TWI552951B

TWI552951B - 氫-觸媒反應器

Info

Publication number: TWI552951B
Application number: TW097115150A
Authority: TW
Inventors: 米爾斯雷戴爾Ｌ
Original assignee: 黑光能源公司
Priority date: 2007-04-24
Filing date: 2008-04-24
Publication date: 2016-10-11
Also published as: US20090098421A1; TW200920692A; US20190389723A1

Description

氫－觸媒反應器

本發明提供一種電力源及氫化物反應器。

本申請案主張以下申請案之權利：(1)2007年4月24日申請之申請案第60/913,556號；(2)2007年7月27日申請之申請案第60/952,305號；(3)2007年8月7日申請之申請案第60/954,426號；(4)2007年8月9日申請之申請案第60/935,373號；(5)2007年8月13日申請之申請案第60/955,465號；(6)2007年8月20日申請之申請案第60/956,821號；(7)2007年8月23日申請之申請案第60/957,540號；(8)2007年9月14日申請之申請案第60/972,342號；(9)2007年9月21日申請之申請案第60/974,191號；(10)2007年9月26日申請之申請案第60/975,330號；(11)2007年9月28日申請之申請案第60/976,004號；(12)2007年10月9日申請之申請案第60/978,435號；(13)2007年11月13日申請之申請案第60/987,552號；(14)2007年11月14日申請之申請案第60/987,946號；(15)2007年11月21日申請之申請案第60/989,677號；(16)2007年11月30日申請之申請案第60/991,434號；(17)2007年12月3日申請之申請案第60/991,974號；(18)2007年12月5日申請之申請案第60/992,601號；(19)2007年12月10日申請之申請案第61/012,717號；(20)2007年12月19日申請之申請案第61/014,860號；(21)2007年12月26日申請之申請案第61/016,790號；(22)2008年1月9日申請之申請案第61/020,023號；(23)2008 年1月15日申請之申請案第61/021,205號；(24)2008年1月17日申請之申請案第61/021,808號；(25)2008年1月18日申請之申請案第61/022,112號；(26)2008年1月23日申請之申請案第61/022,949號；(27)2008年1月24日申請之申請案第61/023,297號；(28)2008年1月25日申請之申請案第61/023,687號；(29)2008年1月30日申請之申請案第61/024,730號；(30)2008年2月1日申請之申請案第61/025,520號；(31)2008年2月14日申請之申請案第61/028,605號；(32)2008年2月21日申請之申請案第61/030,468號；(33)2008年3月6日申請之申請案第61/064,453號；(34)2008年3月21日申請之申請案第61/xxx,xxx號，及(35)2008年4月14日申請之申請案第61/xxx,xxx號，所有該等申請案均係以引用的方式全部併入本文中。

如論文R.Mills,J.He,Z.Chang,W.Good,Y.Lu,B.Dhandapani,"Catalysis of Atomic Hydrogen to Novel Hydrogen SpeciesH ^－ (1/4)andH ₂ (1/4)as a New Power Source",Int.J.Hydrogen Energy，第32卷，第12期，(2007)，第2573－2584頁(其係以引用的方式併入本文中)中所揭示，來自廣泛範圍之研究技術之資料強烈且一致地指示氫可以比先前認為可能者更低之能量狀態存在。預計反應涉及自其他穩定原子氫至能夠接受能量之觸媒之共振、非輻射能量轉移。產物為H (1/p )，原子氫之分數里德伯(Rydberg)態，其中；(p 137，為整數)替代里德伯方程式中關於氫激發態之熟知參數n ＝整數。預測He ^＋、Ar ^＋及K 充當觸媒，因為其滿足觸媒標準：焓變等於原子氫之位能27.2 eV之整數倍的化學或物理過程。測試基於能級之閉式方程式之特定預測。舉例而言，兩個H (1/p )可反應形成H ₂ (1/p )，其振動能及轉動能為包含未催化原子氫之H ₂ 之振動能及轉動能的p ² 倍。自大氣壓電子束激發氬－氫電漿在145 nm－300 nm區域中觀測到轉動譜線。能量間隔為氫之4² 倍之空前能量間隔形成核間距離為H ₂ 之1/4之核間距離且稱為H ₂ (1/4)。

鹼金屬觸媒K 之預計產物為H ^－ (1/4)，其形成KH *X (新穎鹼金屬鹵基(X )氫化物化合物)及可捕集於晶體中之H ₂ (1/4)。新穎化合物KH *Cl 相對於外部四甲基矽烷(TMS)之¹ H MAS NMR光譜展示在－4.4 ppm下之大獨特高場共振，其對應於匹配H ^－ (1/p )(p ＝4)之理論預測之－35.9 ppm的絕對共振位移。在具有－4.6 ppm NMR峰(歸屬於H ^－ (1/4))之KH *I 之高解析度FTIR光譜中，在1943cm ^－1 及2012cm ^－1 下觀測鄰－H ₂ (1/4)及對－H ₂ (1/4)之預測頻率。1943/2012cm ^－1 強度比與3：1之特徵性鄰位/對位峰強度比相匹配，且69cm ^－1 之鄰位－對位分離與所預測者相匹配。根據NMR具有H ^－ (1/4)之KH *Cl 易於發出12.5 keV電子束，如在氬－氫電漿中所觀測，其激發間隙H ₂ (1/4)之類似發射。KNO ₃ 及阮尼鎳(Raney nickel)分別用作K 觸媒源及原子氫源，以引起相應放熱反應。能量平衡為△H ＝－17,925千卡/莫耳KNO ₃ ，其為KNO₃ 之已知最高能化學之預測值的約300倍；及－3585千 卡/莫耳H ₂ ，其為假定最大可能之H ₂ 總量之情況下歸因於氫與大氣氧之燃燒的假定最大焓－57.8千卡/莫耳H ₂ 之60倍以上。根據形成之熱計算，KNO₃ 還原為水、鉀金屬及NH₃ 僅釋放－14.2千卡/莫耳H ₂ ，其不能說明所觀測之熱；亦不能說明氫燃燒。然而，該等結果與形成大於燃燒焓之100倍之焓的H ^－ (1/4)及H ₂ (1/4)之形成一致。

在實施例中，本發明包含一電力源及一形成較低能量之氫物質及化合物之反應器。本發明此外包含觸媒反應混合物以提供觸媒及原子氫。較佳原子觸媒為鋰、鉀及銫原子。較佳分子觸媒為NaH。

低能量氫(Hydrino)

具有由下式提供之結合能之氫原子：其中p 為大於1之整數，較佳為2至137，該氫原子揭示於以下文獻中：R.L.Mills，"The Grand Unified Theory of Classical Quantum Mechanics"，2007年10月版，(公布於http：//www.blacklightpower.com/theory/book.shtml 上)；R.Mills,The Grand Unified Theory of Classical Quantum Mechanics ,2006年5月版，BlackLight Power,Inc.,Cranbury,New Jersey,("'06 Mills GUT")，由BlackLight Power,Inc.,493 Old Trenton Road,Cranbury,NJ,08512提供(公布於www.blacklightpower.com 上)；R.Mills,The Grand Unified Theory of Classical Quantum Mechanics ,2004年1月版，BlackLight Power,Inc.,Cranbury,New Jersey,("'04 Mills GUT")，由BlackLight Power,Inc.,493 Old Trenton Road,Cranbury,NJ,08512提供；R.Mills,The Grand Unified Theory of Classical Quantum Mechanics ,2003年9月版，BlackLight Power,Inc.,Cranbury,New Jersey,("'03 Mills GUT")，由BlackLight Power,Inc.,493 Old Trenton Road,Cranbury,NJ,08512提供；R.Mills,The Grand Unified Theory of Classical Quantum Mechanics ,2002年9月版，BlackLight Power,Inc.,Cranbury,New Jersey,("'02 Mills GUT")，由BlackLight Power,Inc.,493 Old Trenton Road,Cranbury,NJ,08512提供；R.Mills,The Grand Unified Theory of Classical Quantum Mechanics ,2001年9月版，BlackLight Power,Inc.,Cranbury,New Jersey，由Amazon.com散布("'01 Mills GUT")，由BlackLight Power,Inc.,493 Old Trenton Road,Cranbury,NJ,08512提供；R.Mills,The Grand Unified Theory of Classical Quantum Mechanics ,2000年1月版，BlackLight Power,Inc.,Cranbury,New Jersey，由Amazon.com散布("'00 Mills GUT")，由BlackLight Power,Inc.,493 Old Trenton Road,Cranbury,NJ,08512提供；R.L.Mills,"Physical Solutions of the Nature of the Atom,Photon,and Their Interactions to Form Excited and Predicted Hydrino States," Physics Essay，待出版；R.L.Mills,"Exact Classical Quantum Mechanical Solution for Atomic Helium which Predicts Conjugate Parameters from a Unique Solution for the First Time," Physics Essays，待出版；R.L.Mills,P.Ray,B.Dhandapani,"Excessive Balmer α Line Broadening of Water－Vapor Capacitively－Coupled RF Discharge Plasmas," International Journal of Hydrogen Energy，第33卷，(2008),802－815；R.L.Mills,J.He,M.Nansteel,B.Dhandapani,"Catalysis of Atomic Hydrogen to New Hydrides as a New Power Source," International Journal of Global Energy Issues(IJGEI)。能量系統特別版(Special Edition in Energy Systems)，第28卷，第2－3期，(2007),304－324；R.L.Mills,H.Zea,J.He,B.Dhandapani,"Water Bath Calorimetry on a Catalytic Reaction of Atomic Hydrogen," Int.J.Hydrogen Energy，第32卷，(2007),4258－4266；J.Phillips,C.K.Chen,R.L.Mills,"Evidence of Catalytic Production of Hot Hydrogen in RF－Generated Hydrogen/Argon Plasmas," Int.J.Hydrogen Energy，第32(14)卷，(2007),3010－3025；R.L.Mills,J.He,Y.Lu,M.Nansteel,Z.Chang,B.Dhandapani,"Comprehensive Identification and Potential Applications of New States of Hydrogen," Int.J.Hydrogen Energy，第32(14)卷，(2007),2988－3009；R.L.Mills,J.He,Z.Chang,W.Good,Y.Lu,B.Dhandapani,"Catalysis of Atomic Hydrogen to Novel Hydrogen Species H^－ (1/4)and H₂ (1/4)as a New Power Source," Int.J.Hydrogen Energy，第32(13)卷，(2007)，第2573－2584頁；R.L.Mills,"Maxwell's Equations and QED：Which is Fact and Which is Fiction," Physics Essays，第19卷，(2006),225－262；R.L.Mills,P.Ray,B.Dhandapani,Evidence of an energy transfer reaction between atomic hydrogen and argon II or helium II as the source of excessively hot H atoms in radio－frequency plasmas,J.Plasma Physics，第72卷，第4期，(2006),469－484；R.L.Mills,"Exact Classical Quantum Mechanical Solutions for One－through Twenty－Electron Atoms," Physics Essays，第18卷，(2005),321－361；R.L.Mills,P.C.Ray,R.M.Mayo,M.Nansteel,B.Dhandapani,J.Phillips,"Spectroscopic Study of Unique Line Broadening and Inversion in Low Pressure Microwave Generated Water Plasmas," J.Plasma Physics，第71卷，第6期，(2005),877－888；R.L.Mills,"The Fallacy of Feynman's Argument on the Stability of the Hydrogen Atom According to Quantum Mechanics," Ann.Fund.Louis de Broglie，第30卷，第2期，(2005)，第129－151頁；R.L.Mills,B.Dhandapani,J.He,"Highly Stable Amorphous Silicon Hydride from a Helium Plasma Reaction," Materials Chemistry and Physics,94/2－3,(2005),298－307；R.L.Mills,J.He,Z,Chang,W.Good,Y.Lu,B.Dhandapani,"Catalysis of Atomic Hydrogen to Novel Hydrides as a New Power Source," Prepr.Pap.－Am.Chem.Soc.Conf.,Div.Fuel Chem.，第50卷，第2期，(2005)；R.L.Mills,J.Sankar,A.Voigt,J.He,P.Ray,B.Dhandapani,"Role of Atomic Hydrogen Density and Energy in Low Power CVD Synthesis of Diamond Films," Thin Solid Films,478,(2005)77－90；R.L.Mills,"The Nature of the Chemical Bond Revisited and an Alternative Maxwellian Approach," Physics Essays，第17卷，(2004),342－389；R.L.Mills,P.Ray,"Stationary Inverted Lyman Population and a Very Stable Novel Hydride Formed by a Catalytic Reaction of Atomic Hydrogen and Certain Catalysts," J.Opt.Mat.,27,(2004),181－186；W.Good,P.Jansson,M.Nansteel,J.He,A.Voigt,"Spectroscopic and NMR Identification of Novel Hydride Ions in Fractional Quantum Energy States Formed by an Exothermic Reaction of Atomic Hydrogen with Certain Catalysts," European Physical Journal：Applied Physics,28,(2004),83－104；J.Phillips,R.L.Mills,X.Chen,"Water Bath Calorimetric Study of Excess Heat in 'Resonance Transfer' Plasmas," J.Appl.Phys.，第96卷，第6期，(2004)3095－3102；R.L.Mills,Y.Lu,M.Nansteel,J.He,A.Voigt,W.Good,B.Dhandapani,"Energetic Catalyst－Hydrogen Plasma Reaction as a Potential New Energy Source," Division of Fuel Chemistry,Session：Advances in Hydrogen Energy,Prepr.Pap.－Am.Chem.Soc.Conf.，第49 卷，第2期，(2004)；R.L.Mills,J.Sankar,A.Voigt,J.He,B.Dhandapani,"Synthesis of HDLC Films from Solid Carbon," J.Materials Science,J.Mater.Sci.39(2004)3309－3318；R.L.Mills,Y.Lu,M.Nansteel,J.He,A.Voigt,B.Dhandapani,"Energetic Catalyst－Hydrogen Plasma Reaction as a Potential New Energy Source," Division of Fuel Chemistry,Session：Chemistry of Solid,Liquid,and Gaseous Fuels,Prepr.Pap.－Am.Chem.Soc.Conf.，第49卷，第1期，(2004)；R.L.Mills,"Classical Quantum Mechanics," Physics Essays，第16卷，(2003),433－498；R.L.Mills,P.Ray,M.Nansteel,J.He,X.Chen,A.Voigt,B.Dhandapani,"Characterization of an Energetic Catalyst－Hydrogen Plasma Reaction as a Potential New Energy Source," Am.Chem.Soc.Div.Fuel Chem.Prepr.，第48卷，第2期，(2003)；R.L.Mills,J.Sankar,A.Voigt,J.He,B.Dhandapani,"Spectroscopic Characterization of the Atomic Hydrogen Energies and Densities and Carbon Species During Helium－Hydrogen－Methane Plasma CVD Synthesis of Diamond Films," Chemistry of Materials，第15卷，(2003)，第1313－1321頁；R.L.Mills,P.Ray,"Extreme Ultraviolet Spectroscopy of Helium－Hydrogen Plasma." J.Phys.D,Applied Physics，第36卷，(2003)，第1535－1542頁；R.L.Mills,X.Chen,P.Ray,J.He,B.Dhandapani,"Plasma Power Source Based on a Catalytic Reaction of Atomic Hydrogen Measured by Water Bath Calorimetry," Thermochimica Acta，第406/1－2卷，(2003)，第35－53頁；R.L.Mills,B.Dhandapani,J.He,"Highly Stable Amorphous Silicon Hydride," Solar Energy Materials & Solar Cells，第80卷，第1期，(2003)，第1－20頁；R.L.Mills,P.Ray,R.M.Mayo,"The Potential for a Hydrogen Water－Plasma Laser," Applied Physics Letters，第82卷，第11期，(2003)，第1679－1681頁；R.L.Mills,P.Ray,"Stationary Inverted Lyman Population Formed from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Certain Catalysts," J.Phys.D,Applied Physics，第36卷，(2003)，第1504－1509頁；R.L.Mills,P.Ray,B.Dhandapani,J.He,"Comparison of Excessive Balmer α Line Broadening of Inductively and Capacitively Coupled RF,Microwave,and Glow Discharge Hydrogen Plasmas with Certain Catalysts," IEEE Transactions on Plasma Science，第31卷，第期(2003)，第338－355頁；R.L.Mills,P.Ray,R.M.Mayo,"CW HI Laser Based on a Stationary Inverted Lyman Population Formed from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Certain Group I Catalysts," IEEE Transactions on Plasma Science，第31卷，第2期，(2003)，第236－247頁；R.L.Mills,P.Ray,J.Dong,M.Nansteel,B.Dhandapani,J.He,"Spectral Emission of Fractional－Principal－Quantum－Energy－Level Atomic and Molecular Hydrogen," Vibrational Spectroscopy，第31卷，第2期，(2003)，第195－213頁；H.Conrads,R.L.Mills,Th.Wrubel,"Emission in the Deep Vacuum Ultraviolet from a Plasma Formed by Incandescently Heating Hydrogen Gas with Trace Amounts of Potassium Carbonate," Plasma Sources Science and Technology，第12頁，(2003)，第389－395頁；R.L.Mills,J.He,P.Ray,B.Dhandapani,X.Chen,"Synthesis and Characterization of a Highly Stable Amorphous Silicon Hydride as the Product of a Catalytic Helium－Hydrogen Plasma Reaction," Int.J.Hydrogen Energy，第28卷，第12期，(2003)，第1401－1424頁；R.L.Mills,P.Ray,"A Comprehensive Study of Spectra of the Bound－Free Hyperfine Levels of Novel Hydride IonH ^－ (1/2),Hydrogen,Nitrogen,and Air," Int.J.Hydrogen Energy，第28卷，第8期，(2003)，第825－871頁；R.L.Mills,M.Nansteel及P.Ray,"Excessively Bright Hydrogen－Strontium Plasma Light Source Due to Energy Resonance of Strontium with Hydrogen," J.Plasma Physics，第69卷，(2003)，第131－158頁；R.L.Mills,"Highly Stable Novel Inorganic Hydrides," J.New Materials for Electrochemical Systems，第6卷，(2003)，第45－54頁；R.L.Mills,P.Ray,"Substantial Changes in the Characteristics of a Microwave Plasma Due to Combining Argon and Hydrogen," New Journal of Physics,www.njp.org，第4卷，(2002)，第22.1－ 22.17頁；R.M.Mayo,R.L.Mills,M.Nansteel,"Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma Thermal Power to Electricity," IEEE Transactions on Plasma Science,10月，(2002)，第30卷，第5期，第2066－2073頁；R.L.Mills,M.Nansteel,P.Ray,"Bright Hydrogen－Light Source due to a Resonant Energy Transfer with Strontium and Argon Ions," New Journal of Physics，第4卷，(2002)，第70.1－70.28頁；R.M.Mayo,R.L.Mills,M.Nansteel,"On the Potential of Direct and MHD Conversion of Power from a Novel Plasma Source to Electricity for Microdistributed Power Applications," IEEE Transactions on Plasma Science,8月，(2002)，第30卷，第4期，第1568－1578頁；R.M.Mayo,R.L.Mills,"Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma Thermal Power to Electricity for Microdistributed Power Applications," 40th Annual Power Sources Conference,Cherry Hill,NJ,6月10－13,(2002)，第1－4頁；R.L.Mills,E.Dayalan,P.Ray,B.Dhandapani,J.He,"Highly Stable Novel Inorganic Hydrides from Aqueous Electrolysis and Plasma Electrolysis," Electrochimica Acta，第47卷，第24期，(2002)，第3909－3926頁；R.L.Mills,P.Ray,B.Dhandapani,R.M.Mayo,J.He,"Comparison of Excessive Balmer α Line Broadening of Glow Discharge and Microwave Hydrogen Plasmas with Certain Catalysts," J.of Applied Physics，第92卷，第12 期，(2002)，第7008－7022頁；R.L.Mills,P.Ray,B.Dhandapani,M.Nansteel,X.Chen,J.He,"New Power Source from Fractional Quantum Energy Levels of Atomic Hydrogen that Surpasses Internal Combustion," J.Mol.Struct.，第643卷，第1－3期，(2002)，第43－54頁；R.L.Mills,J.Dong,W.Good,P.Ray,J.He,B.Dhandapani,"Measurement of Energy Balances of Noble Gas－Hydrogen Discharge Plasmas Using Calvet Calorimetry," Int.J.Hydrogen Energy，第27卷，第9期，(2002)，第967－978頁；R.L.Mills,P.Ray,"Spectroscopic Identification of a Novel Catalytic Reaction of Rubidium Ion with Atomic Hydrogen and the Hydride Ion Product," Int.J.Hydrogen Energy，第27卷，第9期，(2002)，第927－935頁；R.L.Mills,A.Voigt,P.Ray,M.Nansteel,B.Dhandapani,"Measurement of Hydrogen Balmer Line Broadening and Thermal Power Balances of Noble Gas－Hydrogen Discharge Plasmas," Int.J.Hydrogen Energy，第27卷，第6期，(2002)，第671－685頁；R.L.Mills,N.Greenig,S.Hicks,"Optically Measured Power Balances of Glow Discharges of Mixtures of Argon,Hydrogen,and Potassium,Rubidium,Cesium,or Strontium Vapor," Int.J.Hydrogen Energy，第27卷，第6期，(2002)，第651－670頁；R.L.Mills,"The Grand Unified Theory of Classical Quantum Mechanics," Int.J.Hydrogen Energy，第27卷，第5期，(2002)，第565－ 590頁；R.L.Mills,P.Ray,"Vibrational Spectral Emission of Fractional－Principal－Quantum－Energy－Level Hydrogen Molecular Ion," Int.J.Hydrogen Energy，第27卷，第5期，(2002)，第533－564頁；R.L.Mills及M.Nansteel,P.Ray,"Argon－Hydrogen－Strontium Discharge Light Source," IEEE Transactions on Plasma Science，第30卷，第2期，(2002)，第639－653頁；R.L.Mills,P.Ray,"Spectral Emission of Fractional Quantum Energy Levels of Atomic Hydrogen from a Helium－Hydrogen Plasma and the Implications for Dark Matter," Int.J.Hydrogen Energy,(2002)，第27卷，第3卷，第301－322頁；R.L.Mills,P.Ray,"Spectroscopic Identification of a Novel Catalytic Reaction of Potassium and Atomic Hydrogen and the Hydride Ion Product," Int.J.Hydrogen Energy，第27卷，第2期，(2002)，第183－192頁；R.L.Mills,E.Dayalan,"Novel Alkali and Alkaline Earth Hydrides for High Voltage and High Energy Density Batteries," Proceedings of the 17^th Annual Battery Conference on Applications and Advances,California State University,Long Beach,CA,(2002年1月15－18日)，第1－6頁；R.L.Mills,W.Good,A.Voigt,Jinquan Dong,"Minimum Heat of Formation of Potassium Iodo Hydride," Int.J.Hydrogen Energy，第26卷，第11期，(2001)，第1199－1208頁；R.L.Mills,"The Nature of Free Electrons in Superfluid Helium－a Test of Quantum Mechanics and a Basis to Review its Foundations and Make a Comparison to Classical Theory," Int.J.Hydrogen Energy，第26卷，第10期，(2001)，第1059－1096頁；R.L.Mills,"Spectroscopic Identification of a Novel Catalytic Reaction of Atomic Hydrogen and the Hydride Ion Product," Int.J.Hydrogen Energy，第26卷，第10期，(2001)，第1041－1058頁；R.L.Mills,B.Dhandapani,M.Nansteel,J.He,A.Voigt,"Identification of Compounds Containing Novel Hydride Ions by Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy," Int.J.Hydrogen Energy，第26卷，第9期，(2001)，第965－979頁；R.L.Mills,T.Onuma及Y.Lu,"Formation of a Hydrogen Plasma from an Incandescently Heated Hydrogen－Catalyst Gas Mixture with an Anomalous Afterglow Duration," Int.J.Hydrogen Energy，第26卷，第7期，7月，(2001)，第749－762頁；R.L.Mills,"Observation of Extreme Ultraviolet Emission from Hydrogen－KI Plasmas Produced by a Hollow Cathode Discharge," Int.J.Hydrogen Energy，第26卷，第6期，(2001)，第579－592頁；R.L.Mills,B.Dhandapani,M.Nansteel,J.He,T Shannon,A.Echezuria,"Synthesis and Characterization of Novel Hydride Compounds," Int.J.of Hydrogen Energy，第26頁，第4期，(2001)，第339－367頁；R.L.Mills,"Temporal Behavior of Light－Emission in the Visible Spectral Range from a Ti－K2CO3－H－Cell," Int.J.Hydrogen Energy，第26 卷，第4期，(2001)，第327－332頁；R.L.Mills,M.Nansteel 及Y.Lu,"Observation of Extreme Ultraviolet Hydrogen Emission from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Strontium that Produced an Anomalous Optically Measured Power Balance," Int.J.Hydrogen Energy，第26卷，第4期，(2001)，第309－326頁；R.L.Mills,"BlackLight Power Technology－A New Clean Hydrogen Energy Source with the Potential for Direct Conversion to Electricity," Proceedings of the National Hydrogen Association,12th Annual U.S.Hydrogen Meeting and Exposition,Hydrogen：The Common Thread ,The Washington Hilton and Towers,Washington DC,(2001年3月6－8日)，第671－697頁；R.L.Mills,"The Grand Unified Theory of Classical Quantum Mechanics," Global Foundation,Inc.Orbis Scientiae題為The Role of Attractive and Repulsive Gravitational Forces in Cosmic Acceleration of Particles The Origin of the Cosmic Gamma Ray Bursts ,(自1964年以來之29th Conference on High Energy Physics and Cosmology)Dr.Behram N.Kursunoglu,Chairman,2000年12月14－17日，Lago Mar Resort,Fort Lauderdale,FL,Kluwer Academic/Plenum Publishers,New York，第243－258頁；R.L.Mills,B.Dhandapani,N.Greenig,J.He,"Synthesis and Characterization of Potassium Iodo Hydride," Int.J.of Hydrogen Energy，第25卷，第12期，12月，(2000)，第1185－1203頁；R.L.Mills, "The Hydrogen Atom Revisited," Int.J.of Hydrogen Energy，第25卷，第12期，12月，(2000)，第1171－1183頁；R.L.Mills,"BlackLight Power Technology－A New Clean Energy Source with the Potential for Direct Conversion to Electricity," Global Foundation International Conference on "Global Warming and Energy Policy," Dr.Behram N.Kursunoglu,Chairman,Fort Lauderdale,FL,2000年11月26－28日，Kluwer Academic/Plenum Publishers,New York，第187－202頁；R.L.Mills,J.Dong,Y.Lu,"Observation of Extreme Ultraviolet Hydrogen Emission from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Certain Catalysts," Int.J.Hydrogen Energy，第25卷，(2000)，第919－943頁；R.L.Mills,"Novel Inorganic Hydride," Int.J.of Hydrogen Energy，第25卷，(2000)，第669－683頁；R.L.Mills,"Novel Hydrogen Compounds from a Potassium Carbonate Electrolytic Cell," Fusion Technol.，第37卷，第2期，3月，(2000)，第157－182頁；R.L.Mills,W.Good,"Fractional Quantum Energy Levels of Hydrogen," Fusion Technology，第28卷，第4期，11月，(1995)，第1697－1719頁；R.L.Mills,W.Good,R.Shaubach,"Dihydrino Molecule Identification," Fusion Technol.，第25卷，(1994),103；R.L.Mills及S.Kneizys,Fusion Technol.第20卷，(1991),65；及先前公開之PCT申請案第WO90/13126號；第WO92/10838號；第WO94/29873號；第WO96/42085 號；第WO99/05735號；第WO99/26078號；第WO99/34322號；第WO99/35698號；第WO00/07931號；第WO00/07932號；第WO01/095944號；第WO01/18948號；第WO01/21300號；第WO01/22472號；第WO01/70627號；第WO02/087291號；第WO02/088020號；第WO02/16956號；第WO03/093173號；第WO03/066516號；第WO04/092058號；第WO05/041368號；第WO05/067678號；第WO2005/116630號；第WO2007/051078號；及第WO2007/053486號；及先前美國專利第6,024,935號及第7,188,033號，其全部揭示內容均係以引用的方式併入本文中(下文中為"Mills先前公開案")。

