氢储存组合物及其产生方法

本公开涉及氢储存组合物及其产生方法。

氢是“清洁燃料”，因为它能与氧在耗氢的设备，如燃料电池或内燃机 (combustion engine)中反应以产生能量和水。实际上没有别的反应副产物在废 气(exhaust)中产生。结果，氢作为燃料的应用有效地解决了与应用基于石油 的燃料有关的许多环境问题。然而，安全而有效的储存氢气是许多能利用氢 的应用所必需的。尤其是将氢储存系统的体积和重量最小化在移动式应用中 是重要因素。

目前采用几种储存氢的方法，但这些方法对于普遍的汽车消费(mobile consumer)应用而言是不足或不实用的。例如，氢能以液体形式在非常低的温 度储存。然而，在氢气液化过程中消耗的能量是所得的氢中可用能量的大约 40％。此外，以液氢填充的标准罐将在大约一周通过蒸发而变空；因此休眠 (dormancy)也是一个问题。这些因素使液氢对于大多数消费应用而言是不实用 的。

替换方案是在高压下在钢瓶(cylinder)中储存氢。然而，100磅钢瓶只能储 存大约1磅的在大约2200psi的氢，其相当于1重量％的氢储存。更昂贵的 具有专用压缩机的复合材料(composite)钢瓶能在大约4,500psi的更高压力储 存氢气以达到更有利的大约4％重量的储存比例。虽然甚至更高的压力是可能 的，但是在实现这样的高压时安全因素和大量的能量消耗迫使寻找替代的既 安全又高效的氢储存技术。

出于上述的考虑，需要更安全、更高效的方法来储存和回收氢。此外， 要求使整个系统的体积和重量最小化。

发明内容

在一个实施方案中，制备组合文库(combinational library)的方法，其包括 在含有硅、石墨、硼、硼、碳化硼、氮化硼、铝、锗、氮化硅、碳化硅或硼 化硅的基质上布置含有轻金属的反应物；将所述基质热处理以产生具有至少 两相的扩散多元物；将所述的扩散多元物(diffusion multiple)与氢接触；检测 氢的任何吸收；和/或检测氢的任何解吸。

在另一个实施方案中，回收氢的方法，包括：

将至少一种选自AlSi、Ca2Si、CaSi、CaSi2、KSi、K4Si23、Li22Si5、Li13Si4、 Li7Si3、Li12Si7、Mg2Si、NaSi、NaSi2、Na4Si23、AlB2、AlB12、B6Ca、B6K、 B12Li、B6Li、B4Li、B3Li、B2Li、BLi、B6Li7、BLi3、MgB2、MgB4、MgB7、 NaB6、NaB15、NaB16、AlLi、Al2Li3、Al4Li9、Al3Mg2、Al12Mg17、AlB12、Ge4K、 GeK、GeK3、GeLi3、Ge5Li22、Mg2Ge、Ge4Na、GeNa、GeNa3、掺铝的Ge4K、 掺铝的GeK、掺铝的GeK3、掺铝的GeLi3、掺铝的Ge5Li22、掺铝的Mg2Ge、 掺铝的Ge4Na、掺铝的GeNa、掺铝的GeNa3、Al4C3、Na4C3、Li4C3、K4C3、 LiC、LiC6、Mg2C3、MgC2、AlTi2C、AlTi3C、AlZrC2、Al3Zr5C、Al3Zr2C4、 Al3Zr2C7、KC4、NaC4或包含至少一种上述化合物的组合的化合物在氢中接触 以形成氢化的化合物；和加热所述氢化的化合物以回收氢。

在又一个实施方案中，再生氢的方法，其包括：

将化合物与氢接触以形成氢化的化合物；其中所述的化合物具有式(I)至 (V)中的至少一种

(Lia，Nab，Kc，Ald，Mge，Caf)x(B，C，N，Si)y     (I)

(Lia，Nab，Mgc，Kd，Cae，Gef)x(Al)y             (II)

(Lia，Nab，Mgc，Kd，Cae，Alf)x(Ge)y             (III)

(Lia，Nab，Kc，Ald，Mge，Caf)x(B，C，N)y         (IV)

(Lia，Nab，Kc，Ald，Mge，Caf)x(B，N，C)y         (V)

其中，Li是锂，Na是钠，Mg是镁，K是钾，Ca是钙，Al是铝，Ge是 锗，B是硼，C是碳和N是氮，Si是硅；a、b、c、d、e和f可以相同或不同 并具有0到1的值；而且x和y具有大约1到大约22的值；和加热所述氢化 的化合物以回收氢。

在第四个实施方案中，扩散多元物的化合物具有式(I)至(V)中的至少一种

(Lia，Nab，Kc，Ald，Mge，Caf)x(B，C，N，Si)y     (I)

(Lia，Nab，Mgc，Kd，Cae，Gef)x(Al)y             (II)

(Lia，Nab，Mgc，Kd，Cac，Alf)x(Ge)y             (III)

(Lia，Nab，Kc，Ald，Mge，Caf)x(B，C，N)y         (IV)

(Lia，Nab，Kc，Ald，Mge，Caf)x(B，N，C)y         (V)

其中，Li是锂，Na是钠，Mg是镁，K是钾，Ca是钙，Al是铝，B是硼， C是碳和N是氮，Si是硅；a、b、c、d、e和f可以相同或不同并具有0到1 的值；而且x和y具有大约1到大约22的值。

在第五个实施方案中，组合物包含化合物的氢化物，其中所述的化合物 是AlSi、Ca2Si、CaSi、、KSi、K4Si23、Li22Si5、Li13Si4、Li7Si3、Li12Si7、 Mg2Si、NaSi、NaSi2、Na4Si23、AlB2、AlB12、B6Ca、B6K、B12Li、B6Li、B4Li、 B3Li、B2Li、BLi、B6Li7、BLi3、MgB2、MgB4、MgB7、NaB6、NaB15、NaB16、 AlLi、Al2Li3、Al4Li9、Al3Mg2、Al12Mg17、AlB12、Ge4K、GeK、GeK3、GeLi3、 Ge5Li22、Mg2Ge、Ge4Na、GeNa、GeNa3、掺铝的Ge4K、掺铝的GeK、掺铝 的GeK3、掺铝的GeLi3、掺铝的Ge5Li22、掺铝的Mg2Ge、掺铝的Ge4Na、掺 铝的GeNa、掺铝的GeNa3、Al4C3、Na4C3、Li4C3、K4C3、LiC、LiC6、Mg2C3、 MgC2、AlTi2C、AlTi3C、AlZrC2、Al3Zr5C、Al3Zr2C4、Al3Zr2C7、KC4、NaC4或包含至少一种上述化合物的组合。

在第六个实施方案中，氢储存组合物包含布置在储存组合物上的催化剂 组合物；其中所述的催化剂组合物基本上由钙、钡、钛、铬、锰、铁、钴、 铜、硅、锗、铑、铑、钌、钼、铌、锆、钇、钡、镧、铪、钨、铼、锇或铱 组成。

在第七个实施方案中，氢储存组合物包含布置在储存组合物上的催化剂 组合物；其中所述的催化剂组合物包含钙、铂、钡、钯、镍、钡、钛、铬、 锰、铁、钴、铜、硅、锗、铑、铑、钌、钼、铌、锆、钇、钡、镧、铪、钨、 铼、锇、铱或包含至少一种上述金属组合的合金。

在第八个实施方案中，储存氢的方法包括将氢储存组合物浸没于含氢的 气体混合物中，所述的氢储存组合物包含布置在储存组合物上的催化剂组合 物，其中所述的催化剂组合物包含钙、铂、钯、镍、钡、钛、铬、锰、铁、 钴、铜、硅、锗、铑、铑、钌、钼、铌、锆、钇、钡、镧、铪、钨、铼、锇 或铱的合金；将氢离解为原子氢；并将原子氢储存于所述的储存组合物中。

