以完全按需要设计输出,不需要储存过程。另外一个最唯一的优势是不需要外界自然能量,不受天气影响,可以24小时不停提供能源。使得本专利系统应用成本非常低和有效。可以应用到所有能源需求领域。具有旷世可市场化价值。
发明内容
一、光催化剂不光是传统化学意义上的加速促迸化学反应的中间物,还是一种可以放大所吸收的太阳能的能量载体。并且这种能量可以反复无限使用(就象没有动力的人造卫星可以在太空绕着地球永远绕行一样,这个能量就是原子核与轨道电子的轨道动能),而且光催化剂本身不会因为内部电子的跃迁而退化(太阳能板能够长期使用就证明了这点)。这是人类科学史上第一次认识到的一种可以被重复无限利用的对环境无影响的且可用于人类日常能源需求的自然内禀能量!以TiO2和CuFeO2为例。这个能量就是电子激发到导带上的3d轨道上所具有的电子轨道动能。按照原子物理的定义,n轨道电子轨道动能公式是:
En=-13.6(Z*/n)2(eV) (1)
Z*是有效核电荷数。有效核电荷数可用斯特莱法则近似计算:即对n层电子:(n+1)层及更外层电子的屏蔽常数为零,同层电子之间取0.35(但第一层电子之间取0.3);(n-1)层对n层电子的屏蔽常数是0.85;(n-2)层及更内层电子的屏蔽常数是1;有效核电荷数是原子核电荷数减去所有屏蔽电子数的总和。
对Ti轨道电子的分布是(1)2(2)8(3)10(4)2,括号内数字是电子轨道数,外面的数字是同一轨道的电子数。Ti 3d电子的轨道有效核电荷数是22-(2x1-8x0.85-9x0.35)=10.45。Ti 3d轨道电子动能=-13.6(10.45/3)2=-164.86eV。
对Fe轨道电子的分布是(1)2(2)8(3)14(4)2,Fe 3d电子的轨道有效核电荷数是26-(2x1-8x0.85-13x0.35)=13.05。Fe 3d轨道电子动能=-13.6(13.05/3)2=-257.35eV。
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