原子、離子或分子之結合能(亦稱作電離能)為將一電子自該原子、離子或分子移除所需之能量。具有方程式(1)中所提供之結合能之氫原子在下文中稱作低能量氫原子或低館量氫 。半徑(其中a _H 為普通氫原子之半徑且p 為整數)之低能量氫之名稱為。具有半徑a _H 之氫原子在下文中稱作"普通氫原子"或"正常氫原子"。普通原子氫之特徵在於其結合能為13.6 eV。

低能量氫係藉由使普通氫原子與具有大約以下淨反應焓之觸媒反應形成：m ．27.2eV (2)，其中m 為整數。在Mills早期申請之專利申請案中，此觸媒亦稱作能量洞或能源洞。咸信催化速率隨著淨反應焓愈接近與m ．27.2eV 匹配而增大。已發現具有在m ．27.2eV ±10%、較佳±5%內之淨反應焓之觸媒適於大多數應用。

此催化自氫原子釋放能量，與氫原子尺寸之減小相稱，r _n ＝na _H 。舉例而言，H(n ＝1)催化為H(n ＝1/2)釋放40.8 eV，且氫半徑自a _H 降至。催化系統係藉由將t 個電子自各原子電離為連續能級而提供，以使得t 個電子之電離能之和為約m ．27.2eV ，其中m 為整數。

一種此催化系統涉及鋰金屬。鋰之第一電離能及第二電離能分別為5.39172 eV及75.64018 eV[1]。因而Li 至Li ^2＋之雙重電離(t ＝2)反應具有81.0319 eV之淨反應焓，其等價於方程式(2)中m＝3。

Li ^2＋＋2e ^－ →Li (m )＋81.0319eV (4)且，總反應為

在另一實施例中，催化系統涉及銫。銫之第一電離能及第二電離能分別為3.89390 eV及23.15745 eV。因而，Cs 至Cs ^2＋之雙重電離(t ＝2)反應具有27.05135 eV之淨反應焓，其等價於方程式(2)中m ＝1。

Cs ^2＋＋2e ^－ →Cs (_m )＋27.05135eV (7)且，總反應為

另一催化系統涉及鉀金屬。鉀之第一電離能、第二電離能及第三電離能分別為4.34066 eV、31.63 eV、45.806 eV[1]。因而，K 至K ^3＋之三重電離(t ＝3)反應具有81.7767 eV之淨反應焓，其等價於方程式(2)中m ＝3。

K ^3＋＋3e ^－ →K (m )＋81.7426eV (10)且，總反應為作為電力源，在催化期間放出之能量遠大於觸媒之能量損失。與習知化學反應相比，所釋放之能量更大。舉例而言，當氫與氧氣經歷燃燒形成水時，已知形成水之焓為⊿H _f ＝－286千焦/莫耳或以每個氫原子計1.48 eV。與之相比，經歷催化之各(n＝1)普通氫原子釋放40.8 eV之淨值。此外，可發生其他催化轉變：等等。一旦催化開始，則低能量氫在稱作歧化之過程中進一步自動催化。此機制與無機離子催化之機制類似。然而，由於焓與m ．27.2eV 更匹配，低能量氫催化應具有比無機離子觸媒高之反應速率。

本發明之其他催化產物

本發明之低能量氫氫化物離子可藉由使電子源與低能量氫(亦即，具有約之結合能之氫原子，其中且p 為大於1之整數)反應形成。該低能量氫氫化物離子係由H ^－ (n ＝1/p )或H ^－ (1/p )表示：

低能量氫氫化物離子不同於包含一普通氫核及兩個結合能為約0.8 eV之電子之普通氫化物離子。後者在下文中稱作"普通氫化物離子"或"正常氫化物離子"。低能量氫氫化物離子包含一氫核(包括氕、氘或氚)及兩個結合能為根據方程式(15)之不可區別之電子。

新穎低能量氫氫化物離子之結合能可由下式表示：其中p 為大於1之整數，s ＝1/2，π為pi，為普朗克常數(Planck's constant)bar，μ ₀ 為真空之磁導率，m _e 為電子質量，μ _e 為由提供之降低之電子質量，其中m _p 為質子質量，a _H 為氫原子之半徑，a ₀ 為玻爾半徑(Bohr radius)，且e 為基本電荷。半徑由下式給出：

作為p (其中p 為整數)之函數之低能量氫氫化物離子H ^－ (n ＝1/p )的結合能展示於表1中。

根據本發明，提供具有大於(對於p ＝2至23而言)及小於(對於p ＝24(H^－ )而言)普通氫化物離子之結合(約0.8 eV)之根據方程式(15－16)的結合能之低能量氫氫化物離子(H^－ )。對於方程式(15－16)之p ＝2至p ＝24而言，氫化物離子結合能分別為3 eV、6.6 eV、11.2 eV、16.7 eV、22.8 eV、29.3 eV、36.1 eV、42.8 eV、49.4 eV、55.5 eV、61.0 eV、65.6 eV、69.2 eV、71.6 eV、72.4 eV、71.6 eV、68.8 eV、64.0 eV、56.8 eV、47.1 eV、34.7 eV、19.3 eV及0.69 eV。亦提供包含新穎氫化物離子之組合物。

低能量氫氫化物離子不同於包含一普通氫核及兩個結合能為約0.8 eV之電子之普通氫化物離子。後者在下文中稱作"普通氫化物離子"或"正常氫化物離子"。低能量氫氫化物離子包含一氫核(包括氕、氘或氚)及兩個結合能為根據方程式(15－16)之不可區別之電子。

提供新穎化合物，其包含一或多個低能量氫氫化物離子及一或多種其他元素。此化合物稱作低能量氫氫化物化合物 。

普通氫物質之特徵在於以下結合能：(a)氫化物離子，0.754 eV("普通氫化物離子")；(b)氫原子("普通氫原子")，13.6 eV；(c)二原子氫分子，15.3 eV("普通氫分子")；(d)氫分子離子，16.3 eV("普通氫分子離子")；及(e)，22.6 eV("普通三氫分子離子")。在本文中，關於氫形式，"正常"與"普通"同義。

根據本發明之另一實施例，提供一種化合物，其包含至少一種諸如以下各物之結合能增大之氫物質：(a)氫原子，其具有約、較佳在±10%內、更佳在±5%內之結合能，其中p 為整數，較佳2至137之整數；(b)氫化物離子(H ^－ )，其具有大約、較佳在±10%內、更佳在±5%內之結合能，其中p 為整數，較佳2至24之整數；(c)(1/p )；(d)三低能量氫分子離子，(1/p )，其具有約、較佳在±10%內、更佳在±5%內之結合能，其中p 為整數，較佳2至137之整數；(e)二低能量氫，其具有約、較佳在±10%內、更佳在±5%內之結合能，其中p 為整數，較佳2至137之整數；(f)二低能量氫分子離子，其具有約、較佳在±10%內、更佳在±5%內之結合能，其中p 為整數，較佳2至137之整數。

根據本發明之另一較佳實施例，提供一種化合物，其包含至少一種諸如以下各物之結合能增大之氫物質：(a)二低能量氫分子離子，其具有較佳在±10%內、更佳在±5%內之總能量，其中p 為整數，為普朗克常數bar，m _e 為電子質量，c 為光在真空中之速度，μ 為降低之核質量，且k 為先前解決之諧和力常數[2]；及(b)二低能量氫分子，其具有較佳在±10%內、更佳在±5%內之總能量，其中p 為整數且a ₀ 為玻爾半徑。

根據化合物包含帶負電之結合能增大之氫物質的本發明之一實施例，該化合物此外包含一或多個陽離子，諸如質子、普通H ₂ ^＋或普通H ₃ ^＋。

提供一種製備包含至少一種結合能增大之氫化物離子之化合物的方法。此等化合物在下文中稱作"低能量氫氫化物化合物"。該方法包含使原子氫與淨反應焓為約(其中m為大於1之整數，較佳為小於400之整數)之觸媒反應，以產生具有約之結合能之結合能增大的氫原子，其中p 為整數，較佳2至137之整數。催化之另一產物為能量。可使結合能增大之氫原子與電子源反應，以產生結合能增大之氫化物離子。可使該結合能增大之氫化物離子與一或多種陽離子反應以產生包含至少一種結合能增大之氫化物離子之化合物。

包含藉由催化原子氫形成之新穎形式之氫之物質的新穎氫物質及組合物揭示於"Mills先前公開案"中。物質之新穎氫組合物包含：(a)具有以下結合能之至少一種中性、正或負氫物質(下文中為"結合能增大之氫物質")：(i)大於相應普通氫物質之結合能，或(ii)大於任何氫物質之結合能，對其而言相應普通氫物質不穩定或因普通氫物質之結合能小於在周圍條件(標準溫度及壓力，STP)下之熱能或為負而未觀測到；及(b)至少一種其他元素。本發明之化合物在下文中稱作"結合能增大之氫化合物"。

上下文中之"其他元素"意謂除結合能增大之氫物質之外的元素。因此，另一元素可為普通氫物質，或除氫外的任何元素。在一組化合物中，另一元素及結合能增大之氫物質為中性。在另一組化合物中，另一元素及結合能增大之氫物質帶電以使得另一元素提供平衡電荷以形成中性化合物。前一組化合物之特徵為分子及配位鍵結；後一組之特徵為離子鍵結。

亦提供新穎化合物及分子離子，其包含(a)至少一種具有以下總能量之中性、正或負氫物質(在下文中為"結合能增大之氫物質")：(i)大於相應普通氫物質之總能量，或(ii)大於任何氫物質之總能量，對其而言相應普通氫物質不穩定或因普通氫物質之總能量小於在周圍條件下之熱能或為負而未觀測到；及(b)至少一種其他元素。

氫物質之總能量為將所有電子自該氫物質移除之能量之和。根據本發明之氫物質具有大於相應普通氫物質之總能量的總能量。根據本發明具有增大之總能量之氫物質亦稱作"結合能增大之氫物質"，即使具有增大之總能量之氫物質的一些實施例可具有小於相應普通氫物質之第一電子結合能的第一電子結合能。舉例而言，方程式(15－16)之氫化物離子(對於p ＝24而言)具有小於普通氫化物離子之第一結合能的第一結合能，而方程式(15－16)之氫化物離子(對於p ＝24而言)之總能量遠大於相應普通氫化物離子之總能量。