在第九个实施方案中，产生氢的方法包括加热氢储存组合物，所述组合 物包含布置在储存组合物上的催化剂组合物，其中所述的催化剂组合物基本 上由钙、钡、钛、铬、锰、铁、钴、铜、硅、锗、铑、铑、钌、钼、铌、锆、 钇、钡、镧、铪、钨、铼、锇或铱组成；或其中所述的催化剂组合物包含钙、 铂、钯、镍、钡、钛、铬、锰、铁、钴、铜、硅、锗、铑、铑、钌、钼、铌、 锆、钇、钡、镧、铪、钨、铼、锇或铱的合金。

在第十个实施方案中，储存并回收氢的方法包括将氢储存组合物与含有 第一种浓度的氢的第一种气体混合物接触；将氢离解为原子氢；将原子氢储 存于所述的储存组合物中；将氢储存组合物与含有第二种浓度的氢的第二种 气体混合物接触；和将氢储存加热到有效促进氢从所述氢储存组合物中解吸 的温度。

在第十一个实施方案中，储存并回收氢的系统包括与氢化物循环反应器 流体相通的氢产生反应器，其中所述的氢产生反应器应用轻金属硅化物、硼 硅化物、碳硅化物、氮硅化物(nitrosilicides)、铝化物、锗化物、硼化物、硼 碳化物、硼氮化物或碳化物的氢化物来回收氢。

本文中也公开了储存氢的方法，其包括将氢储存组合物与含氢的气体混 合物接触；和用射频辐射或微波辐射以有效促进将氢吸收、吸附和/或化学吸 附到所述的氢储存组合物中的量辐照所述的氢储存组合物。

本文中也公开了储存并回收氢的方法，其包括将氢储存组合物与含有第 一种浓度的氢的第一种气体混合物接触；用具有第一种频率的射频辐射或微 波辐射以有效促进将氢吸收、吸附和/或化学吸附到所述的氢储存组合物中的 量辐照所述的氢储存组合物；将氢储存组合物与含有第二种浓度的氢的第二 种气体混合物接触；和用具有第二种频率的射频辐射或微波辐射以有效促进 氢从所述的氢储存组合物中解吸的量辐照所述的氢储存组合物。

本文中也公开了储存并回收氢的系统，其包括：氢产生反应器，其中所 述的氢产生反应器应用射频辐射和/或微波频率辐射(microwave frequency radiation)以回收氢。

附图说明

图1是示意图，其显示硅基质中的扩散多元物组件(assembly)的排列；

图2是示意图，其显示铝基质中的扩散多元物的排列；

图3是示意图，其显示(a)镁和铝的二元的偶联物(binary couple)的形成 和(b)镁、锂和铝的三元的扩散三联物(ternary diffusion triple)的形成；

图4是示意图，其显示包含硼基质的扩散多元物组件的排列；

图5是示意图，其显示石墨基质中的扩散多元物组件的排列；

图6是示意图，其显示为了分析的目的怎样将所述的扩散多元物组件切 片；硅基质显示在本图中；

图7是元素周期表，其显示以高粘附几率化学吸附氢的那些金属(+)和那 些不吸附的金属(-)；

图8是示意图，其显示从氢储存组合物吸收和解吸(回收)氢的系统；和

图9是另一个示意图，其显示从氢储存组合物中吸收和解吸(回收)氢的系 统。

发明详述

本文中公开了获得组合文库以测定硅化物、硼硅化物、碳硅化物、氮硅 化物、铝化物、锗化物(含锗化合物)、硼化物、硼碳化物、硼氮化物或碳化物 的方法，可有利地用于氢的储存。本文中也公开了制备硅化物、硼硅化物、 碳硅化物、氮硅化物、铝化物、锗化物、硼化物、硼碳化物、硼氮化物或碳 化物的方法，其能随后被氢化以有效地储存氢。本文中也公开了包含硅化物、 硼硅化物、碳硅化物、氮硅化物、铝化物、锗化物、硼化物、硼碳化物、硼 氮化物或碳化物的氢储存组合物，其能储存氢用于在燃料电池的汽车、家庭 和公寓、制造工业等的应用中产生能量。在一个实施方案中，这些氢储存组 合物可包含催化剂组合物，如果需要所述的催化剂组合物能离解氢。

在氢储存组合物含有催化剂组合物的那些情况下，所述的催化剂组合物 通常布置在所述的储存组合物上。所述的催化剂能够将分子氢离解为原子氢 或离子氢，而且所述的储存组合物储存所述的原子氢。本文中也公开了储存 氢的方法，其包括将所述的氢储存组合物浸没于氢气，将氢离解为原子氢， 然后将原子氢储存于所述的储存组合物中。

本文中也公开了储存氢的方法，其包括在辐射波频率(射频)和微波频率区 域中应用电磁辐射。该方法可有利地用于促进在氢储存组合物，诸如碳、铝 化物、碳化物、硅化物、氮化物、硼化物、氧化物、氮氧化物、氢氧化物、 硅酸盐、铝硅酸盐等或包含至少一种上述物质的组合中储存氢。电磁能的应 用也可有利地增加在氢储存组合物中储存的氢的量。所述的氢储存组合物可 用于在如燃料电池、燃气轮机等能量产生设备中回收氢。

然后储存的氢可以用于在如燃料电池、燃气轮机等能量产生设备中回收 氢。此氢储存和回收氢的方法也可有利地应用于陆上移动车辆(land mobile)， 诸如汽车、火车等；水运工具(water craft)，诸如驳船(barge)、轮船(ship)、潜 艇等；或空运工具或宇宙飞船，诸如飞机、火箭、太空站等。

用于获得组合文库以确定可用于有利地储存氢的硅化物、硼硅化物、碳 硅化物、氮硅化物、铝化物、锗化物、硼化物、硼碳化物、硼氮化物或碳化 物的方法，允许同时地大规模检测多种材料。此高效的方法促进了在整块(bulk) 样品中产生大量的受控的成分变化，用于所述硅化物、硼硅化物、碳硅化物、 氮硅化物、铝化物、锗化物、硼化物、硼碳化物、硼氮化物或碳化物的整体 性质的快速而系统的测定。这些组合文库当与微量分析技术，诸如电子微探 针分析、电子反向散射衍射分析等一起应用时，可另外用于有效测定相平衡、 系数、沉淀动力学、性质和组合物-相-性质关系，用于加速设计多组分的合金 和系统。

从中能获得氢的复合氢化物通常由H-M复合物组成，其中M是金属而H是氢。所述的氢化物可具有离子键、共价键、金属键或包含至少一种上述类 型键的组合的键。这些氢化物具有大于或等于大约1的氢与金属的比例。金 属和氢之间形成氢化物的反应通常是可逆的反应，并按照下式发生：

M+(x/2)H2�MHx

复合氢化物能储存多至大约18％重量百分比(wt％)的氢，并具有高体积储 存密度(volumetric storage density)。氢化物的体积储存密度大于液氢或固体 氢，这使得所述的氢化物在能量储存应用中非常有用。吸收、吸附或化学吸 附(在下文中，为了简单起见，称为吸收)氢的过程导致氢的储存，而解吸的过 程导致氢的释放。

在代表性的实施方案中，包含轻金属硅化物、硼硅化物、碳硅化物、氮 硅化物、铝化物、锗化物、硼化物、硼碳化物、硼氮化物或碳化物的组合物 能形成氢化物，其可以在小于或等于大约300℃的相对低的温度可逆地分解 以释放氢。所述的轻金属为碱金属和/或碱土金属。合适的轻金属的实例为锂、 钠、镁、钾、铝、钙和锗。所述的硅化物、硼硅化物、碳硅化物和氮硅化物 具有式(I)

(Lia，Nab，Kc，Ald，Mge，Caf)x(B，C，N，Si)y    (I)

