人工生產氫氣,最為眾所周知的方法莫過于電解水制�。但是這種傳統的方法并不經�,生產相當于一升汽油熱量的氫氣,至少需要消�45度電能,況且人類電能本來已經非常缺乏。生產清潔的氫能源,關鍵在于能夠尋找到一種沒有污染耗能少的方法,從含氫最豐富的資�——水中提取出氫分子��
在過去幾十年�,研究人員都在尋找一些獨特的催化�,利用太陽的能量將氫氣從水中提取出來。那些催化劑首先吸取太陽中的光子能量,然后利用這些能量加快水分子中氫原子和氧原子的裂解速度,而這兩種原子反過來組成水分子的速度仍然很慢,所以最終有氫氣和氧氣從水中冒出來。這樣的催化劑通常都是由一些無機物半導體材料制備而來�,譬如用在計算機芯片里面的硅元素。但是半導體催化劑的工作效率非常低,消耗的能量還是太多,根本不能進入真正的生產和生活領域�
現在,研究者們正在努力尋找一些能夠更有效地吸取太陽能量的催化劑,使它們在原子間傳送電子的能力更強�、速度更快。現�,這樣的催化劑已經找到,不過它已經不是半導體類的無機物�,而是一種超級生物大分子,或者說巨型分子復合�。這種巨型分子復合體主要由兩部分構�——分別稱為分子的兩種亞基,一部分負責從太陽光中吸收光子能�,另一部分負責獲取自由電子�
以這種超級分子復合體為核心,可以組成一種利用日光能量將氫原子從水中提取出來的特殊裝�。這種廉價高效的方�,可以獲得大量的氫氣用于驅動汽車、飛�、火車等,也可以用它們與空氣中的氧氣燃燒后生產清潔的水和能量,當然也可以用來制造燃料電池生產電��
可以神奇組合的巨型分�
早在數年以前,科學家們就�(fā)�,含有金屬元素釕的生物大分子對陽光的吸收效率非常高,并能夠產生足夠的能量將氧化態(tài)的氫元素還原成氫氣產�。這個具體的化學過程就是:這種含有釕的大分子每�“吃飽”了光子以后,可以產生兩個以上的電子,這些電子的能量將水分子裂解開�,就形成了單獨的氫分子和氧原子�
最近科學家們創(chuàng)造的這種巨型分子由銠、釕、氯、碳、氮、氫等六種元素組成。這個巨型分子形狀像一個長形的魔棒,它的兩頭是兩個含有金屬釕的亞�,用來捕捉太陽光子能量,產生自由電子;中心是含有金屬銠的亞基,用來將釕亞基傳來的能量(自由電子)裂解水分子間的化學鍵,從而分離出氫氣;當然還有一個很重要的部�,那就是在這兩個部位之間,有兩個把它們聯系起來的亞基,進行電子傳輸。這些亞基拆開以后可以獨自完成自己的功�,當和其它的亞基組合起來后又可以完成新的更復雜的任務,這就像一些通用機械零件,通過不同的組裝可以形成不同的機器,具有不同的功能,能完成不同的任��
為了完成對這種神奇大分子的設計、制備以及使這種分子利用光能收集電子進入實用階段,研究者們花費了整整十年的時間。現�,由于已經充分理解了這種巨型分子各部件的原理,要設計一套從水中抽取氫原子的系統不再是難事了。目�,研究者們仍然在繼續(xù)調整這個巨型分子的計方案,使它的生產效率更�,使用過程更�(wěn)��
這套巨型分子系統還可以通過安裝具有新的功能的亞�,增加新的功�,從被裂解水分子中獲取余下的部分——�。除了裂解水以外,科學家們還相信,利用太陽能和這種巨型分子的設計思想,一些經濟有效、功能多變的化學反應將出現在日常生活中,讓人們能自己制造他們想要的化學產品�
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專利�:
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03813338
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申請�:
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2003�4�10�
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公開/公告�:
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2005�8�24�
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授權公告�:
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申請�/專利權人:
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理查�·A·哈瑟
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國家/省市:
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美國(US)
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申請人地址:
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美國德克薩斯�
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郵編:
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�(fā)�/設計�:
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理查�·A·哈瑟
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代理�:
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孫皓�
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專利代理機構:
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北京科龍�(huán)宇專利事務所(11139)
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專利代理機構地址:
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北京市海淀區(qū)西土城路4號北京電影學院逸夫樓國際培訓中�214-216(100088)
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專利類型:
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�(fā)�
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公開�:
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1659372
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公告�:
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授權�:
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20
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公告�:
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0000000
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�(yōu)先權:
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美國2002�4�11�60/371,768美國2002�5�10�60/379,587美國2002�8�19�60/404,644美國2003�2�14�60/447,880
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審批歷史:
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附圖�:
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27
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頁數:
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35
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權利要求項數:
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13
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國際公布�:
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WO2003/087564
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國際公布�:
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2003�10�23�
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國際公布語言:
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�
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國際申請?zhí)?span lang="EN-US">:
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PCT/US2003/011250
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國際申請�:
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2003�4�10�
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進入國家階段�:
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2004�12�9�
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PCT:
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