亦提供新穎化合物及分子離子，其包含：(a)複數個具有以下結合能之中性、正或負氫物質(下文中為"結合能增大之氫物質")：(i)大於相應普通氫物質之結合能，或(ii)大於任何氫物質之結合能，對其而言相應普通氫物質不穩定或因普通氫物質之結合能小於在周圍條件下之熱能或為負而未觀測到；及(b)視情況一種其他元素。本發明之化合物在下文中稱作"結合能增大之氫化合物"。

該結合能增大之氫物質可藉由使一或多個低能量氫原子與電子、低能量氫原子、含有該結合能增大之氫物質之至少一者之化合物及至少一種除結合能增大之氫物質外的其他原子、分子或離子中之一或多者反應形成。

亦提供新穎化合物及分子離子，其包含：(a)複數個具有以下總能量之中性、正或負氫物質(下文中為"結合能增大之氫物質")：(i)大於普通分子氫之總能量，或(ii)大於任何氫物質之總能量，對其而言相應普通氫物質不穩定或因普通氫物質之總能量小於在周圍條件下之熱能或為負而未觀測到；及(b)視情況一種其他元素。本發明之化合物在下文中稱作"結合能增大之氫化合物"。

在一實施例中，提供一種化合物，其包含至少一種選自由以下各物組成之群的結合能增大之氫物質：(a)具有大於(對於p ＝2至23而言)及小於(對於p ＝24而言)普通氫化物離子之結合(約0.8 eV)之根據方程式(15－16)的結合能之氫化物離子("結合能增大之氫化物離子"或"低能量氫氫化物離子")；(b)結合能大於普通氫原子之結合能(約13.6 eV)之氫原子("結合能增大之氫原子"或"低能量氫")；(c)具有大於約15.3 eV之第一結合能之氫分子("結合能增大之氫分子"或"二低能量氫")；及(d)具有大於約16.3 eV之結合能之分子氫離子("結合能增大之分子氫離子"或"二低能量氫分子離子")。

結合能增大之物質之特性及鑑別

已開發出原子氫與某些觸媒之間基於共振能量轉移機制的新化學產生或輔助之電漿源(rt－電漿)，其可為新電力源。產物為更穩定之氫化物及分子氫物質，諸如H ^－ (1/4)及H ₂ (1/4)。一種此源藉由以下方法來操作：白熾加熱氫離解器及觸媒以分別提供原子氫及氣態觸媒，以使得該觸媒與該原子氫反應以產生電漿。特別地，Mills等人[3－10]在低溫(例如約10³ K )及約1－2 V/cm之極低場強度下自原子氫及以原子氫之位能(27.2 eV)之整數倍單獨或複合電離的某些原子化元素或某些氣態離子觀測到強烈極紫外光(extreme ultraviolet；EUV)發射。眾多獨立實驗觀測結果證實rt－電漿係歸因於作為化學中間物產生之原子氫(處於比傳統基態(n ＝1)更低能量之分數量子態之氫)之新穎反應。釋放電力[3、9、11－13]，且最終反應產物為新穎氫化物化合物[3、14－16]或較低能量分子氫[17]。支持資料包括EUV光譜學[3－10、13、17－22、25、27－28]、來自觸媒及氫化物離子產物之特徵發射[3、5、7、21－22、27－28]、較低能量氫發射[12－13、18－20]、化學形成電漿[3－10、21－22、27－28]、特別(>100 eV)巴耳末(Balmer)α譜線增寬[3－5、7、9－10、12、18－19、21、23－28]、H譜線之粒子數反轉[3、 21、27－29]、升高之電子溫度[19、23－25]、異常電漿餘輝持續時間[3、8]、發電[3、9、11－13]及新穎化合物之分析[3、14－16]。

先前給出之理論[6、18－20、30]係基於麥克斯韋方程式(Maxwell's equation)來解決電子結構問題。對於方程式(20)之n >1而言，氫激發態呈現熟知里德伯方程式(方程式(19))。

n＝1、2、3... (20)另一結果為原子氫可經歷與某些原子、準分子及離子之催化反應，該等原子、準分子及離子提供具有原子氫位能之整數倍之淨焓(m ．27.2eV ，其中m 為整數)的反應。該反應涉及非輻射能量轉移以形成稱作低能量氫原子之氫原子，其能量低於對應於分數主量子數之未反應原子氫。亦即，置換里德伯方程式中關於氫激發態之熟知參數n ＝整數。氫之n ＝1態及氫之態為非輻射性的，但經由非輻射能量轉移有可能實現兩個非輻射態之間的躍遷(亦即n ＝1至n ＝1/2)。因此，觸媒提供m ．27.2eV 之淨正反應焓(亦即其共振接受來自氫原子之非輻射能量轉移且向環境中釋放能量以影響至分數量子能級之電子躍遷)。由於非輻射能量轉移，氫原子變得不穩定且發射其他能量直至其達成具有由方程式(19)及(21)提供之主能級之較低能量非輻射態。在不存在光子之情況下發生且需要碰撞之諸如氫分子鍵形成之過程為常見的[31]。此外，一些商業磷光體係基於涉及多極偶合之共振非輻射能量轉移[32]。

兩個H (1/p )可反應形成H ₂ (1/p )。先前以顯著精確性確切解決了氫分子離子及分子電荷及電流密度函數、鍵距離及能量問題[30、33]。使用具有非輻射限制之橢球座標中之拉普拉斯算子(Laplacian)，在長球面分子軌道之各焦點處具有＋pe 之中心場之氫分子的總能量為其中p 為整數，為普朗克常數bar，m _e 為電子質量，c 為光在真空中之速度，μ 為降低之核質量，k 為先前在僅具有基本常數之封閉形式方程式中解決之諧和力常數[30、33]且a ₀ 為玻爾半徑。分數里德伯態分子氫H ₂ (1/p )之振動能及轉動能為H ₂ 之彼等者的p ² 倍。因此，對於氫型分子H ₂ (1/p )之υ＝0至υ＝1躍遷而言，振動能E _vib 為[30,33]，E _vib ＝p ² 0.515902eV (23)其中H ₂ 之υ＝0至υ＝1躍遷之實驗振動能E _{H
2(υ＝0→υ＝1)} 係由 Beutler[34]及Herzberg[35]給出。氫型分子H ₂ (1/p )之J 至J ＋1躍遷之轉動能E _rot 為[30、33]，其中I 為慣性矩，且H ₂ 之J ＝0至J ＝1躍遷之實驗轉動能係由Atkins[36]給出。轉動能之p ² 依賴性由核間距離之反向p 依賴性及對I 之相應影響產生。H ₂ (1/p )之預測核間距離2c '為使用充分確定之理論，轉動能提供對I 及核間距離之極精確量度[37]。

Ar ^＋可充當觸媒，因為其電離能為約27.2 eV。Ar ^＋至Ar ^2＋之觸媒反應形成H (1/2)，其可進一步充當觸媒與反應物以形成H (1/4)[19－20、30]。因此，預測H (1/4)之觀測結果具流動依賴性，因為H ₂ (1/4)之形成需要形成中間物。由流動電漿氣體實驗測試該機制。預計由12.5 keV電子束激發之高壓氬－氫電漿發射中性分子。預計H ₂ (1/4)之轉動譜線且在150 nm－250 nm區域中找尋。將該等譜線與對應於由方程式(25)提供之H ₂ 之核間距離之1/4的核間距離之方程式(23－24)所預測之譜線進行比較。對於方程式(23－24)中p ＝4而言，υ＝1→υ＝0振動－轉動系列之H ₂ (1/4)之預測能量為

He ^＋亦滿足觸媒標準：其中焓變等於27.2 eV之整數倍之化學或物理過程，因為其在54.417 eV下電離，所以其為2．27.2 eV。He ^＋之催化反應之產物H (1/3)可進一步充當觸媒以形成H (1/4)及H (1/2)[19－20、30]，其可引起向其他態H (1/p )之躍遷。能量為q ．13.6 eV(其中q ＝1、2、3、4、6、7、8、9或11)之新穎發射譜線先前由記錄於氦與2%氫之微波放電上之極紫外光(EUV)分光計觀測[18－20]。該等譜線匹配H (1/p )，其為由方程式(19)及(21)給出之原子氫之分數里德伯態。

自大氣壓電子束激發之氬－氫電漿在145 nm－300 nm區域中觀測到轉動譜線。能量間隔為氫之4² 倍之空前能量間隔形成核間距離為H ₂ 之1/4之核間距離且鑑別為H ₂ (1/4)(方程式(23－26))。H ₂ (1/p )氣體係使用高真空(10^－6 托)液氮冷凝阱由氦－氫電漿氣體之液化分離且由質譜(MS)表徵。根據MS，可冷凝氣體具有比H₂ 高之電離能[17]。來自含有相應氫化物離子H ^－ (1/4)之氫化物之化學分解以及來自催化－電漿氣體之液化之H ₂ (1/4)氣體亦由¹ H NMR鑑別為在2.18 ppm下之高場位移單峰(相對於在4.63 ppm下之H ₂ )，其與理論預測相匹配[13、17]。H ₂ (1/4)係由關於來自電子束保持氬－氫電漿及來自含有H ^－ (1/4)與間隙H ₂ (1/4)之固體樣品之傅立葉轉換紅外(FTIR)光譜學的振動－轉動發射之研究來進一步表微。

使用水浴量熱法來測定在rt－電漿中由於反應形成由方程式(19)及(21)給出之狀態是否形成可量測功率。特定言之，在相同氣體流動條件、壓力及微波操作條件下，由艾文森微波腔(Evenson microwave cavity)產生之He /H ₂ (10%)(500毫托)、Ar /H ₂ (10%)(500毫托)及H ₂ O (g)(500毫托及200毫托)電漿一致產生比諸如He 、Kr 、Kr /H ₂ (10%)之非rt－電漿(對照物)多50%之級別之熱。rt－電漿之過量功率密度為10W ．cm ^－3 級。除唯一真空紫外線(vacuum ultraviolet；VUV)譜線之外，藉由該等相同rt－電漿之早期研究證實存在其他不常見特徵，包括氫巴耳末系列譜線之急劇增寬[3－5、7、9－10、12、18－19、21、23－28]及在水電漿之情況下氫激發態之粒子數反轉[3、21、27－29]。關於在rt－電漿中發生之迄今未知預測放熱化學反應之存在，目前結果與早期結果完全一致。

因為Sr ^＋至Sr ^3＋之電離能具有2．27.2 eV之淨反應焓，所以Sr ^＋可單獨或與Ar ^＋觸媒一起充當觸媒。先前已報導以低場(1 V/cm)、在低溫(例如約10³ K)下由在鎢絲下產生之原子氫及鍶(其係藉由加熱金屬而汽化)所形成的rt－電漿[4－5、7、9－10]。觀測到強VUV發射，其隨著添加氬而增加，但當鈉、鎂或鋇置換鍶或單獨用氫、氬或鍶時不增加。在不具有典型里德伯系列之Ar I及Ar II譜線之情況下在45.6 nm下自Ar ^2＋之連續態觀測特徵性發射，其證實自原子氫至Ar ^＋之27.2 eV之共振非輻射能量轉移[5、7、22]。自鍶－氫電漿亦觀測到預測Sr ^3＋發射譜線[5、7]，其支持rt－電漿機制。觀測到對應於非常快速H(25 eV)之H巴耳末α譜線之時間－依賴性譜線增寬。對將Ar ^＋作為另一觸媒添加至Sr ^＋中後所形成之rt－電漿量熱量測到20mW ．cm ^－3 之過量功率。

與純氫、氙－氫及鎂－氫之約3 eV相比，關於鍶及氬－鍶rt－電漿及鍶－氫、氦－氫、氬－氫、鍶－氦－氫及鍶－氬－氫之放電分別觀測到14 eV、24 eV及23－45 eV之對應於平均氫原子溫度之顯著巴耳末α譜線增寬。為達成相同光學量測之光輸出功率，氫－鈉、氫－鎂及氫－鋇混合物分別需要氫－鍶混合物之功率之4000倍、7000倍及6500倍，且添加氬將該等比率增大約兩倍。與單獨氫及鈉－氫混合物之250 V及氫－鎂及氫－鋇混合物之140 V－150 V相比，氫－鍶混合物在約2 V之極低電壓下形成輝光放電電漿[4－5、7]。該等電壓過低以至於不可由涉及具有高施加場之加速離子之習知機制來解釋。低電壓EUV及可見光源為可用的[10]。

一般而言，自氫原子至觸媒之m ．27.2eV 之能量轉移使得H原子之中心場相互作用增大m 倍且其電子將氫原子半徑a _H 降低m級至之半徑[19－20]。因為K 至K ^3＋提供淨焓等於原子氫位能之三倍(3．27.2eV )之反應，所以其可充當觸媒以使得經歷催化之各普通氫原子釋放204 eV之淨值[3]。隨後可使K 與產物H (1/4)反應以形成較低態H (1/7)或可發生其他催化躍遷：等等，在稱作歧化之過程中僅涉及低能量氫。因為低能量氫之電離能及介穩態共振態由於對應於位能之多極展開式而為如先前給出之m ．27.2eV (方程式(19)及(21))[19－20、30]，所以一旦催化開始，則低能量氫自動催化其他躍遷至較低態。此機制與無機離子催化機制類似。自第一低能量氫原子至第二低能量氫原子之m ．27.2eV 之能量轉移使得第一原子之中心場增大m 倍且其電子將之半徑降低m級至之半徑。

觸媒產物H (1/p )亦可與電子反應以形成具有結合能E _B 之新穎氫化物離子H ^－ (1/p )[3、14、16、21、30]：其中p 為大於1之整數，s ＝1/2，為普朗克常數bar，μ ₀ 為真空之磁導率，m _e 為電子質量，μ _e 為由提供之降低之電子質量，其中m _p 為質子質量，a _H 為氫原子之半徑，a ₀ 為玻爾半徑，且e 為基本電荷。離子半徑為。根據方程式(27)，氫化物離子之計算電離能為0.75418 eV，且由Lykke[38]給出之實驗值為6082.99±0.15cm ^－1 (0.75418 eV)。

先前報導高能催化反應之大量證據[3]，其涉及氫原子與K 之間的共振能量轉移以形成極穩定之新穎氫化物離子H ^－ (1/p )(稱作低能量氫氫化物)，其具有預測分數主量子數p ＝4。自K ^3＋觀測到特徵發射，其證實自原子氫至K 之3．27.2 eV之共振非輻射能量轉移。根據方程式(27)，H ^－ (1/4)之結合能E _B 為E _B ＝11.232eV (λ_vac ＝1103.8) (28) 在110 nm下光譜學觀測到產物氫化物離子H ^－ (1/4)，此對應於其預測結合能11.2 eV[3、21]。

高場位移NMR峰為存在具有相對於普通氫化物離子減小之半徑且質子之抗磁性屏蔽增加之較低能態氫的直接證據。H ^－ (1/p )之總理論位移係由H ^－ (1/1)之位移加由於較低電子能態產生之貢獻之和提供：其中p 為大於1之整數。由¹ H MAS NMR表徵相應鹼金屬氫化物及鹼金屬低能量氫氫化物(含有H ^－ (1/p ))且將其與理論值進行比較。預測峰與觀測峰別無選擇之匹配代表確定測試。

新穎化合物KH *Cl 相對於外部四甲基矽烷(TMS)之¹ H MAS NMR光譜展示在－4.4 ppm處之大獨特高場共振，其對應於匹配p ＝4之理論預測之－35.9 ppm的絕對共振位移[3、14－16]。此結果證實自強烈氫來曼(Lyman)發射之rt－電漿、固定反轉之來曼粒子數、過量餘輝持續時間、高能氫原子、因催化產生之特徵性鹼離子發射、預測新穎譜線及功率之量測之先前觀測結果超出任何習知化學[3]，其與關於原子氫之催化反應形成更穩定氫化物離子(稱作H ^－ (1/p ))之預測相匹配。因為KH *Cl 之理論位移與實驗位移之比較為較低能量氫在其形成期間具有隱含大放熱量之直接證據，藉由紅外(FTIR)光譜進一步分析重複NMR結果以消除任何已知說明[39]。

元素分析鑑別[14、16]該等化合物僅含有鹼金屬、鹵素及氫，且文獻中未發現具有高場位移氫化物NMR峰之此組合物之已知氫化物化合物。單獨或混合有鹼金屬鹵化物之普通鹼金屬氫化物展示低場位移峰[3、14－16]。根據文獻，作為高場NMR峰之可能源之H ^－ (1/p )的替代物之清單限於U中心H。由於在KCl 中用H ^－取代Cl ^－而在503cm ^－1 下出現之強烈及特徵性紅外振動帶使得能夠消除作為高場位移NMR峰之源之U中心H[39]。

關於進一步表徵，進行低能量氫氫化物KH *I 之X射線光電子光譜(XPS)以測定是否觀測到由方程式(28)給出之預測H ^－ (1/4)結合能，且在氬中儲存90天之前及之後進行該等具有H ^－ (1/4)之晶體之FTIR分析以探求具有由方程式(24)給出之預測轉動能之間隙H ₂ (1/4)。由於極小氫分子之自由旋轉，在具有鄰位－對位分離之此能量下單一轉動峰之鑑別將表示其存在之明確證據，因為不存在其他可能賦值[39]。

因為在具有歸屬於H ^－ (1/4)之峰之KH *I 晶體中觀測到H ₂ (1/4)之轉動發射且由於H ₂ (1/4)之碰撞激發自氬與1%氫之12.5 keV電子束保持電漿觀測到H ₂ (1/4)之振動－轉動發射，所以使用12.5 keV電子槍在低於任何氣體可產生可偵測發射之壓力(<10^－5 托)下藉由無窗EUV光譜學關於晶體之電子束激發研究KH *Cl 之晶格中捕集之H ₂ (1/4)或由H^－ (1/4)形成或經由電子轟擊由H之K 催化原位形成之H ₂ (1/4)[39]。亦藉由此技術證實H ₂ (1/4)之轉動能。來自廣譜研究技術之一致結果提供確定證據證明：氫可以H ^－ (1/4)及H ₂ (1/4)形式以先前認為可能之較低能態存在。在一實施例中，Li觸媒反應與NaH觸媒反應之產物均為H ^－ (1/4)及H ₂ (1/4)且另外關於NaH為H ^－ (1/3)及H ₂ (1/3)。本發明藉由EUV光譜學、來自觸媒及氫化物離子產物之特徵性發射、較低能量氫發射、化學形成電漿、特別巴耳末α譜線增寬、H譜線之粒子數反轉、升高之電子溫度、異常電漿餘輝持續時間、發電及新穎化合物之分析提供其鑑別及相應高能放熱反應。關於物質H ^－ (1/p )及H ₂ (1/p )之較佳鑑別技術為H ^－ (1/p )及H ₂ (1/p )之NMR、捕集於晶體中之H ₂ (1/p )之FTIR、H ^－ (1/p )之XPS、H ^－ (1/p )之ToF－SIMs、H ₂ (1/p )之電子束激發發射光譜、捕集於晶格中之H ₂ (1/p )之電子束發射光譜及包含H ^－ (1/p )之新穎化合物之TOF－SIMS鑑別。用於高能催化反應及功率平衡之較佳表徵技術為譜線增寬、電漿形成及熱量測定。H ^－ (1/p )及H ₂ (1/p )較佳分別為H ^－ (1/4)及H ₂ (1/4)。