其中，Li是锂，Na是钠，Mg是镁，K是钾，Ca是钙，Al是铝，B是硼， C是碳，N是氮，Si是硅；a、b、c、d、e和f可以相同或不同并具有0到1 的值；而且x和y具有大约1到大约22的值。a、b、c、d、e和f的和可等 于1。

所述的轻金属铝化物具有式(II)，而所述的轻金属锗化物具有式(III)

(Lia，Nab，Mgc，Kd，Cae，Gef)x(Al)y          (II)

(Lia，Nab，Mgc，Kd，Cae，Alf)x(Ge)y          (III)

其中，Li是锂，Na是钠，Mg是镁，K是钾，Ca是钙，Ge是锗、Al是 铝；a、b、c、d、e和f可以相同或不同并具有0到1的值；而且x和y具有 大约1到大约22的值。a、b、c、d、e和f的和可等于1。

所述的硼化物、硼碳化物和硼氮化物具有式(IV)

(Lia，Nab，Mgc，Kd，Cae，Alf，)x(B，C，N)y    (IV)

其中，Li是锂，Na是钠，Mg是镁，K是钾，Ca是钙，Al是铝，B是硼， C是碳，N是氮；a、b、c、d、e和f可以相同或不同并具有0到1的值；而 且x和y具有大约1到大约22的值。a、b、c、d、e和f的和等于1。

所述的碳化物具有式(V)

(Lia，Nab，Kc，Ald，Mge，Caf)x(B，N，C)y    (V)

其中，Li是锂，Na是钠，Mg是镁，K是钾，Ca是钙，Al是铝，B是硼， C是碳，Si是硅；a、b、c、d、e和f可以相同或不同并具有0到1的值；而 且x和y具有大约1到大约22的值。a、b、c、d、e和f的和等于1。

在一个实施方案中，获得组合文库用于测定硅化物、硼硅化物、碳硅化 物、氮硅化物、铝化物、锗化物、硼化物、硼碳化物、硼氮化物或碳化物的 氢储存能力的方法是通过应用扩散多元物。扩散多元物是化合物，其为当互 扩散反应的第一种反应物和第二种反应物被相互接近的放置并被加热到有效 允许互扩散发生的温度时，两种反应物之间形成的产品。有效允许互扩散的 温度是能克服扩散的活化能并在可控制的时间内达到至少所述反应物互扩散 的程度的温度。这样的温度通常为大约200℃至大约2000℃，取决于所述的 反应物。

扩散多元物通常通过以下来制造或制备：将反应物放置在基质中以形成 扩散多元物组件；任选地将所述的扩散多元物组件进行热等静压(hot isostatic pressing)；热处理所述的扩散多元物组件以促进所述反应物彼此的互扩散和/ 或反应物与基质之间的互扩散；任选地切割、抛光和研磨所述的扩散多元物； 鉴定存在于所述扩散多元物中的各相的元素组成；和通过将所述的扩散多元 物与富含氢的气体混合物接触用氢装载所述的扩散多元物并测定吸收氢的 相。

图1显示了包含轻金属硅化物的扩散多元物组件的代表性的实施方案。 在图1中，所述的轻元素被放置于在硅基质中钻的孔中。能够采用的其他基 质为硼化硅(SiB4)、碳化硅(SiC)或氮化硅(Si3N4)基质。所述的孔通常在整块厚 度的一半终止。一些孔是彼此相互间隔的，因而在所述热处理的过程中，只 有一种反应物与基质材料反应以形成二元的偶联物和二元的固溶体(solid solution)。当所述的基质包含硼化硅、碳化硅或氮化硅时，可形成三元的三联 物。

在制备三元的三联物的另一种方式中，孔彼此成对地紧密相邻(close proximity)而间隔，如图1中所示。这种排列，即其中所述的孔成对地紧密相 邻，可用于通过将所述的扩散多元物组件经过热处理来产生三元的扩散三联 物(也称为三元化合物和/或三元固溶体)。所述的反应物通常以松散形式放置 于所述的孔中，即它们不需要为紧密配合(tight fit)。

如下的硅化物可以从图1所示的扩散多元物组件中获得并用于氢潜力 (hydrogen potential)的测定：AlSi、Ca2Si、CaSi、CaSi2、KSi、K4Si23、Li22Si5、 Li13Si4、Li7Si3、Li12Si7、Mg2Si、NaSi、NaSi2、Na4Si23等或包含至少一种上述 硅化物的组合。通常三元硅化物，和特别是包含上述硅化物的三元硅化物对 于氢化和对于产生氢而言是有用的。此外锂、镁、钙、钠、钾和铝的硼硅化 物、碳硅化物和氮硅化物也可用于氢化和产生氢。

所述的硅化物、硼硅化物、碳硅化物和氮硅化物通常具有钾、锂、镁或 钠中的至少一种。所述钾、锂、镁和钠的存在促进了对于氢的亲和性。另一 方面硅对于氢具有低亲和性而且这个特点被钾、锂、镁和/或钠显示的氢的亲 和性所弥补(offset)。不限于理论，认为所述扩散多元物的那些对氢具有高亲 和性的元素通常促进了氢的吸收，而那些对氢具有低亲和性的元素，如硅通 常促进了解吸。

图2显示了包含轻金属铝化物的扩散多元物组件的代表性的实施方案。 在图2中，所述的扩散多元物通过在铝基质中钻孔来制备。如下的铝化物和 锗化物可以从图2所示的扩散多元物组件中获得并用于测定氢潜力：AlLi、 Al2Li3、Al4Li9、Al3Mg2、Al12Mg17、Ge4K、GeK、GeK3、GeLi3、Ge5Li22、 Mg2Ge、Ge4Na、GeNa、GeNa3等或包含至少一种上述铝化物和锗化物的组合。 如果需要，上述的锗化物也可以掺入铝。

当铝用作所述基质时，可以形成三元三联物。所述的三元三联物包含掺 铝的锂和镁、掺铝的锂和锗、掺铝的钠和锗、掺铝的镁和锗以及掺铝的锗和 钾。所述的铝化物和锗化物通常具有钾、锂、镁或钠中至少一种。所述钾、 锂、镁和钠的存在促进了对于氢的亲和性。另一方面铝和锗对于氢具有低亲 和性而且这个特点被钾、锂、镁和/或钠显示的氢的亲和性所弥补。不限于理 论，认为所述扩散多元物的那些对氢具有高亲和性的元素通常促进了氢的吸 收，而那些对氢具有低亲和性的元素，如铝和锗通常促进了解吸。

在图3中，所述的扩散多元物通过在硼基质中钻孔来制备。如下的硼化 物可以从图3所示的扩散多元物组件中获得并用于测定氢潜力：AlB2、AlB12、 B6Ca、B6K、B12Li、B6Li、B4Li、B3Li、B2Li、BLi、B6Li7、BLi3、MgB2、 MgB4、MgB7、NaB6、NaB15、NaB16或包含至少一种上述硼化物的组合等。 通常三元硼化物，和特别是包含上述硼化物的三元硼化物对于氢化和对于产 生氢而言是有用的。此外锂、镁、钙、钠、钾和铝的硼碳化物和硼氮化物也 可用于氢化和产生氢。所述反应物的三元扩散三联物也可以通过钻彼此紧密 接近的孔来制备，如图3中所见。所述的三元三联物包含镁和铝与硼、钠和 铝与硼、的镁和钾与硼、锂和铝与硼、钠和镁与硼、钠和钾与硼、锂和钠与 硼、锂和镁与硼、锂和钾与硼以及钠和铝与硼。

所述的硼化物、硼碳化物和硼氮化物通常具有钾、锂、镁、钙或钠中至 少一种。所述钾、锂、镁、钙和钠的存在促进了对于氢的亲和性。另一方面 硼对于氢具有低亲和性而且这个特点被钙、钾、锂、镁和/或钠显示的氢的亲 和性所弥补。