氫觸媒反應器

根據本發明，一用於產生能量及較低能量氫物質之氫觸媒反應器50展示於圖1A中且包含一容器52，其含有能量反應混合物54；一熱交換器60；及一功率轉化器，諸如蒸汽產生器62及渦輪70。在一實施例中，催化涉及使來自源56之原子氫與觸媒58反應以形成較低能量氫"低能量氫"且產生功率。當由氫及觸媒組成之反應混合物反應形成較低能量氫時，該熱交換器60吸收由催化反應釋放之熱量。熱交換器與該蒸汽產生器62交換熱量，蒸汽產生器62吸收來自交換器60之熱量且產生蒸汽。能量反應器50進一步包含一渦輪70，其接收來自蒸汽產生器62之蒸汽且向一發電機80供應機械功率，該發電機80將蒸汽能量轉化為電能，其可由一負載90接收以產生功或用於耗散。

在一實施例中，該能量反應混合物54包含能量釋放物質56，諸如經由供應通道42供應之固體燃料。反應混合物可包含氫同位素原子源或分子氫同位素源及觸媒58之源，其共振移除約m ．27.2eV 以形成較低能量原子氫，其中m 為整數，較佳小於400之整數，其中降低氫能態之反應藉由使氫與觸媒接觸而發生。觸媒可為熔融態、液態、氣態或固態。催化以諸如熱之形式釋放能量且形成較低能量氫同位素原子、分子、氫化物離子及較低能量氫化合物之至少一者。因此，發電用單元亦包含一較低能量氫化學反應器。

氫源可為氫氣、包括熱解離之水解離、水電解、來自氫化物之氫或來自金屬－氫溶液之氫。在另一實施例中，能量釋放物質56之分子氫由混合物54中解離分子氫之觸媒而解離為原子氫。此等解離觸媒亦可吸收氫、氘或氚原子及/或分子且包括(例如)貴金屬(諸如鈀及鉑)、難熔金屬(諸如鉬及鎢)、過渡金屬(諸如鎳及鈦)、內過渡金屬(諸如鈮及鋯)之元素、化合物、合金或混合物，及先前Mills公開案中列出之其他此等材料。解離體較佳具有高表面積，諸如貴金屬，諸如Pt、Pd、Ru、Ir、Re或Rh，或Ni/Al₂ O₃ 、 SiO₂ ，或其組合。

在一實施例中，觸媒係藉由電離來自原子或離子之t 個電子至連續能級以使得該t 個電子之電離能之和為約m ．27.2eV 來提供，其中t 及m 各自為整數。觸媒亦可藉由轉移參與離子之間之t 個電子來提供。t 個電子自一離子轉移至另一離子提供淨反應焓，藉此供電子離子之t 電離能之和減去受電子離子之t 個電子之電離能等於約m ．27.2eV ，其中t 及m 各自為整數。在另一較佳實施例中，觸媒包含具有與氫結合之原子M 之MH (諸如NaH )，且m ．27.2eV 之焓係由M－H 鍵能與t 個電子之電離能之和提供。

在一較佳實施例中，觸媒源包含經由觸媒供應通道41供應之催化物質58，其通常提供約之淨焓。觸媒包括本文中提供之觸媒及Mills先前公開案(例如PCT/US90/01998之表4及PCT/US94/02219之第25－46頁、第80－108頁)中所述之原子、離子、分子及低能量氫，該等公開案係以引用的方式併入本文中。在實施例中，觸媒可包含至少一種選自由以下各物組成之群之物質：分子，AlH、BiH、ClH、CoH、GeH、InH、NaH、RuH、SbH、SeH、SiH、SnH、C ₂ 、N ₂ 、O ₂ 、CO ₂ 、NO ₂ 及NO ₃ ；及原子或離子，Li、Be、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Kr、Rb、Sr、Nb、Mo、Pd、Sn、Te、Cs、Ce、Pr、Sm、Gd、Dy、Pb、Pt、Kr、2K ^＋、He ^＋、Na ^＋、Rb ^＋、Sr ^＋、Fe ^3＋、Mo ^2＋、Mo ^4＋、In ^3＋、He ^＋、Ar ^＋、Xe ^＋、Ar ^2＋與H ^＋及Ne^＋與H^＋。

氫觸媒反應器及電力系統

在電力系統之一實施例中，藉由一具有熱交換介質之熱交換器移除熱量。該熱交換器可為水壁且該介質可為水。熱量可直接傳遞用於空間及過程加熱。或者，諸如水之熱交換器介質經歷相變，諸如轉化為蒸汽。此轉化可發生於蒸汽產生器中。蒸汽可用於在熱引擎(諸如蒸汽渦輪及發生器)中發電。

根據本發明之用於再循環或再產生燃料之氫觸媒能量及產生較低能量氫物質之反應器5之一實施例展示於圖2A中且包含一含有固體燃料反應混合物11之鍋爐10、一氫源12、蒸汽管及蒸汽產生器13、一功率轉化器(諸如渦輪14)、一水冷凝器16、一水補充源17、一固體燃料再循環器18及一氫－二低能量氫氣體分離器19。在步驟1中，使包含觸媒源及氫源之固體燃料反應以形成低能量氫及較低能量氫產物。在步驟2中，將經消耗燃料再處理以再供應給鍋爐10以保持熱功率產生。在鍋爐10中產生之熱量在管及蒸汽產生器13中形成蒸汽，將其傳遞至渦輪14中，渦輪14轉而藉由驅動發生器來發電。在步驟3中，由水冷凝器16將水冷凝。任何水損失均可由水源17補充以完成循環來保持熱功率轉化。在步驟4中，可移除諸如低能量氫氫化物化合物及二低能量氫氣體之較低能量氫產物，且可使未反應氫回到燃料再循環器18或氫源12中以再添加至經消耗燃料中來補充再循環燃料。可由氫－二低能量氫氣體分離器19來分離氣體產物及未反應之氫。可使用固體燃料再循環器18來分離且移除任何產物低能量氫氫化物化合物。可於鍋爐中或鍋爐外部用返回之固體燃料執行處理。因此，系統可進一步包含氣體及質量輸送器之至少一者以移動反應物及產物來達成經消耗燃料之移除、再生及再供應。在燃料再處理期間自源12添加氫以補充在形成低能量氫時所消耗之氫且其可涉及再循環、未消耗之氫。再循環之燃料保持熱力產生以驅動發電設備來發電。

在一較佳實施例中，反應混合物包含可產生原子或分子觸媒及原子氫(其進一步反應以形成低能量氫)之反應物之物質，且由觸媒及原子氫之產生形成之產物可由至少使產物與氫反應之步驟再生。在一實施例中，反應器包含一移動床反應器，其可進一步包含一流體化反應器部分，其中反應物係連續供應且副產物經移除且再生且回到反應器中。在一實施例中，隨著反應物再生而收集諸如低能量氫氫化物化合物或二低能量氫分子之較低能量氫產物。此外，在反應物之再生期間，低能量氫氫化物離子可形成其他化合物或轉化為二低能量氫分子。

電力系統可進一步包含一觸媒冷凝器構件以藉由一溫度控制構件來保持觸媒蒸氣壓，該溫度控制構件將表面之溫度控制在比反應單元之溫度更低之值下。表面溫度保持在所需值下，其提供觸媒之所需蒸氣壓。在一實施例中，觸媒冷凝器構件為單元中之一管排(tube grid)。在熱交換器之一實施例中，熱轉移介質之流動速率可經控制在將冷凝器保持在比主熱交換器低之所需溫度下之速率下。在一實施例中，工作介質為水，且冷凝器處之流動速率比水壁處高，以使得冷凝器處於較低所需溫度。工作介質之單獨流可經再合併以轉移用於空間及過程加熱或轉化為蒸汽。

本能量發明進一步描述於Mills先前公開案中，該等公開案係以引用的方式併入本文中。本發明之單元包括先前描述之單元且進一步包含本文中所揭示之觸媒、反應混合物、方法及系統。本發明之電解單元能量反應器、電漿電解反應器、障壁電極反應器、RF電漿反應器、加壓氣體能量反應器、氣體放電能量反應器、微波單元能量反應器及輝光放電單元與微波及或RF電漿反應器之組合包含：一氫源；固態、熔融態、液態及氣態觸媒源之一者；一含有氫及觸媒之容器，其中形成較低能量氫之反應藉由使氫與觸媒接觸或藉由使MH 觸媒反應發生；及一用於移除較低能量氫產物之構件。對於功率轉化而言，各單元類型可與Mills先前公開案中所述之熱能或電漿至機械或電功率之任何轉化器以及熟習此項技術者已知之轉化器(諸如熱引擎、蒸汽或氣體渦輪系統、史特林引擎(Sterling engine)或熱離子或熱電轉化器)交界。其他電漿轉化器包含磁鏡磁流體動力學功率轉化器、電漿動力學功率轉化器、回旋管、光子聚束微波功率轉化器、電荷漂移功率或Mills先前公開案中所揭示之光電轉化器。在一實施例中，單元包含至少一個如Mills先前公開案中所給出之內燃機之汽缸。

氫氣單元及固體燃料反應器

根據本發明之一實施例，用於產生低能量氫及電力之反應器可採用氫氣單元之形式。本發明之氣體單元氫反應器展示於圖3A中。藉由與觸媒之催化反應來提供反應物低能量氫。催化可發生於氣相中或固態或液態中。

圖3A之反應器包含一反應容器207，其具有一能夠包含真空或大於大氣壓之壓力之腔室200。一與腔室200連通之氫源221經由氫供應通道242向該腔室傳遞氫。一控制器222經定位以控制經由氫供應通道242進入容器中之氫之壓力及流動。一壓力感應器223監測容器中之壓力。使用一真空泵256以經由一真空管線257來抽空腔室。

在一實施例中，催化發生於氣相中。藉由將單元溫度保持在高溫下而使觸媒成為氣態，該溫度轉而決定觸媒之蒸氣壓。亦將原子及/或分子氫反應物保持在可在任何壓力範圍內之所需壓力下。在一實施例中，壓力小於大氣壓，較佳在約10毫托至約100托之範圍內。在另一實施例中，藉由將觸媒源(諸如金屬源)與相應氫化物(諸如金屬氫化物)之混合物保持在保持於所需操作溫度下之單元中來決定壓力。

一用於產生低能量氫原子之觸媒源250可置於一觸媒儲集器295中，且可藉由加熱形成氣態觸媒。該反應容器207具有一觸媒供應通道241，其用於使來自該觸媒儲集器295之氣態觸媒通入反應腔室200中。或者，觸媒可置於反應容器內部之一耐化學性開放容器(諸如舟皿)中。

氫源可為氫氣及分子氫。氫可由解離分子氫之觸媒而解離為原子氫。此等解離觸媒或解離體包括(例如)阮尼鎳(R－ Ni)、貴金屬及貴金屬/載體。該貴金屬可為Pt、Pd、Ru、Ir及Rh，且該載體可為Ti、Nb、Al₂ O₃ 、SiO₂ 及其組合之至少一者。其他解離體為於碳上之Pt或Pd，其可包含氫溢出觸媒、鎳纖維墊、Pd薄片、Ti海綿、電鍍於Ti或Ni海綿或墊上之Pt或Pd、TiH、鉑黑及鈀黑、難熔金屬(諸如鉬及鎢)、過渡金屬(諸如鎳及鈦)、內過渡金屬(諸如鈮及鋯)，及先前Mills公開案中列出之其他此等材料。在一較佳實施例中，氫係於Pt或Pd上解離。該Pt或Pd可塗於諸如鈦或Al₂ O₃ 之載體材料上。在另一實施例中，解離體為諸如鎢或鉬之難熔金屬，且解離材料可由溫度控制構件230保持在高溫下，該溫度控制構件230可採用如圖3A中橫截面中所示之加熱線圈的形式。該加熱線圈係由一電源225供電。解離材料較佳保持在單元之操作溫度下。解離體可進一步在高於單元溫度之溫度下操作以更有效解離，且高溫可防止觸媒冷凝於解離體上。氫解離體亦可由熱絲(諸如由電源285供電之280)提供。

在一實施例中，發生氫解離以使得經解離氫原子與氣態觸媒接觸以產生低能量氫原子。藉由用一由一電源272供電之觸媒儲集器加熱器298控制觸媒儲集器295之溫度而將觸媒蒸氣壓保持在所需壓力下。當觸媒包含於反應器內部之舟皿中時，藉由調節舟皿之電源來控制觸媒舟皿之溫度而將觸媒蒸氣壓保持在所需值下。單元溫度可藉由由電源225供電之加熱線圈230控制在所需操作溫度下。單元(稱作滲透單元)可進一步包含一內部反應腔室200及一外部氫儲集器290，以使得氫可藉由使氫經由分隔兩個腔室之壁291擴散供應給單元。該壁之溫度可由一加熱器控制以控制擴散速率。該擴散速率可藉由控制氫儲集器中之氫壓力而進一步控制。

為保持觸媒壓力在所需值下，可將作為氫源之具有滲透之單元密封。或者，單元在各入口或出口處進一步包含高溫閥，以使得與反應氣體混合物接觸之該閥保持在所需溫度下。單元可進一步包含一獲取器或收集器255以選擇性收集較低能量氫物質及/或結合能增大之氫化合物且可進一步包含一選擇性閥206以釋放二低能量氫氣體產物。

觸媒可為原子鋰、鉀或銫、NaH分子及低能量氫原子之群之至少一者，其中催化包含歧化反應。可藉由將單元溫度保持在500℃－1000℃範圍內而使鋰觸媒成為氣態。單元較佳保持在500℃－750℃範圍內。單元壓力可保持在小於大氣壓下，較佳在約10毫托至約100托之範圍內。觸媒壓力及氫壓力之至少一者最佳係藉由將觸媒金屬及相應氫化物(諸如鋰及氫化鋰、鉀及氫化鉀、鈉及氫化鈉及銫及氫化銫)之混合物保持在保持於所需操作溫度下之單元來決定。呈氣相之觸媒可包含來自金屬或鋰金屬源之鋰原子。鋰觸媒較佳保持在由操作溫度範圍為500℃－1000℃之鋰金屬與氫化鋰之混合物決定之壓力下，且壓力最佳由操作溫度範圍為500℃－750℃之單元決定。在其他實施例中，K、Cs及Na置換Li，其中觸媒為原子K、原子Cs及分子NaH。

在包含一觸媒儲集器或舟皿之氣體單元反應器之一實施例中，氣態Na、NaH觸媒或氣態觸媒(諸如Li、K及Cs蒸氣)相對於作為單元蒸氣源之儲集器或舟皿中之蒸氣而在單元中保持在過熱條件下。在一實施例中，過熱蒸氣減少觸媒在氫解離體或下文中所揭示之至少一種金屬及金屬氫化物分子之解離體上的冷凝。在包含作為觸媒之來自儲集器或舟皿之Li的實施例中，該儲集器或舟皿係保持在Li汽化之溫度下。H₂ 可保持在低於在儲集器溫度下形成顯著莫耳分數之LiH之壓力的壓力下。可根據Mueller等人之資料圖(諸如在給定等溫線下H₂ 壓力對LiH莫耳分數之圖6.1[40])來確定達成此條件之壓力及溫度。在一實施例中，含有解離體之單元反應腔室係在較高溫度下操作以使得Li不冷凝於壁或解離體上。H₂ 可自儲集器流向單元以增大觸媒傳輸速率。諸如自觸媒儲集器流向單元且隨後流出單元為移除低能量氫產物以防止反應之低能量氫產物抑制反應的方式。在其他實施例中，K、Cs及Na置換Li，其中觸媒為原子K、原子Cs及分子NaH。

自氫源將氫供應至反應中。較佳藉由自氫儲集器滲透來供應氫。氫儲集器之壓力可在10托至10,000托、較佳100托至1000托且最佳約大氣壓之範圍內。單元可在約100℃至3000℃之溫度下、較佳在約100℃至1500℃之溫度下且最佳在約500℃至800℃之溫度下操作。

氫源可來自外加氫化物之分解。藉由滲透供應H₂ 之單元設計為包含置於一密封容器中之內部金屬氫化物之單元，其中原子H在高溫下透過。該容器可包含Pd、Ni、Ti或 Nb。在一實施例中，將氫化物置於含有氫化物之密封管(諸如Nb管)中且在兩端用密封物(諸如Swagelock)密封。在密封情況下，氫化物可為鹼或鹼土金屬氫化物。或者，在此情況以及內部氫化物試劑情況下，氫化物可為以下各物之群之至少一者：鹽氫化物、氫化鈦、氫化釩、氫化鈮及氫化鉭、氫化鋯及氫化鉿、稀土氫化物、氫化釔及氫化鈧、過渡元素氫化物、金屬間氫化物及由W.M.Mueller等人[40]給出之其合金。

在一實施例中，根據各氫化物分解溫度，氫化物及操作溫度±200℃為以下清單之至少一者：稀土氫化物，約800℃之操作溫度；氫化鑭，約700℃之操作溫度；氫化釓，約750℃之操作溫度；氫化釹，約750℃之操作溫度；氫化釔，約800℃之操作溫度；氫化鈧，約800℃之操作溫度；氫化鐿，約850℃－900℃之操作溫度；氫化鈦，約450℃之操作溫度；氫化鈰，約950℃之操作溫度；氫化鐠，約700℃之操作溫度；鋯－鈦(50%/50%)氫化物，約600℃之操作溫度；鹼金屬/鹼金屬氫化物混合物(諸如Rb/RbH或K/KH)，約450℃之操作溫度；及鹼土金屬/鹼土金屬氫化物混合物(諸如Ba/BaH₂ )，約900℃－1000℃之操作溫度。

呈氣態之金屬包含二原子共價分子。本發明之一目的在於提供原子觸媒，諸如Li以及K及Cs。因此，反應器可進一步包含至少一種金屬分子("MM")及金屬氫化物分子("MH")之解離體。觸媒源、H₂ 源及MM、MH及HH之解離體(其中M為原子觸媒)較佳經匹配以在例如所需溫度及反應物濃度之單元條件下操作。在使用H₂ 之氫化物源之情況下，在一實施例中，其分解溫度在產生觸媒之所需蒸氣壓之溫度範圍內。在氫源自氫儲集器向反應腔室滲透之情況下，用於連續操作之較佳觸媒源為Sr及Li金屬，因為在發生滲透之溫度下其蒸氣壓各自可在0.01托至100托之所需範圍內。在滲透單元之其他實施例中，單元係在允許滲透之高溫下操作，隨後將單元溫度降至將揮發性觸媒之蒸氣壓保持在所需壓力下之溫度。

在氣體單元之一實施例中，解離體包含一自源產生觸媒及H之構件。表面觸媒(諸如於Ti或Pd上之Pt、銥或單獨或於諸如Ti之基質上之銠)亦可提供作為觸媒及氫原子之組合之分子的解離體之作用。解離體較佳具有高表面積，諸如Pt/Al₂ O₃ 或Pd/Al₂ O₃ 。

H₂ 源亦可為氫氣。在此情況下，壓力可經監測及控制。對於諸如分別為K或Cs金屬及LiNH₂ 之觸媒及觸媒源而言，此為可能的，因為該等觸媒及觸媒源在低溫下具揮發性，其允許使用高溫閥。LiNH₂ 亦降低Li單元之必要操作溫度且腐蝕性較小，其允許在電漿及燈絲充當氫解離體之燈絲單元之情況下使用引線進行長期操作。

具有作為觸媒之NaH之氣體單元氫反應器的其他實施例包含在反應器單元中之具有解離體之燈絲及在儲集器中之Na。H₂ 可經儲集器流入主腔室中。功率可藉由控制氣體流動速率、H₂ 壓力及Na蒸氣壓來控制。Na蒸氣壓可藉由控制儲集器溫度來控制。在另一實施例中，藉由用外部加熱器加熱來啟始低能量氫反應且藉由一解離體來提供原子H。

本發明亦係關於用於產生本發明之結合能增大之氫化合物(諸如二低能量氫分子及低能量氫氫化物化合物)之其他反應器。催化之另一產物為電漿、光及電力。此反應器在下文中稱作"氫反應器 "或"氫單元 "。氫反應器包含一用於產生低能量氫之單元。該用於產生低能量氫之單元可採用(例如)氣體單元、氣體放電單元、電漿炬單元或微波功率單元之形式。並不意欲詳盡之該等例示性單元揭示於Mills先前公開案中且係以引用的方式併入本文中。該等單元之每一者包含：一原子氫源；用於產生低能量氫之固態、熔融態、液態或氣態觸媒之至少一者；及一用於使氫與觸媒反應以產生低能量氫之容器。如本文中所用且如由本發明所預期，除非另外說明，否則術語"氫"不僅包括氕(¹ H )，且亦包括氘(² H )及氚(³ H )。

氫氣放電功率及電漿單元及反應器

本發明之氫氣放電功率及電漿單元及反應器展示於圖4A中。圖4A之氫氣放電功率及電漿單元及反應器包括一氣體放電單元307，其包含一具有一腔室300之填充氫氣之輝光放電真空容器315。一氫源322經由一氫供應通道342經控制閥325向該腔室300供應氫。觸媒包含於單元腔室300中。一電壓及電流源330使得電流流過一陰極305與一陽極320之間。電流可為可逆的。

在一實施例中，陰極305之材料可為觸媒源，諸如Fe、Dy、Be或Pd。在氫氣放電功率及電漿單元及反應器之另一實施例中，容器之壁313導電且充當置換電極之陰極305，且陽極320可為中空的，諸如不鏽鋼中空陽極。放電可將觸媒源汽化為觸媒。分子氫可藉由放電解離以形成氫原子以產生低能量氫及能量。可由腔室中之氫解離體提供其他解離。

催化在氣相中發生之氫氣放電功率及電漿單元及反應器之另一實施例利用可控制氣態觸媒。用於轉化為低能量氫之氣態氫原子係由分子氫氣之放電提供。該氣體放電單元307具有一觸媒供應通道341，其用於使氣態觸媒350自觸媒儲集器395通入反應腔室300中。該觸媒儲集器395係由一具有一電源372之觸媒儲集器加熱器392加熱以向反應腔室300提供氣態觸媒。藉由藉助於其電源372調節加熱器392來控制觸媒儲集器395之溫度以控制觸媒蒸氣壓。反應器進一步包含一選擇性通風閥301。位於氣體放電單元內部之耐化學性開放容器(諸如不鏽鋼、鎢或陶瓷舟皿)可含有觸媒。觸媒舟皿中之觸媒可使用一相關電源用一舟皿加熱器加熱以向反應腔室提供氣態觸媒。或者，輝光氣體放電單元係在高溫下操作以使得舟皿中之觸媒昇華、沸騰或汽化為氣相。藉由用其電源調節加熱器以控制舟皿或放電單元之溫度來控制觸媒蒸氣壓。為防止觸媒於單元中冷凝，將溫度保持在高於觸媒源、觸媒儲集器395或觸媒舟皿之溫度下。

在一較佳實施例中，催化發生於氣相中，鋰為觸媒，且藉由將單元溫度保持在約300℃－1000℃之範圍內而使原子鋰源(諸如鋰金屬或諸如LiNH₂ 之鋰化合物)成為氣態。單元最佳保持在約500℃－750℃之範圍內。原子及/或分子氫反應物可保持在小於大氣壓、較佳在約10毫托至約100托之範圍內之壓力下。壓力最佳藉由將鋰金屬與氫化鋰之混合物保持在保持於所需操作溫度下之單元中來決定。操作溫度範圍較佳在約300℃－1000℃之範圍內且壓力最佳為由操作溫度範圍為約300℃－750℃之單元所達成之壓力。可藉由由電源385供電之加熱線圈(諸如圖4A之380)將單元控制在所需操作溫度下。單元可進一步包含一內部反應腔室300及一外部氫儲集器390，以使得氫可藉由使氫經由分隔兩個腔室之壁313擴散供應給單元。該壁之溫度可由一加熱器控制以控制擴散速率。該擴散速率可藉由控制氫儲集器中之氫壓力而進一步控制。

本發明之電漿單元之一實施例使反應物(諸如Li及LiNH₂ )再生。在一實施例中，發生由方程式(32)及(37)給出之反應以產生低能量氫反應物Li及H，其中由於低能量氫產生，所釋放之能量大量過量。該等產物隨後由氫源氫化。在形成LiH之情況下，方程式(66)給出再產生較低能量氫催化反應物之一反應。此可藉由置於電漿單元中之反應區域中(諸如在氫電漿單元中之陰極區域處)之反應物來達成。該反應可為 LiH＋e－ → Li＋H－ (30) 且隨後可在一定程度上發生反應Li₂ NH＋H－ → Li＋LiNH₂ (31)以保持Li＋LiNH₂ 之穩態級。可控制H₂ 壓力、電子密度及能量以達成最大或所需反應程度以使低能量氫反應物Li＋LiNH₂ 再生。

在一實施例中，在電漿反應期間將混合物攪拌或混合。在電漿再生系統及本發明之方法之另一實施例中，單元包含一加熱之平底不鏽鋼電漿腔室。LiH及Li₂ NH包含於熔融Li中之混合物。因為不鏽鋼不具磁性，所以可用一由一攪拌馬達驅動之不鏽鋼塗佈之攪拌棒攪拌液體混合物，平底電漿反應器置於該攪拌馬達上。Li金屬混合物可充當陰極。可由產物之XRD及FTIR監測LiH還原為Li及H^－及H^－＋Li₂ NH至Li及LiNH₂ 之進一步反應。

在具有包含Li、LiNH₂ 、Li₂ NH、Li₃ N、LiNO₃ 、LiX、NH₄ X(X為鹵離子)、NH₃ 及H₂ 之群之物質的反應混合物之系統之另一實施例中，藉由添加一或多種試劑且藉由電漿再生來使至少一種反應物再生。電漿可為諸如NH₃ 及H₂ 之氣體之一者。電漿可保持在原位(反應單元中)或與反應單元連通之外部單元中。在其他實施例中，K、Cs及Na置換Li，其中觸媒為原子K、原子Cs及分子NaH。

為將觸媒壓力保持在所需程度下，可將作為氫源之具有滲透作用之單元密封。或者，單元在各入口或出口處進一步包含高溫閥，以使得與反應氣體混合物接觸之該閥保持在所需溫度下。

可藉由將單元隔熱且藉由用加熱器380施加補充加熱器功率在寬範圍內獨立控制電漿單元溫度。因此，可獨立於電漿功率來控制觸媒蒸氣壓。

放電電壓可在約100伏特至10,000伏特之範圍內。在所需電壓下電流可在任何所需範圍內。此外，電漿可如Mills先前公開案(諸如題為"Pulsed Plasma Power Cell and Novel Spectral Lines"之PCT/US04/10608，其係以引用的方式全部併入本文中)中所揭示脈衝。

氮化硼可構成電漿單元之引線，因為此材料對Li蒸氣穩定。結晶或透明氧化鋁為本發明之其他穩定引線材料。

固體燃料及氫觸媒反應器

呈氣態之金屬包含二原子共價分子。本發明之一目的在於提供原子觸媒(諸如Li以及K及Cs)及分子觸媒NaH。因此，在一固體燃料實施例中，反應物包含由金屬觸媒M可逆形成且分解或反應以提供諸如Li之氣態觸媒之合金、錯合物或錯合物源。在另一實施例中，觸媒源及原子氫源之至少一者進一步包含至少一種反應物，其反應形成至少一種觸媒及原子氫。在一實施例中，該或該等源包含醯胺(諸如LiNH₂ )、醯亞胺(諸如Li₂ NH)、氮化物(諸如Li₃ N)及具有NH₃ 之觸媒金屬之至少一者。該等物質之反應提供Li原子與原子氫。該等及其他實施例提供於下文中，其中，另外，K、Cs及Na置換Li且觸媒為原子K、原子Cs及分子NaH。

本發明包含一能量反應器，其包含一反應容器，該反應容器經建構及排列以含有低於、等於及高於大氣壓之壓力；一與該容器連通之原子氫源，其用於化學產生原子氫；一與該容器連通之觸媒源，其包含原子鋰、原子銫、原子鉀及分子NaH之至少一者，且可進一步包含一獲取物，諸如用於與較低能量氫化物結合或反應之離子化合物之源。觸媒源及反應物原子氫可包含可在單元內部或外部連續或逐批再生之固體燃料，在該單元中物理過程或化學反應自源產生觸媒及H以使得發生H催化且形成低能量氫。因此，低能量氫反應物之本發明之實施例包含固體燃料，且較佳實施例包含可再生之固體燃料。固體燃料可用於在以下範圍內之眾多應用中：空間及過程加熱、發電、發動應用、推進劑及熟習此項技術者熟知之其他應用。

本發明之氣體單元或電漿單元(諸如圖3A及圖4A中所示者)包含一用於自源形成觸媒及H原子之構件。在固體燃料實施例中，單元進一步包含反應物以在化學或物理過程開始後提供觸媒及H。可藉由諸如加熱或電漿反應之方式開始。根據H催化反應形成低能量氫之大功率，保持產生低能量氫之外部功率需求較佳較低或為零。藉由獲得大能量，反應物可由各反應及再生循環之淨能量釋放再生。

在其他實施例中，圖3A中所示之反應器包含一固體燃料反應器，其中反應混合物包含觸媒源及氫源。該反應混合物可藉由供應反應物流且藉由自相應產物混合物移除產物而再生。在一實施例中，反應容器207具有一能夠包含真空或等於或大於大氣壓之壓力之腔室200。至少一個試劑 (諸如氣態試劑)源221與腔室200連通且經由至少一個試劑供應通道242向該腔室傳遞試劑。一控制器222經定位以控制經由試劑供應通道242進入容器中之試劑之壓力及流動。一壓力感應器223監測容器中之壓力。使用一真空泵256經由一真空管線257來抽空腔室。或者，管線257表示至少一個輸出路徑，諸如自反應器移除物質之產物流通管線。反應器進一步包含一熱源(諸如加熱器230)以使反應物升至引發固體燃料化學反應及形成低能量氫之催化反應之所需溫度。在一實施例中，溫度在約50℃至1000℃之範圍內；其較佳在約100℃－600℃之範圍內，且對於包含至少Li/N－合金系統之反應物而言，所需溫度在約100℃－500℃之範圍內。

單元可進一步包含一氫氣及解離體源以形成原子氫。容器可進一步包含與該容器連通之氫源221以使原子觸媒(諸如原子鋰)源及原子氫源之至少一者再生。氫源可為氫氣。氫氣可由一氫管線242或自一氫儲集器290滲透而供應。在例示性再生反應中，根據方程式(66－71)，可由氫添加產生原子鋰及原子氫之源。替代再生反應之第一步驟可由方程式(69)給出。

在一實施例中，單元大小及材料使得達到高操作溫度。單元可適當定尺寸以進行功率輸出以達到所需操作溫度。用於單元建構之高溫材料為鈮及高溫不鏽鋼(諸如哈式合金(Hastalloy))。H₂ 源可為不與LiNH₂ 反應、但僅在極高溫度下釋放H之內部金屬氫化物。此外，即使在氫化物不與 LiNH₂ 反應之情況下，氫化物亦可藉由將其置於單元中之開放或封閉容器中而與諸如Li及LiNH₂ 之試劑分離。藉由滲透供應H₂ 之單元設計為包含置於一密封容器中之內部金屬氫化物之單元，其中原子H在高溫下透過。

反應器可進一步包含分離產物混合物之組份之構件(諸如篩)以藉由物理性質(諸如大小)之差異而機械分離。反應器可進一步包含基於不同相變或反應來分離一或多種組份之構件。在一實施例中，相變包含使用加熱器熔融，且液體係由此項技術中已知之方式(諸如重力過濾、使用加壓氣體輔助過濾及離心)與固體分離。反應可包含分解(諸如氫化物分解)或形成氫化物之反應，且可藉由熔融相應金屬、接著分別將其分離且機械分離氫化物來達成分離。機械分離氫化物可藉由篩分達成。在一實施例中，相變或反應可產生所需反應物或中間物。在實施例中，包括任何所需分離步驟之再生可在反應器內部或外部發生。

化學反應器

本發明之化學反應器進一步包含一無機化合物(諸如MX，其中M為鹼金屬且X為鹵離子)源。除鹵化物之外，該無機化合物可為鹼金屬或鹼土金屬鹽，諸如氫氧化物、氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽及矽酸鹽(其他適合無機化合物提供於D.R.Lide,CRC Handbook of Chemistry and Physics ，第86版，CRC Press,Taylor & Francis,Boca Raton,(2005－6)，第4－45頁至第4－97頁中，其係以引用的方式併入本文中)。無機化合物可藉由防止產物積聚及隨後之逆反應或其他產物抑制作用而在發電過程中進一步充當獲取物。較佳Li化學類型功率單元包含Li、LiNH₂ 、LiBr或LiI，且氫單元中之R－Ni在約760托H₂ 及約700＋℃下操作。較佳NaH化學類型功率單元包含Na、NaX(X為鹵離子，較佳為Br或I)且氫單元中之R－Ni在約760托H₂ 及約700＋℃下操作。該單元可進一步包含NaH及NaNH₂ 之至少一者。較佳K化學類型功率單元包含K、KI，且氫單元中之Ni篩網或R－Ni解離體在約760托H₂ 及約700＋℃下操作。在一實施例中，H₂ 壓力範圍為約1托至10⁵ 托。H壓力較佳保持在約760－1000托之範圍內。LiHX(諸如LiHBr及LiHI)通常係在約450℃－550℃之溫度範圍內合成，但在存在LiH之情況下可在較低溫度(約350℃)下操作。NaHX(諸如NaHBr及NaHI)通常係在約450℃－550℃之溫度範圍內合成。KHX(諸如KHI)較佳係在約450℃－550℃之溫度範圍內合成。在NaHX及KHX反應器之實施例中，NaH及K係由諸如觸媒儲集器之源供應，其中單元溫度保持在高於觸媒儲集器之溫度之程度下。較佳地，單元保持在約300℃－550℃之溫度範圍內且儲集器保持在約50℃至200℃之較低溫度範圍內。

具有作為觸媒之NaH之氫反應器的另一實施例包含一電漿炬，其用於產生電力及結合能增大之氫化合物(諸如NaHX，其中H為結合能增大之氫且X為鹵離子)。NaF、NaCl、NaBr、NaI之至少一者可在電漿氣體(諸如H₂ )或稀有氣體/氫混合物(諸如He/H₂ 或Ar/H₂ )中霧化。

一般固體燃料化學

本發明之反應混合物包含觸媒或觸媒源及原子氫或原子氫(H)源，其中該觸媒及原子氫之至少一者係由反應混合物之至少一種物質或兩種或兩種以上反應混合物物質之間的化學反應釋放。反應較佳為可逆的。所釋放能量較佳大於形成觸媒及反應物氫之反應焓，且在反應混合物之反應物再生且再循環之情況下，由於形成由方程式(1)給出之產物H態之大能量，在反應及再生之循環內較佳放出淨能量。該等物質可為元素、合金或化合物(諸如分子或無機化合物)之至少一者，其中每一者可為反應器中之試劑或產物之至少一者。在一實施例中，該等物質可與氫及觸媒之至少一者形成合金或化合物(諸如分子或無機化合物)。一或多種反應混合物物質可形成一或多種反應產物物質，以使得釋放H或游離觸媒之能量相對於不存在形成反應產物物質之情況有所降低。在反應物提供觸媒及原子氫以形成由方程式(1)給出之能級態之實施例中，反應物包含至少一種固態、液態(包括熔融態)及氣態反應物。形成觸媒及原子氫以形成由方程式(1)給出之能級態之反應發生於固相、液相(包括熔融)及氣相之一或多者中。本文中給出例示性固體燃料反應，其當然並不意欲為限制性的，包含其他試劑之其他反應在本發明之範疇內。

在一實施例中，反應產物物質為至少一種觸媒及氫或其源之合金或化合物。在一實施例中，反應混合物物質為觸媒氫化物且反應產物物質為具有較低氫含量之觸媒合金或化合物。自觸媒之氫化物釋放H之能量可藉由用至少一種另一物質(諸如元素或第一化合物)形成合金或第二化合物而降低。在一實施例中，觸媒為Li、K、Cs及NaH分子之一者且氫化物為LiH、KH、CsH、NaH(固)之一者，且至少一種其他元素係選自M(觸媒)、Al、B、Si、C、N、Sn、Te、P、S、Ni、Ta、Pt及Pd之群。第一化合物及第二化合物可為以下各物之群之一者：H₂ 、H₂ O、NH₃ 、NH₄ X(X為抗衡離子，諸如鹵離子，其他陰離子提供於D.R.Lide,CRC Handbook of Chemistry and Physics ，第86版，CRC Press,Taylor & Francis,Boca Raton,(2005－6)，第4－45頁至第4－97頁中，其係以引用的方式併入本文中)、MX、MNO₃ 、MAlH₄ 、M₃ AlH₆ 、MBH₄ 、M₃ N、M₂ NH及MNH₂ ，其中M為可為觸媒之鹼金屬。在另一實施例中，包含除觸媒元素外之至少一種其他元素之氫化物藉由可逆分解釋放H。

一或多種反應混合物物質可形成一或多種反應產物物質，以使得釋放游離觸媒之能量相對於不存在形成反應產物物質之情況有所降低。諸如合金或化合物之反應物質可藉由可逆反應或分解來釋放游離觸媒。此外，游離觸媒可藉由觸媒源與至少一種其他物質(諸如元素或第一化合物)之可逆反應以形成諸如合金或第二化合物之物質來形成。該元素或合金可包含M(觸媒原子)、H、Al、B、Si、C、N、Sn、Te、P、S、Ni、Ta、Pt及Pd之至少一者。第一化合物及第二化合物可為以下各物之群之一者：H₂ 、NH₃ 、 NH₄ X(其中X為抗衡離子，諸如鹵離子)、MMX、MNO₃ 、MAlH4、M₃ AlH₆ 、MBH₄ 、M₃ N、M₂ NH及MNH₂ ，其中M為可為觸媒之鹼金屬。觸媒可為Li、K及Cs及NaH分子之一者。觸媒源可為M－M，諸如LiLi、KK、CsCs及NaNa。H源可為MH，諸如LiH、KH、CsH或NaH。