在图4中，所述的扩散多元物通过在石墨基质中钻孔来制备。如下的碳 化物可以从图4所示的扩散多元物组件中获得并用于测定氢潜力：Al4C3、 Na4C3、Li4C3、K4C3、LiC、LiC6、Mg2C3、MgC2、AlTi2C、AlTi3C、AlZrC2、 Al3Zr5C、Al3Zr2C4、Al3Zr2C7、KC4、NaC4等或包含至少一种上述碳化物的组 合。通常三元碳化物，和特别是包含上述碳化物的三元碳化物对于氢化和对 于产生氢而言是有用的。此外锂、镁、钙、钠、钾和铝的硼碳化物和氮碳化 物也可用于氢化和产生氢。

所述钾、锂、镁和钠的存在促进了对于氢的亲和性。另一方面碳对于氢 具有低亲和性而且这个特点被钾、锂、镁和/或钠显示的氢的亲和性所弥补。 不限于理论，认为所述扩散多元物的那些对氢具有高亲和性的元素通常促进 了氢的吸收，而那些对氢具有低亲和性的元素，如碳通常促进了解吸。

当所述的基质由单一元素制造时，在该基质中钻孔的数目通常等于所需 的扩散多元物的最小值。因此例如，如果在由诸如硅、铝、硼等单一元素制 成的基质中需要二元扩散偶联物，就在所述基质中钻一个孔，而如果需要三 元扩散三联物，就在所述基质中彼此紧密接近地钻两个孔。如前所述，另一 种制备三元三联物的方法包括在基质中钻一个孔，其中所述的基质由合金制 成。所述的孔直径大约1毫米至大约10毫米。代表性的直径为大约5毫米。 所述基质的厚度直径通常为大约5毫米至大约25毫米。代表性的基质厚度为 大约25毫米。

对于那些成对钻孔的孔，所述基质中孔之间的距离“d”保持得越近越好。 所述的距离d通常为大约0.1微米至大约2000微米。此范围内，通常需要应 用小于或等于大约400微米的距离。在一个实施方案中，需要应用小于或等 于大约200微米的距离，而在另一个实施方案中，需要应用小于或等于大约 100微米的距离。

在代表性的实施方案中，在进程(proceeding)的一种方式中，扩散多元物 组件包含如图1所示的硅基质。所述的硅基质用于由碱金属和/或碱土金属制 备组合文库。换句话说，所述的碱金属和/或碱土金属放置在所述基质中的孔 中以形成所述的扩散多元物。所述的基质具有2.0英寸的直径而且将含有所 述反应物的孔钻至0.5英寸的深度。选择用于在所述基质的孔中放置的反应 物为钾、锂、钠、镁、铝和钙。如可从图1中看出，将所述的反应物钠、钾、 锂和铝放置在所述基质内单独的孔中。这些可用于制备所述反应物与硅的二 元扩散偶联物。

反应物的三元扩散三联物也可以通过钻彼此紧密接近的孔来制备，如可 在图1中看出。所述的三元三联物包含锂和钠与硅、锂和钾与硅、钠和钾与 硅、锂和铝与硅以及钠和铝与硅。

将所述的轻金属放置入所述基质的孔中的操作在控制良好的环境，如填 充纯氩的手套箱(glove box)中进行，以防止所述轻-元素氧化。每个孔中轻-元 素的量通常少于该孔体积的四分之一，这样在互扩散/热处理步骤之后没有纯 的轻元素留下。然后将所述的硅基质与所述孔中的轻-元素转移到熔炉或反应 器。所述的熔炉或反应器或为真空，或为保护性环境(protective environment)， 如氩。然后将所述的基质加热到高温以允许所述孔和硅基质内的元素之间发 生显著的互扩散。

将所述的硅基质连同放置在所述孔内的轻金属在大约580℃至大约900 ℃的温度热处理，以允许熔化所述的反应物或它们的低共熔化合物。所述的 热处理通常在常规的熔炉中进行。形成所述扩散偶联物的热处理，如果需要 也可包括应用辐射加热和/或传导加热。熔解的反应物与所述的硅基质扩散并 反应以形成硅化物、掺杂相(doped phase)和固溶体组合物。

当碳化硅用作基质时，所述热处理通常在大约580℃至大约1,250℃的温 度进行，因而扩散多元物的形成在合理时间内得到促进。热处理的代表性的 温度为600℃。

当氮化硅用作基质时，所述热处理通常在大约600℃至大约1,250℃的温 度进行，因而扩散多元物的形成在合理时间内得到促进。热处理的代表性的 温度为600℃。

当硼化硅用作基质时，所述热处理通常在大约580℃至大约1,250℃的温 度进行，因而扩散多元物的形成在合理时间内得到促进。热处理的代表性的 温度为600℃。

当铝或锗用作基质时，通常在大约400℃至大约600℃的温度对基质进行 热处理，以允许熔化所述的反应物或它们的低共熔组合物。熔解的反应物与 所述的铝基质扩散并反应以形成铝化物、锗化物、掺杂相和固溶体组合物。 热处理的代表性的温度为450℃。

所述的硼基质在大约660℃至大约1000℃的温度热处理以允许熔化所述 的反应物或它们的低共熔组合物。当碳化硼用作基质时，所述热处理通常在 大约660℃至大约1,250℃的温度进行，因而扩散多元物的形成在合理时间内 得到促进。热处理的代表性的温度为700℃。

当氮化硼用作基质时，所述热处理通常在大约660℃至大约1,250℃的温 度进行，因而扩散多元物的形成在合理时间内得到促进。热处理的代表性的 温度为700℃。

在一个实施方案中，在制造包含硼碳化物的扩散多元物的一种方法中， 将硼基质与所需的反应物在碳质气氛(carbonaceous atmosphere)中进行热处 理。所述的扩散多元物通常为含有硼碳化物的三元三联物。用于制备所述硼 碳化物的热处理温度为大约660℃至大约2000℃。

包含石墨基质的扩散多元物组件在大约500℃至大约1000℃热处理，以 允许熔化反应物或它们的低共熔混合物。热处理的代表性的温度为670℃。

当碳化硼用作基质时，所述热处理通常在大约500℃至大约1000℃的温 度进行，因而扩散多元物的形成在合理时间内得到促进。热处理的代表性的 温度为670℃。在一个实施方案中，所述的扩散多元物组件在氮保护气氛 (nitrogen atmosphere)中热处理以形成包含碳氮化物的扩散多元物(二元偶联物 和三元三联物)。氮中的热处理通常在大约550℃至大约1000℃的温度进行。 代表性的温度为大约670℃。

所述扩散多元物组件热处理的合理时间为大约5小时至大约100小时。 在一个实施方案中，需要将所述的扩散多元物热处理大约10小时至大约75 小时。在另一个实施方案中，需要将所述的扩散多元物热处理大约15小时至 大约50小时。在又一个实施方案中，需要将所述的扩散多元物热处理大约 17小时至大约40小时。热处理的代表性的时间为大约24小时。

举例说明形成扩散偶联物或三联物的实施方案在图5中描绘。图5(a)显 示在铝基质中形成扩散偶联物。在图5(a)中，镁用作反应物以产生二元扩散 偶联物。将整块(block)加热到450℃、进行24小时以允许在所述的铝基质和 镁反应物之间发生互扩散。虽然镁的熔点为大约650℃，但镁与铝的相互作 用产生熔点为437℃的低共熔组合物。熔解的元素相互扩散和反应以形成各 种组成的铝化物，如通过图5举例说明。在该图中，可以看出远离铝基质中 原始孔(original hole)的边界形成的铝化物，与镁的比例相比具有更大比例的 铝。以相似的方式，图5(b)显示在铝基质中形成扩散三联物，包含应用镁和 锂作为反应物。将整块加热到450℃、进行24小时。在所述的锂或所述的镁 与铝的界面上形成许多不同的二元铝化物。在锂与铝的界面上形成的这些铝 化物的实例为AlLi、Al2Li3或Al4Li9，而在镁与铝的界面上形成的这些铝化物 的实例为Al3Mg2和Al12Mg17。许多不同的含有铝、锂和镁的三元组合物在铝、 镁和锂之间的界面上形成。