Li觸媒可與至少一種其他元素或化合物成合金或反應以形成化合物，以使得自LiH釋放H或自LiH及LiLi分子釋放Li之能障降低。合金或化合物亦可藉由分解或與其他反應物質反應而釋放H或Li。合金或化合物可為LiAlH₄ 、Li₃ AlH₆ 、LiBH₄ 、Li₃ N、Li₂ NH、LiNH₂ 、LiX及LiNO₃ 之一或多者。合金或化合物可為Li/Ni、Li/Ta、Li/Pd、Li/Te、Li/C、Li/Si及Li/Sn之一或多者，其中Li與該合金或化合物之任何其他元素之化學計量經改變以達成Li及H之最佳釋放，該Li與H隨後在催化反應期間反應形成較低能態之氫。在其他實施例中，K、Cs及Na置換Li，其中觸媒為原子K、原子Cs及分子NaH。

在一實施例中，合金或化合物具有式M_x E_y ，其中M為諸如Li、K或Cs之觸媒，或其為Na，E為另一元素，且x及y表示化學計量。M及E_y 可處於任何所需莫耳比。在一實施例中，x在1至50之範圍內且y在1至50之範圍內，且較佳x在1至10之範圍內且y在1至10之範圍內。

在另一實施例中，合金或化合物具有式M_x E_y E_z ，其中M為諸如Li、K或Cs之觸媒，或其為Na，E_y 為第一其他元素，E_z 為第二其他元素，且x、y及z表示化學計量。M、E_y 及E_z 可處於任何所需莫耳比。在一實施例中，x在1至50之範圍內，y在1至50之範圍內，且z在1至50之範圍內，且較佳x在1至10之範圍內，y在1至10之範圍內，且z在1至10之範圍內。在較佳實施例中，E_y 及E_z 選自H、N、C、Si及Sn之群。合金或化合物可為Li_x C_y Si_z 、Li_x Sn_y Si_z 、Li_x N_y Si_z 、Li_x Sn_y C_z 、Li_x N_y Sn_z 、Li_x C_y N_z 、Li_x C_y H_z 、Li_x Sn_y H_z 、Li_x N_y H_z 及Li_x Si_y H_z 之至少一者。在其他實施例中，K、Cs及Na置換Li，其中觸媒為原子K、原子Cs及分子NaH。

在另一實施例中，合金或化合物具有式M_x E_w E_y E_z ，其中M為諸如Li、K或Cs之觸媒，或其為Na，E_w 為第一其他元素，E_y 為第二其他元素，E_z 為第三其他元素，且x、w、y及z表示化學計量。M、E_w 、E_y 及E_z 可處於任何所需莫耳比。在一實施例中，x在1至50之範圍內，w在1至50之範圍內，y在1至50之範圍內，且z在1至50之範圍內，且較佳x在1至10之範圍內，w在1至10之範圍內，y在1至10之範圍內，且z在1至10之範圍內。在較佳實施例中，E_w 、E_y 及E_z 選自H、N、C、Si及Sn之群。合金或化合物可為Li_x H_w C_y Si_z 、Li_x H_w Sn_y Si_z 、Li_x H_w N_y Si_z 、Li_x H_w Sn_y C_z 、Li_x H_w N_y Sn_z 及Li_x H_w C_y N_z 之至少一者。在其他實施例中，K、Cs及Na置換Li，其中觸媒為原子K、原子Cs及分子NaH。諸如M_x E_w E_y E_z 之物質為例示性的且當然並不意欲為限制性的，包含其他元素之其他物質在本發明之範疇內。

在一實施例中，反應含有原子氫源及Li觸媒源。反應含有一或多種來自以下各物之群之物質：氫解離體、H₂ 、原子氫源、Li、LiH、LiNO₃ 、LiNH₂ 、Li₂ NH、Li₃ N、LiX、NH₃ 、LiBH₄ 、LiAlH₄ 、Li₃ AlH₆ 、NH₃ 及NH₄ X，其中X為抗衡離子，諸如鹵離子及CRC[41]中給出之離子。反應物之重量%可在任何所需莫耳範圍內。可使用球磨機將試劑充分混合。

在一實施例中，反應混合物包含觸媒源及H源。在一實施例中，反應混合物進一步包含經歷反應形成Li觸媒及原子氫之反應物。該等反應物可包含以下各物之群之一或多者：H₂ 、低能量氫觸媒、MNH₂ 、M₂ NH、M₃ N、NH₃ 、LiX、NH₄ X(X為抗衡離子，諸如鹵離子)、MNO₃ 、MAlH₄ 、M₃ AlH₆ 及MBH₄ ，其中M為可為觸媒之鹼金屬。反應混合物可包含選自以下各物之群之試劑：Li、LiH、LiNO₃ 、LiNO、LiNO₂ 、Li₃ N、Li₂ NH、LiNH₂ 、LiX、NH₃ 、LiBH₄ 、LiAlH₄ 、Li₃ AlH₆ 、LiOH、Li₂ S、LiHS、LiFeSi、Li₂ CO₃ 、LiHCO₃ 、Li₂ SO₄ 、LiHSO₄ 、Li₃ PO₄ 、Li₂ HPO₄ 、LiH₂ PO₄ 、Li₂ MoO₄ 、LiNbO₃ 、Li₂ B₄ O₇ (四硼酸鋰)、LiBO₂ 、Li₂ WO₄ 、LiAlCl₄ 、LiGaCl₄ 、Li₂ CrO₄ 、Li₂ Cr₂ O₇ 、Li₂ TiO₃ 、LiZrO₃ 、LiAlO₂ 、LiCoO₂ 、LiGaO₂ 、Li₂ GeO₃ 、LiMn₂ O₄ 、Li₄ SiO₄ 、Li₂ SiO₃ 、LiTaO₃ 、LiCuCl₄ 、LiPdCl₄ 、LiVO₃ 、LiIO₃ 、LiFeO₂ 、LiIO₄ 、LiClO₄ 、LiScO_n 、LiTiO_n 、LiVO_n 、LiCrO_n 、LiCr₂ O_n 、LiMn₂ O_n 、LiFeO_n 、LiCoO_n 、LiNiO_n 、LiNi₂ O_n 、LiCuO_n 及LiZnO_n (其中n＝1、2、3或4)、氧陰離子、強酸之氧陰離子、氧化物、分子氧化劑(諸如V₂ O₃ 、I₂ O₅ 、MnO₂ 、 Re₂ O₇ 、CrO₃ 、RuO₂ 、AgO、PdO、PdO₂ 、PtO、PtO₂ 及NH₄ X，其中X為硝酸根或CRC[41]中給出之其他適合陰離子)及還原劑。在各情況下，混合物進一步包含氫或氫源。在其他實施例中，使用其他解離體或可不使用解離體，其中原子氫及(視情況)原子觸媒係由混合物物質之反應化學產生。在另一實施例中，可將反應物觸媒添加至反應混合物中。

反應混合物可進一步包含諸如H₂ SO₃ 、H₂ SO₄ 、H₂ CO₃ 、HNO₂ 、HNO₃ 、HClO₄ 、H₃ PO₃ 及H₃ PO₄ 之酸或諸如無水酸之酸源。後者可包含以下清單之至少一者：SO₂ 、SO₃ 、CO₂ 、NO₂ 、N₂ O₃ 、N₂ O₅ 、Cl₂ O₇ 、PO₂ 、P₂ O₃ 及P₂ O₅ 。

在一實施例中，反應混合物進一步包含產生充當較低能量氫觸媒或較低能量氫觸媒源及原子氫或原子氫源之反應物之反應物觸媒。適合反應物觸媒包含酸、鹼、鹵離子、金屬離子及自由基源之群之至少一者。反應物觸媒可為以下各物之群之至少一者：弱鹼觸媒，諸如Li₂ SO₄ ；弱酸觸媒，諸如LiHSO₄ 之固體酸；金屬離子源，諸如TiCl₃ 或AlCl₃ ，其分別提供Ti^3＋離子及Al^3＋離子；自由基源，諸如CoX₂ ，其中X為諸如Cl之鹵離子，其中Co^2＋可與O₂ 反應以形成O ₂ ^－基；金屬，諸如Ni、Fe、Co，較佳濃度為約1 mol%；來自LiX之X^－離子(X為鹵離子)源，諸如Cl^－或F^－；自由基引發劑/傳播劑源，諸如過氧化物、偶氮基化合物及UV光。

在一實施例中，形成較低能量氫之反應物混合物包含氫源、觸媒源及低能量氫獲取物及來自觸媒之電子之獲取物的至少一者，該觸媒經電離以共振接受來自原子氫之能量以形成具有由方程式(1)給出之能量之低能量氫。該低能量氫獲取物可與較低能量氫結合以防止至普通氫之逆反應。在一實施例中，反應混合物包含低能量氫之獲取物，諸如LiX或Li₂ X(X為鹵離子或其他陰離子，此等陰離子來自CRC[41])。電子獲取物可實施以下作用之至少一者：接受來自觸媒之電子及使觸媒離子中間物(諸如Li^2＋中間物)穩定化以允許在快速動力學下發生催化反應。獲取物可為包含至少一種陽離子及一種陰離子之無機化合物。該陽離子可為Li^＋。該陰離子可為鹵離子或CRC[41]中給出之其他陰離子，諸如包含F^－、Cl^－、Br^－、I^－、NO₃ ^－、NO₂ ^－、SO₄ ^2－、HSO₄ ^－、CoO₂ ^－、IO₃ ^－、IO₄ ^－、TiO₃ ^－、CrO₄ ^－、FeO₂ ^－、PO₄ ^3－、HPO₄ ^2－、H₂ PO₄ ^－、VO₃ ^－、ClO₄ ^－及Cr₂ O₇ ^2－之群之一者及反應物之其他陰離子。氫化物結合劑及/或穩定劑可為LiX(X＝鹵離子)及包含反應物之其他化合物之群的至少一者。

在諸如Li、LiNH₂ 及X(其中X為氫化物結合化合物)之反應混合物之一實施例中，X為LiHBr、LiHI、低能量氫氫化物化合物及較低能量氫化合物之至少一者。在一實施例中，觸媒反應混合物係藉由添加來自氫源之氫而再生。

在一實施例中，低能量氫產物可結合形成穩定低能量氫氫化物化合物。氫化物結合劑可為LiX，其中X為鹵離子或其他陰離子。氫化物結合劑可與NMR高場位移大於TMS 之NMR高場位移之氫化物反應。結合劑可為鹼金屬鹵化物，且氫化物結合之產物可為NMR高場位移大於TMS之NMR高場位移之鹼金屬氫化物鹵化物。氫化物可具有由XPS所測定之11 eV至12 eV之結合能。在一實施例中，催化反應之產物為氫分子H₂ (1/4)，其具有相對於TMS在約1 ppm處之固體NMR峰及捕集於晶體離子晶格中之約250 eV之結合能。在一實施例中，產物H₂ (1/4)係捕集於反應器之離子化合物之晶格中，以使得紅外吸收之選擇規則為使得分子變為IR活性且在約1990 cm^－1 下觀測到FTIR峰。

本發明之其他原子Li源包含Li之其他合金，諸如包含Li及至少一種鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、稀土金屬、貴金屬、錫、鋁、其他III族及IV族金屬、錒系元素及鑭系元素之該等合金。一些代表性合金包含LiBi、LiAg、LiIn、LiMg、LiAl、LiMgSi、LiFeSi、LiZr、LiAlCu、LiAlZr、LiAlMg、LiB、LiCa、LiZn、LiBSi、LiNa、LiCu、LiPt、LiCaNa、LiAlCuMgZr、LiPb、LiCaK、LiV、LiSn及LiNi之群之一或多個成員。在其他實施例中，K、Cs及Na置換Li，其中觸媒為原子K、原子Cs及分子NaH。

在另一實施例中，陰離子可與共價結合之Li－Li分子之Li原子形成氫型鍵。此氫型鍵可將Li－Li鍵弱化至Li原子處於真空能(等於釋放一原子)之程度以使得其可充當觸媒原子以形成低能量氫。在其他實施例中，K、Cs及Na置換Li，其中觸媒為原子K、原子Cs及分子NaH。

在一實施例中，氫解離體之功能係由化學反應提供。原子H係由反應混合物之至少兩種物質之反應或由至少一種物質之分解產生。在一實施例中，Li－Li與LiNH₂ 反應形成原子Li、原子H及Li₂ NH。原子Li亦可由LiNO₃ 之分解或反應形成。在其他實施例中，K、Cs及Na置換Li，其中觸媒為原子K、原子Cs及分子NaH。

在其他實施例中，除形成較低能量氫之觸媒或觸媒源之外，反應混合物包含不勻觸媒以解離MM及MH(諸如LiLi及LiH)以提供M及H原子。該不勻觸媒可包含至少一種來自過渡元素、貴金屬、稀土金屬及諸如Mo、W、Ta、Ni、Pt、Pd、Ti、Al、Fe、Ag、Cr、Cu、Zn、Co及Sn之其他金屬及元素之群的元素。

在鋰碳合金之一實施例中，反應混合物包含比Li－碳插入限度過量之Li。該過量可在1%至1000%之範圍內且較佳在1%至10%之範圍內。該碳可進一步包含具有氫解離體之氫溢出觸媒，諸如活性碳上之Pd或Pt。在另一實施例中，單元溫度超過Li完全插入碳中之溫度。單元溫度可在約100℃至2000℃之範圍內，較佳在約200℃至800℃之範圍內，且最佳在約300℃至700℃之範圍內。在其他實施例中，K、Cs及Na置換Li，其中觸媒為原子K、原子Cs及分子NaH。

在鋰矽合金之一實施例中，單元溫度在高於進一步包含H之矽合金釋放原子氫之範圍的範圍內。該範圍可為約50℃－1500℃、較佳約100℃至800℃，且最佳在約100℃至500℃之範圍內。氫壓力可在約0.01托至10⁵ 托之範圍內，較佳在約10托至5000托之範圍內，且最佳在約0.1托至760托之範圍內。在其他實施例中，K、Cs及Na置換Li，其中觸媒為原子K、原子Cs及分子NaH。

反應混合物、合金及化合物可藉由將觸媒(諸如Li)或觸媒源(諸如觸媒氫化物)與一或多種其他元素或化合物或一或多種其他元素或化合物之源(諸如一或多種其他元素之氫化物)混合而形成。觸媒氫化物可為LiH、KH、CsH或NaH。試劑可藉由球磨混合。觸媒之合金亦可由包含觸媒及至少一種其他元素或化合物之合金源形成。

在一實施例中，Li/N系統形成原子Li及H之低能量氫反應物之反應機制為：LiNH₂ ＋Li－Li → Li＋H＋Li₂ NH (32)在其他Li合金系統之實施例中，反應機制與Li/N系統之反應機制類似，其中用一或多種其他合金元素置換N。進行反應以形成低能量氫反應物(原子Li及H)之例示性反應機制(涉及包含Li與S、Sn、Si及C之至少一者之反應混合物)為：SH＋Li－Li → Li＋H＋LiS (33) SnH＋Li－Li → Li＋H＋LiSn (34) SiH＋Li－Li → Li＋H＋LiSi，及 (35) CH＋Li－Li → Li＋H＋LiC， (36)

Li/S合金－觸媒系統之較佳實施例包含Li與Li₂ S及Li與LiHS。在其他實施例中，K、Cs及Na置換Li，其中觸媒為原子K、原子Cs及分子NaH。

主要鋰/氮合金反應

呈固態及液態之鋰為金屬，且氣體包含共價Li ₂ 分子。為產生原子鋰，固體燃料之反應混合物包含Li/N合金反應物。反應混合物可包含Li、LiH、LiNH₂ 、Li₂ NH、Li₃ N、NH₃ 、解離體、氫源(諸如氫氣或氫化物)、載體及獲取物(諸如LiX(X為鹵離子))之群之至少一者。解離體較佳為於對Li呈惰性之高表面積載體上之Pt或Pd。其可包含於碳上之Pt或Pd或Pd/Al₂ O₃ 。Pd/Al₂ O₃ 之載體可包含諸如LiAlO₂ 之材料之保護性表面塗層。包含Li/N合金或Na/N合金之試劑混合物之較佳解離體為於Al₂ O₃ 上之Pt或Pd、阮尼鎳(R－Ni)及於碳上之Pt或Pd。在解離體載體為Al₂ O₃ 之情況下，反應器溫度可保持在低於使其大量與Li反應之溫度的溫度下。該溫度可低於約250℃至600℃之範圍。在另一實施例中，Li係呈LiH之形式且反應混合物包含LiNH₂ 、Li₂ NH、Li₃ N、NH₃ 、解離體、氫源(諸如氫氣或氫化物)、載體及獲取物(諸如LiX(X為鹵離子))之一或多者，其中LiH與Al₂ O₃ 之反應大體上為吸熱的。在其他實施例中，可使解離體與其餘反應混合物分離，其中分離物傳遞H原子。

兩個較佳實施例包含LiH、LiNH₂ 及Pd/Al₂ O₃ 粉末之第一反應混合物及Li、Li₃ N及氫化鈀/Al₂ O₃ 粉末之第二反應混合物，其可進一步包含氫氣。該第一反應混合物可藉由添加H₂ 再生，且該第二混合物可藉由移除H₂ 且氫化解離體或藉由再引入H₂ 而再生。產生觸媒及H之反應以及再生反應提供於下文中。

在一實施例中，將LiNH ₂ 添加至反應混合物中。根據以下可逆反應，LiNH ₂ 產生原子氫以及原子Li：Li ₂ ＋LiNH ₂ →Li ＋Li ₂ NH ＋H (37)及Li ₂ ＋Li ₂ NH →Li ＋Li ₃ N ＋H (38)

在一實施例中，反應混合物包含約2：1 Li及LiNH₂ 。在低能量氫反應循環中，Li－Li與LiNH₂ 反應形成原子Li、原子H及Li₂ NH，且根據方程式(38)繼續循環。該等反應物可以任何重量%存在。

由LiNH₂ 形成Li₂ NH之機制涉及形成氨之第一步驟[42]：2LiNH₂ → Li₂ NH＋NH₃ (39)在存在LiH之情況下，該氨反應釋放出H₂ LiH＋NH₃ → LiNH₂ ＋H₂ (40)且淨反應為消耗LiNH₂ ，形成H₂ ：LiNH₂ ＋LiH → Li₂ NH＋H₂ (41)在存在Li之情況下，由於能量上更有利於Li與氨之逆反應，所以醯胺未經消耗：Li－Li＋NH₃ → LiNH₂ ＋H＋Li (42)因此，在一實施例中，反應物包含Li與LiNH₂ 之混合物以根據方程式(37－38)形成原子Li及原子H。

充當Li觸媒及原子氫之源之Li與LiNH₂ 之反應混合物可再生。在再生循環期間，包含諸如Li、Li₂ NH及Li₃ N之物質之反應產物混合物可與H反應以形成LiH及LiNH₂ 。LiH 具有688℃之熔點；而LiNH₂ 在380℃下熔融，且Li在180℃下熔融。所形成之LiNH₂ 液體及任何Li液體可在約380℃下自LiH固體物理移除，且隨後LiH固體可分別經加熱以形成Li及H₂ 。Li及LiNH₂ 可經再合併以使反應混合物再生。此外，來自LiH熱分解之過量H₂ 可再用於下一再生循環中，其中一些補充H₂ 置換低能量氫形成中所消耗之任何H₂ 。

在一較佳實施例中，使用一種反應物與另一反應物之氫化或去氫化之競爭動力學來達成包含氫化化合物及非氫化化合物之所需反應混合物。舉例而言，可在適當溫度及壓力條件下添加氫以使得方程式(37)及(38)之反應的逆反應優於形成LiH之競爭反應發生，以使得氫化產物主要為Li及LiNH₂ 。或者，包含Li、Li₂ NH及Li₃ N之群之化合物的反應混合物可經氫化以形成氫化物且可基於差示動力學藉由在達成選擇性之溫度及壓力範圍內及持續時間下抽吸而將LiH選擇性去氫化。

在一實施例中，Li以薄膜形式沈積於大區域上且藉由添加氨形成LiH與LiNH₂ 之混合物。該反應混合物可進一步包含過量Li。原子Li及H係根據方程式(37－38)形成，隨後之反應形成由方程式(1)給出之能態。隨後，可藉由添加H₂ 、接著加熱且藉由選擇性抽吸來抽吸且移除H₂ 來使混合物再生。

產生原子鋰觸媒之本發明之可逆系統為Li₃ N＋H系統，其可藉由抽吸而再生。反應混合物包含Li₃ N及Li₃ N源(諸如Li及N ₂ )之至少一者，及H源(諸如H ₂ 及氫解離體之至少一者)、LiNH ₂ 、Li ₂ NH 、LiH 、Li 、NH ₃ 及金屬氫化物。H₂ 與Li₃ N反應產生LiH及Li₂ NH；而Li₃ N與來自原子氫源(諸如H₂ 及解離體)或來自經歷分解之氫化物之H反應得到：Li₃ N＋H → Li₂ NH＋Li (43)隨後可使原子Li觸媒與其他原子H反應形成低能量氫。可藉由抽空H₂ 之反應容器而將諸如LiH、Li₂ NH及LiNH₂ 之副產物轉化為Li₃ N。代表性Li/N合金反應如下：Li ₃ N ＋H →Li ₂ NH ＋Li (44)Li ₃ N ＋LiH →Li ₂ NH ＋2Li (45)Li ₂ NH ＋LiH →Li ₃ N ＋H ₂ (46)Li ₂ NH ＋H → LiNH ₂ ＋Li (47)Li ₂ NH ＋LiH →LiNH ₂ ＋2Li (48)

Li₃ N、H源及氫解離體處於任何所需莫耳比。各自為大於0且小於100%之莫耳比。該等莫耳比較佳類似。在一實施例中，Li₃ N、(LiNH ₂ 、Li ₂ NH 、LiH 、Li 及NH ₃ 之至少一者)、H源(諸如金屬氫化物)之比率類似。在其他實施例中，K、Cs及Na置換Li，其中觸媒為原子K、原子Cs及分子NaH。

在一實施例中，醯胺鋰與氫反應形成氨及鋰：1/2H ₂ ＋LiNH ₂ →NH ₃ ＋Li (49)可藉由增大H₂ 濃度來驅動反應以形成Li。或者，可使用解離體經由形成原子H來驅動正反應。原子H之反應由下式給出：H ＋LiNH ₂ →NH ₃ ＋Li (50)在包含一或多種與Li源反應形成Li觸媒之化合物之反應混合物的一實施例中，該反應混合物包含至少一種來自LiNH₂ 、Li₂ NH、Li₃ N、Li、LiH、NH₃ 、H₂ 及解離體之群之物質。在一實施例中，Li觸媒係由如反應方程式(50)中所給出之LiNH₂ 與氫(較佳為原子氫)之反應產生。反應物之比率可為任何所需量。該等比率較佳與方程式(49－50)之比率大約按化學計量配比。藉由添加H源(諸如氫氣)來置換反應形成低能量氫之氫源使形成觸媒之反應可逆，其中觸媒反應係由方程式(3－5)給出，且醯胺鋰由氨與Li反應形成：NH ₃ ＋Li →LiNH ₂ ＋H (51)

在其他實施例中，K、Cs及Na置換Li，其中觸媒為原子K、原子Cs及分子NaH。在一較佳實施例中，反應混合物包含氫解離體、原子氫源及Na或K及NH₃ 。在一實施例中，氨與Na或K反應形成NaNH₂ 或KNH₂ ，其充當觸媒源。另一實施例包含K觸媒源，諸如K金屬；氫源，諸如NH₃ 、H₂ 及氫化物(諸如金屬氫化物)之至少一者；及解離體。較佳氫化物為亦可充當解離體之包含R－Ni之氫化物。另外，可存在低能量氫獲取物，諸如KX，其中X較佳為諸如Cl、Br或I之鹵離子。單元可藉由置換氫源而連續操作。藉由自K－K(諸如醯胺、醯亞胺或氮化物之至少一者)可逆形成KN合金化合物或藉由形成KH(其中釋放原子K)，NH₃ 可充當原子K源。

在另一實施例中，反應物包含觸媒(諸如Li)及原子氫源(諸如H₂ 及解離體或氫化物(諸如氫化之R－Ni))。H可與Li－Li反應形成LiH及Li，其可進一步充當觸媒以與其他H反應形成低能量氫。隨後，可藉由抽空由LiH釋放之H₂ 而使Li再生。對於LiH分解而言，在1托下之平台溫度為約560℃。LiH可在約0.5托及約500℃下分解，該溫度低於R－Ni之合金形成及燒結溫度。熔融Li可與R－Ni分離，該R－Ni可再氫化，且可使Li及氫化之R－Ni回到另一反應循環中。

在一實施例中，Li原子為沈積於表面上之蒸氣。該表面可支撐或作為H原子源。該表面可包含氫化物及氫解離體之至少一者。該表面可為可經氫化之R－Ni。蒸氣沈積可來自含有Li原子源之儲集器。Li源可藉由加熱控制。一種提供Li原子之源經加熱後為Li金屬。在蒸氣沈積期間表面可保持在諸如室溫之低溫下。Li塗佈表面可經加熱以使得Li與H反應形成由方程式(1)提供之H態。此項技術中熟知之其他薄膜沈積技術包含本發明之其他實施例。此等實施例包含實體噴霧、電噴霧、氣溶膠、電弧、努森(Knudsen)單元受控釋放、分配器－陰極注射、電漿沈積、濺鍍及其他塗佈方法及系統(諸如熔融Li之精細分散液、電鍍Li及化學沈積Li)。在其他實施例中，K、Cs及Na置換Li，其中觸媒為原子K、原子Cs及分子NaH。

在於氫化物表面上蒸氣沈積Li之情況下，可藉由在抽吸移除LiH及Li之情況下加熱來達成再生，可藉由引入H₂ 將氫化物再氫化，且在一實施例中在單元經抽空之後Li原子可再沈積於再生氫化物上。在其他實施例中，K、Cs及Na置換Li，其中觸媒為原子K、原子Cs及分子NaH。

Li與R－Ni處於任何所需莫耳比。Li及R－Ni各自處於大於0且小於100%之莫耳比。Li及R－Ni之莫耳比較佳類似。

在一較佳實施例中，使用一種反應物與另一反應物之氫化或去氫化之競爭動力學來達成包含氫化化合物及非氫化化合物之反應混合物。舉例而言，LiH之形成熱力學優先於R－Ni氫化物之形成。然而，在低溫(諸如約25℃－100℃之範圍)下LiH形成之速率極低；而在此溫度範圍內在適度壓力(諸如約100托至3000托之範圍)下R－Ni氫化物之形成以高速率進行。因此，可藉由在約400℃－500℃下抽吸以使LiH去氫化，將容器冷卻至約25℃－100℃，添加氫以優先氫化R－Ni歷時達成所需選擇性之持續時間，且隨後藉由抽空單元移除過量氫而自LiH、R－Ni再產生Li與氫化R－Ni之反應混合物。儘管存在過量Li或添加過量Li，但R－Ni可藉由單獨選擇性氫化而用於重複循環中。此可藉由在達成選擇性氫化R－Ni之溫度及壓力範圍內添加氫且隨後藉由在容器經加熱以引發形成原子H及原子Li之反應及隨後低能量氫反應之前移除過量氫來達成。其他氫化物及觸媒源可用於替代此程序中之Li及R－Ni。在另一實施例中，使用高溫及高壓氫或藉由使用電解，R－N在單獨製備步驟中在極大程度上經氫化。電解可於鹼性水溶液中進行。該鹼可為氫氧化物。對立電極可為鎳。在此情況下，R－Ni可在適當溫度、壓力及升溫速率下在長持續時間內提供原子H。

LiH具有688℃之高熔點，其可高於燒結解離體或使得解離體金屬與觸媒金屬形成合金之溫度。舉例而言，在解離體為R－Ni且觸媒為Li之情況下，LiNi之合金可在超過約550℃之溫度下形成。因此，在另一實施例中，LiH轉化為可在其較低熔點下移除之LiNH₂ 以使得反應混合物可再生。由氫化鋰及氨形成醯胺鋰之反應係由下式給出：LiH＋NH₃ → LiNH₂ ＋H₂ (52)隨後，可在380℃之熔點下回收熔融LiNH₂ 。LiNH₂ 可藉由分解轉化為Li。

在包含回收熔融LiNH₂ 之一實施例中，將氣體壓力施加於包含LiNH₂ 之混合物上以增大其與固體組份分離之速率。篩網分離器或半滲透膜可保留固體組份。氣體可為惰性氣體(諸如稀有氣體)或分解產物(諸如氮)以限制LiNH₂ 之分解。亦可使用氣體壓力來分離熔融Li。為清潔來自解離體之任何殘餘物，可使用氣流。惰性氣體(諸如稀有氣體)較佳。在殘餘Li黏附於解離體(諸如R－Ni)上之情況下，可藉由用鹼性溶液(諸如鹼性水溶液)洗滌來移除殘餘物，其亦可使R－Ni再生。或者，Li可經氫化且LiH及R－Ni之固體及所存在之任何其他固體化合物可由諸如篩分之方法機械分離。在另一實施例中，諸如R－Ni之解離體及其他反應物可經物理分離，但保持緊密接近以允許原子氫擴散至其餘反應物混合物中。舉例而言，可將其餘反應混合物與解離體置於開放並列舟皿中。在其他實施例中，反應器進一步包含獨立地含有解離體及其餘反應混合物之多個隔間。各隔間之分離物允許在解離體隔間中形成之原子氫流向其餘反應混合物隔間，同時保持化學分離。分離物可為金屬篩網或半滲透、惰性膜(其可為金屬性的)。在操作反應器期間，內含物可經機械混合。經分離之其餘反應混合物及其產物可經移除且在反應容器外部再處理且獨立於解離體返回，或可在反應器內獨立地經再處理。

產生原子觸媒Li及原子H之系統之其他實施例涉及Li、氨及LiH。原子Li觸媒及原子H可藉由Li₂ 與NH₃ 之反應產生：Li₂ ＋NH₃ → LiNH₂ ＋Li＋H (53)LiNH₂ 為以下反應之NH₃ 源：2LiNH₂ → Li₂ NH＋NH₃ (54)在一較佳實施例中，Li分散於具有大表面積之載體上以與氨反應。氨亦可與LiH反應產生LiNH₂ ：LiH＋NH₃ → LiNH₂ ＋H₂ (55)此外，H₂ 可與Li₂ NH反應產生LiNH₂ ：H₂ ＋Li₂ NH → LiNH₂ ＋LiH (56)

在另一實施例中，反應物包含LiNH₂ 與解離體之混合物。形成原子鋰之反應為：LiNH₂ ＋H → Li＋NH₃ (57)Li隨後可與其他H反應形成低能量氫。

產生原子觸媒Li及原子H之系統之其他實施例涉及Li及LiBH₄ 或NH₄ X(X為諸如鹵離子之陰離子)。原子Li觸媒及原子H可由Li₂ 與LiBH₄ 之反應產生： Li₂ ＋LiBH₄ → LiBH₃ ＋Li＋LiH (58)NH₄ X可產生LiNH₂ 及H₂ Li₂ ＋NH₄ X → LiX＋LiNH₂ ＋H₂ (59)

隨後，可根據方程式(32)及(37)之反應產生原子Li。在另一實施例中，Li/N系統形成原子Li及H之低能量氫反應物之反應機制為：NH₄ X＋Li－Li → Li＋H＋NH₃ ＋LiX (60)其中X為抗衡離子，較佳為鹵離子。

原子Li觸媒可由Li₂ NH或Li₃ N與由H₂ 解離形成之原子H之反應產生：Li₂ NH＋H → LiNH₂ ＋Li (61) Li₃ N＋H → Li₂ NH＋Li (62)

在另一實施例中，反應混合物包含除Li外之金屬之氮化物，諸如Mg、Ca、Sr、Ba、Zn及Th之氮化物。反應混合物可包含與Li交換或與Li形成混合金屬化合物之金屬。該等金屬可來自鹼金屬、鹼土金屬及過渡金屬之群。化合物可進一步包含N，諸如醯胺、醯亞胺及氮化物。

在一實施例中，觸媒Li係藉由陰離子交換反應(諸如鹵離子(X)交換反應)化學產生。舉例而言，Li金屬及Li－Li分子之至少一者與鹵化物反應形成原子Li及LiX。或者，LiX與金屬M反應形成原子Li及MX。在一實施例中，鋰金屬與鑭系元素鹵化物反應形成Li及LiX，其中X為鹵離子。一實例為CeBr₃ 與Li₂ 反應形成Li及LiBr。在其他實施例中，K、Cs及Na置換Li，其中觸媒為原子K、原子Cs及分子NaH。

在另一實施例中，反應混合物進一步包含哈柏法(Haber process)[43]之反應物及產物。該等產物可為NH_x ，x＝0、1、2、3、4。該等產物可與Li或包含Li之化合物反應形成原子Li及原子H。舉例而言，Li－Li可與NH_X 反應形成Li及可能之H：Li－Li＋NH₃ → Li＋LiNH₂ ＋H (63) Li－Li＋NH₂ → LiNH₂ ＋Li (64) Li－Li＋NH₂ → Li₂ NH＋H (65)在其他實施例中，K、Cs及Na置換Li，其中觸媒為原子K、原子Cs及分子NaH。

可使用化合物之混合物，其在比一或多種化合物個別熔融之溫度低之溫度下熔融。較佳可形成共熔混合物，其為混合諸如Li及LiNH₂ 之反應物之熔融鹽。

基於反應物之物理狀態及存在或不存在溶劑或外加溶質或合金物質，反應混合物之化學可極大改變。本發明關於改變物理狀態之目的在於控制反應速率且改變熱力學以在添加來自H源之H之情況下達成可持續之較低能量氫反應。對於包含諸如Li及LiNH₂ 之反應物之Li/N合金系統而言，鹼金屬、鹼土金屬及其混合物可充當溶劑。舉例而言，過量Li可充當LiNH₂ 之熔融溶劑以包含溶劑化Li及LiNH₂ 反應物，其相對於固態混合物將具有不同反應動力學及熱力學。可藉由控制溶質及溶劑之性質(諸如溫度、濃度及莫耳比)來調節前者效應(對較低能量氫反應動力學之控制)。在產生原子觸媒及原子氫之反應後，後者效應可用於使初始反應物再生。當產物不能藉由氫化直接再生時，此為一種途徑。

反應物之再生係由溶劑或外加溶質或合金物質促進之一實施例涉及鋰金屬，其中Li之氫化不完全，因此Li保持為溶劑及反應物。在Li溶劑中，在添加來自一源之H以形成LiH之情況下，可發生以下再生反應：LiH＋Li₂ NH → 2Li＋LiNH₂ (66)

對於包含諸如Li及LiNH₂ 之反應物之Li/N合金系統而言，鹼金屬、鹼土金屬及其混合物可充當溶劑。在一實施例中，選擇溶劑以使得其可將LiH還原為Li且形成不穩定溶劑氫化物，其中釋放H。溶劑較佳可為具有還原Li^＋之能力之Li(過量)、Na、K、Rb、Cs及Ba及具有低熱穩定性之相應氫化物之群的一或多者。在溶劑之熔點高於所需溫度之情況下(諸如在Ba之情況下，其具有727℃之高熔點)，可將該溶劑與其他溶劑(諸如金屬)混合以形成具有較低熔點之溶劑，諸如包含共熔混合物之溶劑。在一實施例中，可將一或多種鹼土金屬與一或多種鹼金屬混合以降低熔點，增加還原Li^＋之能力，且降低相應溶劑氫化物之穩定性。

反應物之再生係由溶劑或外加溶質或合金物質促進之另一實施例涉及鉀金屬。LiH與LiNH₂ 之混合物中之鉀金屬可將LiH還原為Li且形成KH。因為KH在諸如300℃之中間溫度下熱不穩定，所以其可促進Li₂ NH進一步氫化為Li及LiNH₂ 。

因此，K可催化由方程式(66)給出之反應。反應步驟為：LiH＋K → Li＋KH (67) KH＋Li₂ NH → K＋Li＋LiNH₂ (68)其中H係以其由較低能量氫產生所消耗之速率添加。或者，K自LiH催化產生Li及H，其中LiNH₂ 係由Li₂ NH之氫化直接形成。反應步驟為：Li₂ NH＋2H → LiH＋LiNH₂ (69) LiH＋K → KH＋Li (70) KH → K＋H(氣) (71)除氫化物(KH)之不穩定性之有利條件之外，醯胺(KNH₂ )亦不穩定，因此醯胺鋰與醯胺鉀之交換在熱力學上並不有利。除K之外，Na為較佳金屬溶劑，因為其可還原LiH且具有較低蒸氣壓。適合金屬溶劑之其他實例為Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba及Sn。溶劑可包含金屬之混合物，諸如兩種或兩種以上鹼金屬或鹼土金屬之混合物。較佳溶劑為高於380℃之Li(過量)及Na，因為高於此溫度時Li可混溶於Na中。

在另一實施例中，根據方程式(70－71)，鹼金屬或鹼土金屬充當再生觸媒。在一實施例中，藉由熔融LiNH₂ 將LiNH₂ 首先自LiH/LiNH₂ 混合物移除。隨後，可添加金屬M以催化LiH至Li之轉化。M可藉由蒸餾選擇性移除。Na、K、Rb及Cs形成在相對低之溫度下分解之氫化物且形成熱分解之醯胺；因此，在另一實施例中，根據由方程式(67－71)提供之K之相應反應，至少一者可充當LiH催化轉化為 Li及H之反應物。另外，一些鹼土金屬(諸如Sr)可形成極穩定之氫化物，其可用於藉由LiH與鹼土金屬之反應以形成穩定鹼土金屬氫化物而將LiH轉化為Li。藉由在高溫下操作，可經由分解由鹼土金屬氫化物供應氫，其中鋰存量主要為Li。反應混合物可包含Li、LiNH₂ 、X及解離體，其中X可為諸如LiH、Li₂ NH、Li₃ N之鋰化合物，其中少量鹼土金屬形成穩定氫化物以自LiH產生Li。氫源可為氫氣。操作溫度可足夠使得H可用。