热处理以形成所述扩散多元物之后，在扩散多元物组件上可进行切片操 作。所述的切片步骤设计为在扩散多元物组件的不同位置暴露不同的化合物/ 固溶体，如图6所示。该切片操作通常应用机械切削，采用锯(saw)或导线放 电电-加工(wire discharge electro-machining)(EDM)来进行。切片之后，如果需 要，各片可任选地进行研磨和抛光。任选的研磨和抛光操作之后，将所述的 样品在检测所述轻金属硅化物、硼硅化物、碳硅化物、氮硅化物、铝化物、 锗化物、硼化物、硼碳化物、硼氮化物或碳化物的氢化能力之前经过电子微 探针分析、电子反向散射衍射(EBSD)分析以鉴定所述的相和化合物。本文中 定义的鉴定所述的相或化合物意思是定位和/或分析所述的相或所述的化合 物。

轻金属硅化物、硼硅化物、碳硅化物、氮硅化物、铝化物、锗化物、硼 化物、硼碳化物、硼氮化物或碳化物的电子微探针和EBSD分析之后，得到 的扩散多元物可通过暴露于氢或通过氢化被转化为氢化物。

通常能检测包含轻金属硅化物、硼硅化物、碳硅化物、氮硅化物、铝化 物、锗化物、硼化物、硼碳化物、硼氮化物或碳化物的扩散多元物的吸收和 解吸氢的能力。在制备扩散多元物的过程中形成的组合物梯度能作为组合文 库以测定哪种具体的组合物能吸收和解吸氢。

轻金属扩散多元物可逆地吸收和解吸氢的能力可通过各种分析方法进行 检测。通常将氢吸收到所述硅化物、硼硅化物、碳硅化物、氮硅化物、铝化 物、锗化物、硼化物、硼碳化物、硼氮化物或碳化物的过程导致由于晶体结 构变化和/或体积膨胀引起的外观变化。此外，将氢吸收入所述的硅化物、硼 硅化物、碳硅化物、氮硅化物、铝化物、锗化物、硼化物、硼碳化物、硼氮 化物或碳化物通常伴随放热(exotherm)，而氢的解吸通常伴随热的施加。能用 于测量扩散多元物中的变化的分析方法为飞行时间次级离子质谱法(time of flight secondary mass ion spectrometry)(ToF-SIMS)、氧化钨(WO3)涂层和温度 记录法(thermography)。此外，因为经受氢化的相(即氢化物)通常变成粉碎的， 所以在氢化后能通过观察所述的扩散多元物筛选硅化物、硼硅化物、碳硅化 物、氮硅化物、铝化物、锗化物、硼化物、硼碳化物、硼氮化物或碳化物。

所述的ToF-SIMS具有检测吸收和解吸所有元素，包括氢的能力，这使 得该方法对于测定能容易地用于储存氢的轻金属扩散多元物中存在的那些组 合物而言是有用的。此方法能在大约-100℃至大约600℃的温度操作，对氢具 有高敏感性并因此是研究由所述扩散多元物产生的组合文库的有用工具。因 此所述的ToF-SIMS能有效地用于图示吸收温度和所述氢化过程中的反应条 件。

当氧化钨(WO3)与氢反应时，它通常改变颜色。为了用氧化钨作为在所述 扩散多元物的各种组合物中氢摄取的探测器，在氢化反应后将所述的扩散多 元物以WO3涂覆。当将所述的扩散多元物加热以释放氢时，随着氢从所述扩 散多元物中解吸，WO3改变颜色。

温度记录法或热成像(thermal imaging)(红外成像)也可以用于测定氢的吸 收和解吸。当所述扩散多元物中的相吸收氢时，局部温度上升，而当该相解 吸氢时，局部温度降低。因此温度记录法能用于反映吸收或解吸氢的化合物。

在一个实施方案中，上述公开的扩散多元物，诸如所述的轻金属硅化物、 硼硅化物、碳硅化物、氮硅化物、铝化物、锗化物、硼化物、硼碳化物、硼 氮化物或碳化物能用催化剂组合物涂覆并用作氢系统(hydrogen system)。所述 的扩散多元物作为储存组合物，其上布置所述的催化剂组合物。所述的催化 剂组合物通常包含能以更高的粘附几率化学吸附氢的金属。图7显示周期表， 其反映了显示明显的氢粘附几率的元素。在此表中，所有具有高粘附几率的 物质以加号(+)显示。这些金属合适的实例为钙、钡、钛、铬、锰、铁、钴、 镍、铜、硅、锗、铑、钯、铑、钌、钼、铌、锆、钇、钡、镧、铪、钨、铼、 锇、铱、铂或包含至少一种上述金属的组合。在一个实施方案中，所述的催 化剂组合物基本上由钙、钡、钛、铬、锰、铁、钴、铜、硅、锗、铑、铑、 钌、钼、铌、锆、钇、钡、镧、铪、钨、铼、锇或铱组成。在另一个实施方 案中，所述的催化剂组合物包含钙、铂、钯、镍、钡、钛、铬、锰、铁、钴、 铜、硅、锗、铑、铑、钌、钼、铌、锆、钇、钡、镧、铪、钨、铼、锇或铱 的合金。

如上所述，也可以应用这些金属的合金。在一个实施方案中，所述的合 金可以含有铂。在另一个实施方案中，所述的合金可以含有钯。在又一个实 施方案中，所述的合金可以含有镍。可以与铂和/或钯和/或镍熔合用于将分子 氢离解为原子氢的金属的合适的实例为钙、钡、钛、铬、锰、铁、钴、铜、 硅、锗、铑、铑、钌、钼、铌、锆、钇、钡、镧、铪、钨、铼、锇、铱或包 含至少一种上述金属的组合。

铂和/或钯和/或镍可通常以大约0.1％至大约75重量％的量存在，基于所 述催化剂组合物的总重量。在一个实施方案中，需要铂和/或钯和/或镍以大约 0.5％至大约75％的量存在，基于所述催化剂组合物的总重量。在另一个实施 方案中，需要铂和/或钯和/或镍以大约3％至大约65％的量存在，基于所述催 化剂组合物的总重量。在又一个实施方案中，需要铂和/或钯和/或镍以大约 5％至大约50％的量存在，基于所述催化剂组合物的总重量。

所述的催化剂组合物布置在储存组合物上。所述的储存组合物有利地促 进了原子氢的储存。可在所述储存组合物中应用的材料的合适的实例为碳、 碳化物、硅化物、硫化物、氮化物、氧化物、氮氧化物、氢氧化物、硅酸盐、 铝氢化物(alanate)、铝硅酸盐、硼硅化物、碳硅化物、氮硅化物、铝化物、锗 化物、硼化物、硼碳化物、硼氮化物等或包含至少一种上述物质的组合。

可在所述储存组合物中应用的碳的代表形式是具有高表面积的那些，诸 如炭黑(carbon black)和/或碳纳米管(carbon nanotube)。合适的碳纳米管为蒸气 生长碳纤维(vapor grown carbon fiber)、单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管。

可在所述储存组合物中应用的合适的氧化物为二氧化硅(例如，热解法二 氧化硅(fumed silica))、氧化铝(alumina)、铈土(ceria)、二氧化钛、氧化锆、氧 化钨、五氧化二钒等或包含至少一种上述氧化物的组合。所述的氧化物可以 应用气凝胶技术(aerogel technology)制备。金属氧化物是需要的。所述的金属 氧化物通常包含氧化钨(WO3)、氧化镍(NiO2)、氧化钴(CoO2)、氧化锰(Mn2O4和MnO2)、氧化钒(VO2和V2O5)、氧化钼(MoO2)等或包含至少一种上述氧化 物的组合。

通常需要所述的储存组合物具有大于或等于大约10m2/gm的表面积。在 一个实施方案中，需要所述的储存组合物具有大于或等于大约50m2/gm的表 面积。在另一个实施方案中，需要所述的储存组合物具有大于或等于大约100 m2/gm的表面积。

在一个实施方案中，所述的储存组合物可包含纳米粒子。所述的纳米粒 子可具有大约1纳米至大约200纳米的大小，其上可布置所述的催化剂组合 物。在一个实施方案中，所述的粒子大小为大约3纳米至大约150纳米。在 另一个实施方案中，所述的粒子大小为大约5纳米至大约100纳米。在又一 个实施方案中，所述的粒子大小为大约10纳米至大约80纳米。

所述的催化剂组合物通常通过溅射(sputtering)、化学气相沉积(chemical vapor deposition)从溶液等沉积在所述的储存组合物上。在一个实施方案中， 所述的催化剂组合物可完全覆盖所述的储存组合物的全部表面积的大约1％ 至大约100％的表面积。在一个实施方案中，所述的催化剂组合物可覆盖所述 的储存组合物的全部表面积的大约5％至大约90％的表面积。在另一个实施方 案中，所述的催化剂组合物可覆盖所述的储存组合物的全部表面积的大约 10％至大约75％的表面积。在又一个实施方案中，所述的催化剂组合物可覆 盖所述的储存组合物的全部表面积的大约15％至大约50％的表面积。

当所述的催化剂组合物不覆盖所述的储存组合物表面积的100％时，可需 要将放置在所述的储存组合物表面上的催化剂组合物作为分离粒子。对于所 述粒子的形状没有具体的限制，其可为例如，球形的、不规则的、盘状的或 须状的(whisker like)。也可以应用双峰的或更高的粒度分布。所述的催化剂组 合物的粒子可具有大约1纳米至大约200纳米(nm)的回转半径(radii of gyration)。在一个实施方案中，所述的催化剂组合物的粒子可具有大约3纳米 至大约150纳米(nm)的回转半径。在另一个实施方案中，所述的催化剂组合 物的粒子可具有大约5纳米至大约100纳米(nm)的回转半径。在又一个实施 方案中，所述的催化剂组合物的粒子可具有大约10纳米至大约75纳米(nm) 的回转半径。

在另一个实施方案中，所述的储存组合物的纳米粒子和微粒与放置于其 上的所述的催化剂组合物可以在形成所述的氢储存组合物的压力下熔合在一 起。通常需要所述的储存组合物以大约30％至大约99重量％的量存在，基于 所述氢储存组合物的总重量。在一个实施方案中，需要所述的储存组合物以 大约35％至大约95％的量存在，基于所述氢储存组合物的总重量。在另一个 实施方案中，需要所述的储存组合物以大约40％至大约90％的量存在，基于 所述氢储存组合物的总重量。在又一个实施方案中，需要所述的储存组合物 以大约45％至大约85％的量存在，基于所述氢储存组合物的总重量。

在一个实施方案中，相对于氢的储存，将所述的氢储存组合物浸没在含 氢的环境中。结构上为分子的氢通过所述的催化剂组合物离解为原子的氢并 储存于所述的储存组合物。然后将氢从所述的氢储存组合物中通过热的应用 来解吸。氢的储存可在被称为施用装置(applicator)的设备中进行。所述的施用 装置是存放所述的氢储存组合物的容器。在另一个实施方案中，在将氢储存 入所述氢储存组合物中的过程中，可将氢在压力下导入所述施用装置或在导 入氢后将所述的施用装置加压。在所述的储存过程中，也可搅动所述的氢储 存组合物以达到将氢均一地储存入所述的氢储存组合物中。因为氢的储存通 常是放热反应，所以如果需要的话，在储存氢的过程中可用水、液氮、液态 二氧化碳或空气冷却所述的施用装置。

如上所述，射频(radio frequency)和微波频率可以用于促进所述的储存以 及从所述的氢储存组合物中回收氢。所述辐射与所述氢储存组合物中存在的 偶极(dipole)的耦合(coupling)用于促进氢的储存和回收。在一个实施方案中， 可变化所述的微波辐射和无线电波(radio wave)辐射的频率以实现所述辐射与 所述氢储存组合物的偶极之间的有效耦合。这样的耦合可有效地促进氢的储 存和/或释放。在另一个实施方案中，所述的微波辐射和无线电波辐射的频率 可随所述氢储存组合物的温度而变化，以有效地促进氢的储存和/或释放。

在一个实施方案中，当所述的氢储存组合物放置在电磁场中，由所述组 合物吸收的能量在如下的方程(VI)中显示：

               P＝ωε0ε″rE2             (VI)

其中P是每单位体积吸收的能量，ω＝2πf，其中f为应用的频率，ε0是 自由空间的介电常数(permittivity)，ε″r是所述材料的介电损耗因子(dielectric loss factor)和E是局部应用的电场。从方程(VI)中可以看出，吸收的能量直接 取决于介电损耗因子。所述的介电损耗因子依赖于因素的个数，诸如所述氢 储存组合物中存在的各种成分的偶极矩(dipole moment)、所述辐射的温度和频 率等等。

在一个实施方案中，关于方程(VI)的应用，可以随意调节或优化所述的 氢储存组合物中的介电损耗因子以促进氢在所述的氢储存组合物中的储存和 /或释放。在另一个实施方案中，第一种环境中的(微波或无线电波范围内的) 第一种频率，可用于促进氢在所述的氢储存组合物中的储存的同时，第二种 (或第一种)环境中的第二种频率，可用于促进从所述的氢储存组合物中回收 氢。本文中定义的环境是指当所述的氢储存组合物与射频辐射和/或微波辐射 耦合时，所述的氢储存组合物以及组合物中含有的促进储存和/或回收氢的任 何试剂。这样的试剂的实例是具有偶极的材料，所述的偶极当经受射频辐射 和/或微波辐射时能被加热。这样的材料的合适实例为水、醇类、二甲基甲酰 胺、丙酮、碳、碳化硅等或包含至少一种上述试剂的组合。

通常，当应用无线电波通过所述的氢储存组合物实现氢的储存和/或解吸 时，卓越的均一性和显著的吸收和/或解吸速度是可能的。然而，当应用微波 时，可以应用机械搅拌以促进通过所述的氢储存组合物均一地吸收和解吸氢。 通过微波非-均一的加热可以引起热逸散(thermal runaway)，其可导致所述氢 储存组合物的不需要的烧结。电磁波谱(electromagnetic spectrum)内的不同频 率可同时地或顺序地应用以促进在所述的氢储存组合物中储存和回收氢。在 一个实施方案中，为了储存氢，需要将所述的氢储存组合物与含氢的气体混 合物接触。在另一个实施方案中，关于氢的储存，氢的储存可通过将所述的 氢储存组合物暴露于刚刚形成的氢而发生。例如，所述的氢储存组合物可首 先以射频波辐照指定的时间，然后是在氢储存或回收的过程中以微波频率辐 照。可替换地，可需要将所述的氢储存组合物在储存和/或回收氢的过程中， 同时经过射频以及微波频率。也可预见所述射频范围内或所述微波频率范围 内或两个范围内的几种不同频率可以顺序地或同时地应用以促进在所述的氢 储存组合物中储存和回收氢。

在一个实施方案中，储存并回收氢的方法包括将氢储存组合物在含氢的 第一种气体混合物中接触；用具有第一种频率的射频辐射或微波辐射辐照所 述的氢储存组合物，而且其中所述的辐照为有效促进将氢吸收、吸附或化学 吸附到所述的氢储存组合物中的量；将所述的氢储存组合物与含有第二种浓 度的氢的第二种气体混合物接触；和用具有第二种频率的射频辐射或微波辐 射辐照所述的氢储存组合物，而且其中所述的辐照为有效促进氢从所述的氢 储存组合物中解吸的量。

在一个实施方案中，第一种频率不等于第二种频率，而是大于或小于第 二种频率。在一个实施方案中，射频可用于促进从所述的氢储存组合物中储 存氢，而微波频率可用于促进从所述的氢储存组合物中回收氢。在另一个实 施方案中，微波频率可用于促进从所述的氢储存组合物中储存氢，而射频可 用于促进从所述的氢储存组合物中回收氢。在另一个实施方案中，第一种频 率等于第二种频率。

在又一个实施方案中，被浸没的氢储存组合物的氢的第一种浓度，大于 被浸没的氢储存组合物的氢的第二种浓度。在代表性的实施方案中，将所述 的氢储存组合物与包含第二种浓度的氢的环境接触的过程可涉及所述的氢储 存组合物从发生氢储存的第一个位置到发生氢回收的第二个位置的物理运动 (physical movement)。在另一个实施方案中，所述的第一个位置可与第二个位 置相同。在代表性的实施方案中，所述的第一个位置可为氢储存组合物产生 反应器，如图9所示，而所述的第二个位置可为氢产生反应器。如上所述， 在所述的氢储存组合物中储存的氢可存在于包含氢的气体混合物中，或其可 在所述的氢储存组合物中形成并直接储存，而不与其他气体混合。

用于发射电磁辐射的能量发生器(energy generator)可为连续波 (continuous wave)或脉冲波(pulsed wave)发生器而且这些类型的发生器的任一 种可应用于所述的氢储存和氢产生的过程。

在一个实施方案中，电磁辐射的组合来源可用于促进氢的吸收和解吸。 这些来源可来自所述的微波和/或无线电波范围内或它们根据需要可来自上 述的范围之外。在一个代表性的实施方案中，除了微波和射频辐射之外，如 果需要也可以应用其他形式的电磁能，诸如红外辐射、紫外辐射、X-光辐射。

除了应用电磁辐射的组合来源(即，无线电波和微波)以促进在所述的氢储 存组合物中储存和回收氢之外，可需要用源自其他形式的热能，如燃气的(gas fired)或电加热的(electrically heated)烘箱或炉的加热来补充源自电磁辐射的能 量。在一个实施方案中，所述的氢储存组合物可应用常规的和/或传导的加热 连同源自射频和微波辐射的能量进行加热。在这样的情况下，当其他形式的 加热可用于将所述的氢储存组合物加热到任何预置的所需温度时，能够通过 与微波和无线电波辐射耦合得到温度的额外增加。当通过如对流(convection) 的常规加热单独应用时，通常在加热的材料中存在温度梯度，其中外表面或 表层(skin)温度高于内部或核心温度。此效应一般称为“表层-核心”效应并在 所述的氢储存组合物内产生化学的或物理的梯度。因此通过对流或传导加热 以及微波和/或射频加热的组合可以有利地用于增加温度均一性，从而降低所 述的氢储存组合物内的化学浓度梯度或物理性质梯度。

通常，大约10千赫兹(gigahertz kHz)至大约300兆赫兹(MHz)的射频可用 于促进氢的储存和回收。在一个实施方案中，可以应用大约1MHz至大约250 MHz的频率。在另一个实施方案中，可以应用大约50MHz至大约225MHz 的频率以促进氢的储存和回收。

大约300MHz至大约300京赫兹(GHz)的微波频率也可有效地用于促进 氢的储存和回收。在一个实施方案中，可以应用大约400MHz至大约280GHz 的频率。在另一个实施方案中，可以应用大约600至大约260GHz的频率以 促进氢的储存和回收。在又一个实施方案中，可以应用大约750至大约250 GHz的频率以促进氢的储存和回收。可以调节微波辐射和射频辐射的频率以 促进氢的吸收、吸附、化学吸附或氢的解吸。通常，传递至所述的氢储存组 合物的电磁能通常足够导致储存而没有任何的烧结。

此能量可为大约0.001瓦/克至大约1,000瓦/克氢储存组合物。可以调节 所述的频率以促进氢的吸收、吸附、化学吸附或氢的解吸。

在一个实施方案中，将氢储存入所述的氢储存组合物的过程中，在所述 的氢储存组合物在所述的施用装置中的所需位置定位之后可将所述的射频或 微波能量导入该施用装置或波导(waveguide)。然后可将氢气导入所述的施用 装置。任选地可将氢气在压力下导入所述的施用装置或在导入氢之后任选地 将所述的施用装置加压。导入氢后所述施用装置中的压力通常保持在大约1 千克每平方厘米(kg/cm2)至大约100kg/cm2。所述施用装置中压力的代表值为 大约30kg/cm2。

可将氢与其他不反应的气体导入所述的施用装置以促进所述的储存过 程。这样氢与其他气体的组合称为气体混合物。代表性的不反应的气体为惰 性气体(inert gas)。当其他气体与氢一起导入时，氢含量通常为大约50％至大 约99％重量，基于所述气体混合物总重量(wt％)。

所述的射频辐射和微波辐射可以的连续波形式或以脉冲波的形式应用于 所述的施用装置。在所述的储存过程中，也可搅动所述的氢储存组合物以达 到将氢均一地储存入所述的组合物中。因为氢的储存通常是放热反应，所以 如果需要的话，在储存氢的过程中可用水、液氮、液态二氧化碳或空气冷却 所述的施用装置。

在回收氢的过程中，可将热提供给所述的氢储存组合物以产生氢。因此 所述的射频辐射和微波辐射可用于加热所述的氢储存组合物。该组合物的加 热可通过对流加热和射频辐射和/或微波频率辐射的组合来实现。在回收氢的 过程中，可任选地降低所述施用装置中的压力。在回收氢的过程中所述施用 装置中的压力为大约1毫米至大约300毫米汞(mm Hg)。

在通过应用射频波(无线电波)和/或微波与氢储存组合物产生和储存氢的 一个代表性的方法中，图9中所示的系统包含任选的氢储存组合物反应器(在 第一个位置的第一个施用装置)，其位于氢产生反应器(在第二个位置的第二个 施用装置)的上游并与该氢产生反应器流体相通。如上所述，如果需要，所述 的第一个施用装置可不同于所述的第二个施用装置而且所述的第一个位置可 不同于所述的第二个位置。在另一个实施方案中，所述的第一个施用装置可 与所述的第二个施用装置相同而且所述的第一个位置可与所述的第二个位置 相同。所述的氢储存组合物反应器应用无线电波和/或微波以再生用于在所述 的氢产生反应器中产生氢的氢储存组合物。如果需要，所述的氢储存组合物 可为浆体的形式。

所述的氢产生反应器中至少一部分的氢储存组合物用于从所述的氢储存 组合物中回收氢。当氢储存组合物释放出它的氢时，它被称为耗尽的(spent) 氢储存组合物。所述的氢产生反应器应用无线电波和/或微波以产生氢。为了 产生氢，除了微波和无线电波之外，所述的氢产生反应器也可应用对流热、 传导热、PEM燃料电池废气(exhaust)等加热所述的氢储存组合物。所述的氢 产生反应器也位于任选的干燥和分离反应器的上游并与该干燥和分离反应器 流体相通，而且可将所述耗尽的氢储存组合物任选地转移到所述的干燥和分 离反应器。至少一部分在所述的氢产生反应器中产生的耗尽的氢储存组合物 任选地循环到所述的干燥和分离反应器。任选地以水供给所述的氢产生反应 器。任选的干燥和分离反应器将任何可以再用的流体(如水)与所述的耗尽的氢 储存组合物分离，并将所述的流体循环到任选的氢储存组合物反应器。然后 将所述的氢储存组合物循环到所述的氢储存组合物反应器用于与所述的循环 的载液(carrier liquid)混合及用于再生。除了氢储存组合物之外，其他的材料， 诸如碳、铝氢化物等可用于在所述的氢产生反应器中产生氢。

在一个实施方案中，所述的氢储存组合物可通过将它们暴露于含氢的气 体混合物而氢化。如前所述，所述的氢储存组合物通常在吸收氢的过程中释 放热。氢的解吸常常需要热循环(thermal cycle)。这样的热循环可通过应用电 磁场或通过将电流通过所述的目标材料来得到。这是能够实现的，因为大多 数氢化的氢储存组合物是导电的。这些材料的电阻随氢储存的程度而变化。

在一个实施方案中，通过应用电磁场能促进储存的氢的解吸。微波能量 可直接地应用于氢化的氢储存组合物或应用于合适的介质，诸如水、醇类等， 与所述的氢化的氢储存组合物混合以允许在受控的条件下局部释放氢，而不 加热整个系统。此方法提供了高效的解吸，这通常在低于那些由于传导和/或 对流导致的加热达到的温度发生。此现象由于所述的氢储存组合物中的键通 过微波局部刺激(local excitation)而发生。所述的解吸可通过两种不同的方法 进行。这些方法的第一种包括应用微波来实现全部氢含量的释放。第二种方 法包括应用微波处理仅仅以启动所述的解吸过程，然后该解吸过程能通过在 低温下传导和/或对流加热和以比仅通过从所述过程一开始的传导和/或对流 热进行加热时更容易的方式来延续。

在又一个实施方案中，氢解吸可通过嵌入所述氢储存组合物的电阻器产 生的热量来诱导。流入所述电阻器的电流的能量通过焦耳效应(Joule effect)转 化为热量。在压缩的粉状的硅化物材料中，其具有在粉末粒子之间的电流通 路上存在的热点(hot spot)，其中电阻率非常高的情况下，电流局部产生的热 量的量非常高。在极端的情况下，在所述的热点可出现粉末熔接(powder welding)。因此，应该适当地调节所述的电流参数以避免烧结或粉末熔接。依 赖于该过程的条件，可直接加热所述的氢储存组合物或通过利用如前详述的 多个电阻。

在又一个实施方案中，氢吸收和解吸通过将所述氢储存组合物的细粒 (fine particle)与适量的另一种具有更高导热率(thermal conductivity)的化学组 合物进行混合以将热量更快地导入该氢化的混合物用于释放氢来实现。在又 一个实施方案中，氢解吸通过应用从所述的质子交换膜(PEM)燃料电池中释 放的废热(exhaust heat)以加热该氢化的氢储存组合物来实现。

在又一个实施方案中，可加入包含钛、钒、锆、钇、镧、镍、锰、钴、 硅、镓、锗和来自镧系的元素的掺杂物以催化氢的解吸。在储存氢之前，所 述的掺杂物可以以多至总的氢储存组合物的大约20％重量百分比的量加入。 通常需要以小于或等于所述的氢储存组合物总重量的大约15％重量百分比的 量加入所述的掺杂物。在一个实施方案中，所述的掺杂物可以以小于或等于 所述的氢储存组合物总重量的大约10％重量百分比的量加入，而在另一个实 施方案中，所述的掺杂物可以以小于或等于所述的氢储存组合物总重量的大 约5％重量百分比的量加入。

从这些包含硅化物、硼硅化物、碳硅化物、氮硅化物、铝化物、锗化物、 硼化物、硼碳化物、硼氮化物或碳化物的氢储存系统中解吸的氢可为大约1％ 至大约8重量％，基于所述氢储存组合物总重量。在一个实施方案中，解吸 的氢大于或等于大约4重量％，基于所述氢储存组合物总重量。在另一个实 施方案中，解吸的氢大于或等于大约5重量％，基于所述氢储存组合物总重 量。在又一个实施方案中，解吸的氢大于或等于大约6重量％，基于所述氢 储存组合物总重量。

如上所述，所述测定轻金属硅化物、硼硅化物、碳硅化物、氮硅化物、 铝化物、锗化物、硼化物、硼碳化物、硼氮化物或碳化物吸收和解吸氢的能 力的组合方法是快速而有效的。确定以吸收和解吸氢的轻金属硅化物、硼硅 化物、碳硅化物、氮硅化物、铝化物、锗化物、硼化物、硼碳化物、硼氮化 物或碳化物可应用于燃料电池、燃气轮机等用于储存能量。

在从所述轻金属硅化物、硼硅化物、碳硅化物、氮硅化物、铝化物、锗 化物、硼化物、硼碳化物、硼氮化物或碳化物的氢化物中产生并储存氢的一 种代表性的方法中，图8中所示的系统包含任选的浆体产生反应器，其位于 氢产生反应器的上游并与该氢产生反应器流体相通。所述的浆体产生反应器 使金属氢化物浆体再生，所述的金属氢化物浆体用于在氢产生反应器中产生 氢。在所述的氢产生反应器中至少一部分的金属氢化物在从所述轻金属氢化 物中回收氢的过程中被氧化为金属氢氧化物。所述的氢产生反应器应用电磁 辐射、对流加热、PEM燃料电池废气等以加热所述的氢化物用于产生氢。所 述的氢产生反应器也位于任选的干燥和分离反应器的上游并与该干燥和分离 反应器流体相通，而且所述的金属氢氧化物被转移到所述的干燥和分离反应 器。至少一部分在所述的氢产生反应器中产生的金属氢氧化物被循环到所述 的干燥和分离反应器。可选地将水供给所述的氢产生反应器。任选的干燥和 分离反应器将任何可再利用的流体(如水)与所述的金属氢氧化物分离，并将所 述的流体循环到任选的浆体产生反应器。所述的系统也包含氢化物循环反应 器，其流体相通于干燥和分离反应器并在该干燥和分离反应器的下游。来自 该干燥和分离反应器的干的金属氢氧化物在所述的氢化物循环反应器中通过 将其与含氢的气体混合物接触再生为金属氢化物。将碳和氧以有效再生金属 氢化物的量供给所述的氢化物循环反应器。然后将再生的金属氢化物循环到 所述的浆体产生反应器中用于与所述的循环载液混合。

在另一个涉及从含有催化剂组合物的氢储存系统中储存和回收氢的实施 方案中，所述的氢储存组合物首先与含有第一种浓度的氢的第一种气体混合 物在第一个位置，如图9的氢储存组合物反应器中进行接触。在所述的第一 个位置，氢被离解为原子氢并储存在所述的储存组合物中。此刻携带氢的氢 储存组合物然后与含有第二种浓度的氢的第二种气体混合物在第二个位置， 如图9的氢产生室(hydrogen generation chamber)中进行接触。这里将所述的氢 储存系统加热到有效促进氢从所述的氢储存组合物中解吸的温度。在一个实 施方案中，所述的第一种氢浓度大于第二种浓度。在另一个实施方案中，所 述的第一个位置可与第二个位置相同。在又一个实施方案中，所述的第一个 位置与第二个位置不同。

此氢储存和回收的方法可有利地用于随车(on board)回收置于小型车辆上 的燃料电池中的氢，所述的小型车辆如具有多至大约2,500千克重量的汽车。 此氢储存和回收的方法也可有利地用于陆上移动车辆，诸如汽车、火车等； 水运工具，诸如驳船、轮船、潜艇等；或空运工具或宇宙飞船，诸如飞机、 火箭、太空站等。它也可用于在用于发电以用于居住的应用、工厂、办公楼 等的燃料电池中回收氢。

尽管已参照代表性的实施方案描述了本发明，但本领域的技术人员可以 理解的是，可在不背离本发明的范围的前提下对本发明的要素可进行各种修 改并可将相等物进行取代。此外，可进行许多修改以使具体的情况或材料适 应于本发明的教导，而不背离本发明的基本范围。因此，本发明旨在不受限 于作为预期用于实施此发明的最优模式而公开的具体实施方案，但本发明将 包括落入附加的权利要求的范围的所有实施方案。

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