在一實施例中，LiNO ₃ 可用於以一組偶合反應產生Li 及H 之LiNH ₂ 源。考慮催化包含Li 、LiNH ₂ 及LiNO ₃ 之反應混合物之一實施例。Li 與LiNH ₂ 形成Li ₃ N 且釋放H ₂ 之反應為：LiNH ₂ ＋2Li →H ₂ ＋Li ₃ N (72)所釋放H ₂ (方程式(72))與LiNO ₃ 形成水及醯胺鋰之平衡H ₂ 還原反應為：4H ₂ ＋LiNO ₃ →LiNH ₂ ＋3H ₂ O (73)隨後，可用所產生之LiNH ₂ 及其餘Li 進行反應方程式(72)，且可發生由方程式(72)及(73)給出之偶合反應，直至Li 完全消耗。總反應係由下式給出：LiNO ₃ ＋8Li ＋3LiNH ₂ → ＋3H ₂ O ＋4Li ₃ N (74)可藉由諸如冷凝或與獲取物反應以防止其與諸如Li 、LiNH ₂ 、Li ₂ NH 及Li ₃ N 之物質反應之方法動力學移除水。

Li觸媒反應物之例示性再生

本發明進一步包含自在該反應期間形成之任何副產物產生或再產生反應混合物以形成由方程式(1)給出之狀態之方法及系統。舉例而言，在能量反應器之一實施例中，諸如Li 、LiNH ₂ 及LiNO ₃ 之催化反應混合物係由熟習此項技術者已知之方法(諸如Cotton及Wilkinson[43]中所提供之方法)自任何副產物(諸如LiOH 及Li ₂ O )再生。包括副產物之反應混合物之組份可為液體或固體。將混合物加熱或冷卻至所需溫度，且產物藉由熟習此項技術者已知之方法物理分離。在一實施例中，LiOH 及Li ₂ O 為固體，Li 、LiNH ₂ 及LiNO ₃ 為液體，且將該等固體組份與液體組份分離。LiOH 及Li ₂ O 可藉由在高溫下用H ₂ 還原或藉由電解熔融化合物或含有其之混合物而轉化為鋰金屬。電解單元可包含共熔熔融鹽，其包含LiOH 、Li ₂ O 、LiCl 、KCl 、CaCl ₂ 及NaCl 之至少一者。電解單元係由抵抗Li 攻擊之材料構成，諸如BeO或BN容器。Li 產物可藉由蒸餾純化。LiNH ₂ 藉由此項技術中已知之方法(諸如Li 與氮反應，接著進行氫還原)形成。或者，LiNH ₂ 可藉由Li 與NH ₃ 之反應直接形成。

在初始反應混合物包含Li、LiNH₂ 及LiNO₃ 之至少一者之情況下，Li金屬可藉由諸如電解之方法再生，LiNO₃ 可由Li金屬產生。消除困難氮固定步驟之一關鍵步驟為使Li金屬與N₂ 甚至在室溫下反應形成Li₃ N。Li₃ N可與H₂ 反應形成Li₂ NH及LiNH₂ 。Li₃ N可與氧源反應形成LiNO₃ 。在一實施例中，Li₃ N用於硝酸鋰(LiNO₃ )之合成中，該合成涉及鋰(Li)、氮化鋰(Li₃ N)、氧(O₂ )、氧源、亞醯胺鋰(Li₂ NH)及醯胺鋰(LiNH₂ )之至少一或多者之反應物或中間物。

在一實施例中，氧化反應為：LiNH ₂ ＋2O ₂ →LiNO ₃ ＋H ₂ O (75)Li ₂ NH ＋2O ₂ →LiNO ₃ ＋LiOH (76)Li ₃ N ＋2O ₂ →LiNO ₃ ＋Li ₂ O (77)

可藉由以下反應使用NO ₂ 、NO 及O ₂ 之至少一者自Li ₂ O 及LiOH 再產生硝酸鋰：3Li ₂ O ＋6NO ₂ ＋3/2O ₂ →6LiNO ₃ (78)Li ₂ O ＋3NO ₂ →2LiNO ₃ ＋NO (79)NO ＋1/2O ₂ →NO ₂ (80)LiOH ＋NO ₂ ＋NO →2LiNO ₂ ＋H ₂ O (工業方法) (81)2LiOH ＋2NO ₂ →LiNO ₃ ＋LiNO ₂ ＋H ₂ O (82)氧化鋰可藉由與蒸汽反應而轉化為氫氧化鋰：Li ₂ O ＋H ₂ O →2LiOH (83)在一實施例中，Li ₂ O 轉化為LiOH ，接著根據方程式(81)LiOH 與NO ₂ 及NO 反應。

氧化鋰與氫氧化鋰可藉由用硝酸處理而轉化為硝酸鋰，接著乾燥：Li ₂ O ＋2HNO ₃ →2LiNO ₃ ＋H ₂ O (84)LiOH ＋HNO ₃ →LiNO ₃ ＋H ₂ O (85)

可藉由用硝酸處理氧化鋰或氫氧化鋰來製造LiNO₃ 。硝酸轉而可藉由已知工業方法產生，諸如藉由如Cotton及Wilkinson[43]中所給出之哈柏法、接著奧士華法(Ostwald process)及隨後藉由NO之氫化及氧化產生。在一實施例中，例示性步驟次序為： LiOH ＋HNO ₃ →LiNO ₃ ＋H ₂ O (87) 特定言之，哈柏法可用於在高溫及高壓下使用諸如含有某氧化物之α－鐵之觸媒自N₂ 及H₂ 形成NH₃ 。氨可用於自Li形成LiNH₂ 。奧士華法可用於在觸媒(諸如熱鉑或鉑－銠觸媒)下將氨氧化為NO。該NO可與氧及水進一步反應以形成硝酸，其可與氧化鋰或氫氧化鋰反應以形成硝酸鋰。隨後藉由乾燥獲得結晶硝酸鋰反應物。在另一實施例中，NO及NO₂ 與氧化鋰及氫氧化鋰之一或多者直接反應形成硝酸鋰。再生之Li 、LiNH ₂ 及LiNO ₃ 隨後以所需莫耳比返回反應器中。在其他例示性再生反應中，反應器之一實施例包含Li、LiNH₂ 及LiCoO₂ 之反應物。LiOH、Li₂ O及Co及其低價氧化物為副產物。反應物可藉由LiOH及Li₂ O電解為Li而再生。LiNH₂ 可藉由Li與NH₃ 或N₂ 及隨後與H₂ 之反應而再生。CoO₂ 及其低價氧化物可藉由與氧反應而再生。LiCoO₂ 可藉由Li與CoO₂ 反應而形成。隨後在分批或連續再生過程中，使Li、LiNH₂ 及LiCoO₂ 返回單元中。在LiIO₃ 或LiIO₄ 為混合物之試劑之情況下，IO₃ ^－及或IO₄ ^－可藉由碘或碘離子與鹼之反應而再生，且可進一步經歷電解變為所需陰離子，可使其以LiIO₃ 或LiIO₄ 形式沈澱出，乾燥且脫水。

NaH分子觸媒

在另一實施例中，包含氫之化合物(諸如MH，其中H為氫且M為另一元素)充當氫源及觸媒源。在一實施例中，藉由以下來提供催化系統：M－H鍵之斷裂加來自原子M之t 個電子各自電離至連續能級，以使得鍵能與該t 個電子之電離能之和大約為之一者，其中m為整數。

一種此催化系統涉及鈉。NaH之鍵能為1.9245 eV[44]。Na之第一電離能及第二電離能分別為5.13908 eV及47.2864 eV[1]。基於該等能量，NaH分子可充當觸媒及H源，因為NaH之鍵能加Na 至Na ^2
＋之雙重電離(t ＝2)為54.35 eV(2×27.2 eV)，在方程式(2)中其相當於m ＝2。觸媒反應係由下式提供： Na ^2＋＋2e ^－＋H →NaH ＋54.35eV (89)且，總反應為

如參考文獻[30]之第5章及參考文獻[20]中所提供，氫原子H (1/p )p ＝1,2,3,...137可經歷進一步躍遷至由方程式(1)給出之較低能態，其中一原子之躍遷係由共振且非輻射接受m ．27.2eV 之第二原子催化，其中有伴隨其位能之相反變化。由m ．27.2eV 至H (1/p ')之共振轉移誘發之H (1/p )躍遷為H (1/(p ＋m ))之總一般方程式係由下式表示：H (1/p ')＋H (1/p ) → H^＋＋e^－＋H (1/(p ＋m ))＋[2pm ＋m ² －p '² }13.6 eV (91)在高氫濃度之情況下，H (1/3)(p ＝3)躍遷為H (1/4)(p ＋m ＝ 4)(其中H 為觸媒(p ＝1；m ＝1))可為迅速的：由於H ^－ (1/4)在鹵化物中之穩定結合及其相對於其他反應物質之電離穩定性，其及由反應2H (1/4)→H ₂ (1/4)及H ^－ (1/4)＋H ^＋ →H ₂ (1/4)形成之相應分子為氫催化之有利產物。

NaH 觸媒反應可為一致的，因為NaH之鍵能、Na 至Na ^2＋之雙重電離(t ＝2)及H 之位能之和為81.56 eV(3．27.2 eV)，其在方程式(2)中相當於m ＝3。該等觸媒反應係由下式給出：且，總反應為其中為具有至少13.6 eV之動力學能量之快速氫原子。

在一實施例中，反應混合物包含NaH分子及氫之源之至少一者。該等NaH分子可充當觸媒以形成由方程式(1)給出之H態。NaH分子源可包含Na金屬、氫源(較佳為原子氫)及NaH(固)之至少一者。氫源可為氫氣及解離體及氫化物之至少一者。解離體及氫化物較佳可為R－Ni。解離體較佳亦可為Pt/Ti、Pt/Al₂ O₃ 及Pd/Al₂ O₃ 粉末。固體NaH可為NaH分子、H原子及Na原子之至少一者之源。

在一較佳實施例中，原子鈉及分子NaH之一者係由金屬、離子或分子形式之Na與至少一種其他化合物或元素之間之反應提供。Na或NaH之源可為金屬Na、包含Na之無機化合物(諸如NaOH)及其他適合Na化合物(諸如NaNH₂ 、Na₂ CO₃ 及Na₂ O(其於CRC[41]中給出)、NaX(X為鹵離子)及NaH(固))之至少一者。另一元素可為H、置換劑或還原劑。反應混合物可包含以下各物之至少一者：(1)鈉源，諸如Na(金屬)、NaH、NaNH₂ 、Na₂ CO₃ 、Na₂ O、NaOH、摻有NaOH之R－Ni、NaX(X為鹵離子)及摻有NaX之R－Ni之至少一者；(2)氫源，諸如氫氣及解離體及氫化物；(3)置換劑，諸如鹼金屬或鹼土金屬(較佳為Li)；及(4)還原劑，諸如以下金屬之至少一者：諸如鹼金屬、鹼土金屬、鑭系元素、過渡金屬(諸如Ti)、鋁、B、金屬合金(諸如AlHg、NaPb、NaAl、LiAl)；及單獨或與還原劑組合之金屬源，諸如鹼土金屬鹵化物、過渡金屬鹵化物、鑭系元素鹵化物及鹵化鋁。鹼金屬還原劑較佳為Na。其他適合還原劑包含諸如LiBH₄ 、NaBH₄ 、LiAlH₄ 或NaAlH₄ 之金屬氫化物。還原劑較佳與NaOH反應形成NaH分子及諸如Na、NaH(固)及Na₂ O之Na產物。NaH源可為R－Ni(其包含NaOH及諸如還原劑之反應物以形成NaH觸媒，諸如鹼金屬或鹼土金屬)或R－Ni之Al金屬間化合物。其他例示性試劑為鹼金屬或鹼土金屬及氧化劑(諸如AlX₃ 、MgX₂ 、LaX₃ 、CeX₃ 及TiX_n ，其中X為鹵離子，較佳為Br或I)。另外，反應混合物可包含另一化合物，其包含諸如Na₂ CO₃ 、Na₃ SO₄ 及Na₃ PO₄ 之至少一者之獲取物或分散劑，其可摻雜入諸如R－Ni之解離體中。反應混合物可進一步包含載體，其中該載體可摻雜有混合物之至少一種反應物。該載體較佳可具有大表面積，其有利於自反應混合物產生NaH觸媒。載體可包含以下各物之群之至少一者：R－Ni、Al、Sn、Al₂ O₃ (諸如γ、β或α氧化鋁)、鋁酸鈉(根據Cotton[45]，β氧化鋁具有存在之其他離子(諸如Na^＋ )且具有Na ₂ O． 11Al ₂ O ₃ 之理想組成)、鑭系元素氧化物(諸如M₂ O₃ ，較佳地，M＝La、Sm、Dy、Pr、Tb、Gd及Er)、Si、二氧化矽、矽酸鹽、沸石、鑭系元素、過渡金屬、金屬合金(諸如具有Na之鹼金屬及鹼土金屬合金)、稀土金屬、SiO₂ －Al₂ O₃ 或SiO₂ 負載型Ni及其他負載型金屬(諸如氧化鋁負載型鉑、鈀或釕之至少一者)。載體可具有高表面積且包含諸如以下各物之高表面積(HSA)材料：R－Ni、沸石、矽酸鹽、鋁酸鹽、氧化鋁、氧化鋁奈米粒子、多孔Al₂ O₃ 、Pt、Ru或Pd/Al₂ O₃ 、碳、Pt或Pd/C、無機化合物(諸如Na₂ CO₃ )、二氧化矽及沸石材料，較佳為Y沸石粉末。在一實施例中，諸如Al₂ O₃ 之載體(及解離體之Al₂ O₃ 載體(若存在))與還原劑(諸如鑭系元素)反應形成表面修飾之載體。在一實施例中，表面Al與鑭系元素交換形成鑭系元素取代之載體。此載體可經NaH分子源(諸如NaOH)摻雜且與還原劑(諸如鑭系元素)反應。鑭系元素取代之載體與鑭系元素之隨後反應將不會顯著改變該載體，且表面上之摻雜之NaOH可藉由與還原劑鑭系元素反應而還原為NaH觸媒。

在一實施例中，其中反應混合物包含NaH觸媒源，該NaH源可為Na合金及氫源。該合金可包含此項技術中已知之合金之至少一者，諸如鈉金屬與一或多種其他鹼金屬或鹼土金屬、過渡金屬、Al、Sn、Bi、Ag、In、Pb、Hg、Si、Zr、B、Pt、Pd或其他金屬之合金，且該H源可為H₂ 或氫化物。

諸如NaH分子源、鈉源、NaH源、氫源、置換劑及還原劑之試劑處於任何所需莫耳比。各自為大於0且小於100%之莫耳比。該等莫耳比較佳類似。

一較佳實施例包含NaH及Pd/Al₂ O₃ 粉末之反應混合物，其中該反應混合物可藉由添加H₂ 而再生。

在一實施例中，Na原子經蒸氣沈積於表面上。該表面可支撐或作為H原子源以形成NaH分子。該表面可包含氫化物及可經氫化之氫解離體(諸如Pt、Ru或Pd/Al₂ O₃ )之至少一者。表面積較佳較大。蒸氣沈積可來自含有Na原子源之儲集器。可經由加熱控制Na源。一種在加熱後提供Na原子之源為Na金屬。在蒸氣沈積過程中，該表面可保持在低溫(諸如室溫)下。Na塗佈之表面可經加熱以使得Na與H反應形成NaH且可進一步使得該等NaH分子反應形成由方程式(1)給出之H態。此項技術中熟知之其他薄膜沈積技術包含本發明之其他實施例。此等實施例包含實體噴霧、電噴霧、氣溶膠、電弧、努森單元受控釋放、分配器－陰極注射、電漿沈積、濺鍍及其他塗佈方法及系統(諸如熔融Na之精細分散液、電鍍Na及化學沈積Na)。Na金屬可分布於高表面積材料(較佳為Na₂ CO₃ 、碳、二氧化矽、氧化鋁、R－Ni及Pt、Ru或Pd/Al₂ O₃ )上以增大其與諸如H或H源之另一試劑反應時形成NaH之活性。此項技術中已知其他分布材料，諸如Cotton等人[46]中給出之分布材料。

在一實施例中，使至少一種包含還原劑或NaH源(諸如Na及NaOH)之反應物經歷霧化以產生相應反應物蒸氣以反應形成NaH觸媒。Na及NaOH可於單元中反應以形成NaH觸媒，其中使至少一種物質經歷霧化。可將霧化之物質傳輸至單元中以反應形成NaH觸媒。載運霧化之物質之工具可為載氣。可使用機械攪拌器及載氣(諸如稀有氣體)來達成反應物之霧化以將反應物運載至單元中以形成NaH觸媒。在一實施例中，可充當NaH源及還原劑之Na係藉由變得帶電及電散布而霧化。諸如Na及NaOH之至少一者之反應物可於載氣中機械霧化或其可經歷超音霧化。反應物可經由孔施壓以形成蒸氣。或者，反應物可經局部加熱至極高溫度以汽化或昇華以形成蒸氣。反應物可進一步包含氫源。氫可與Na反應以形成NaH觸媒。Na可為蒸氣形式。單元可包含解離體以自H₂ 形成原子氫。此項技術中已知之達成霧化之其他方式為本發明之部分。

在一實施例中，反應混合物包含包括Na或Na源、NaH或NaH源、金屬氫化物或金屬氫化物源、反應物或反應物源之群之至少一種物質以形成金屬氫化物、氫解離體及氫源。反應混合物可進一步包含載體。形成金屬氫化物之反應物可包含鑭系元素，較佳為La或Gd。在一實施例中， La可與NaH可逆地反應形成LaH_n (n＝1、2、3)。在一實施例中，氫化物交換反應形成NaH觸媒。可逆一般反應可由下式給出：

由方程式(96)給出之反應適用於表2中給出之其他MH 型觸媒。可進行反應，形成氫，其可經解離以形成原子氫，原子氫與Na反應形成NaH觸媒。解離體較佳為Pt、Pd或Ru/Al₂ O₃ 粉末、Pt/Ti及R－Ni之至少一者。解離體載體(諸如Al₂ O₃ )優先包含至少表面La取代Al或包含Pt、Pd或Ru/M₂ O₃ 粉末，其中M為鑭系元素。解離體可與其餘反應混合物分離，其中分離物傳遞原子H。

一較佳實施例包含NaH、La及Pd/Al₂ O₃ 粉末之反應混合物，其中在一實施例中該反應混合物可藉由添加H₂ 、藉由篩分分離NaH與氫化鑭、加熱氫化鑭以形成La且混合La與NaH而再生。或者，再生涉及以下步驟：藉由熔融Na且移除液體來分離Na與氫化鑭，加熱氫化鑭以形成La，將Na氫化為NaH，且混合La與NaH。可藉由球磨進行混合。

在一實施例中，諸如R－Ni之高表面積材料係經NaX(X＝F、Cl、Br、I)摻雜。經摻雜之R－Ni與試劑反應，該試劑將置換鹵離子以形成Na及NaH之至少一者。在一實施例中，反應物為至少一種鹼金屬或鹼土金屬，較佳為K、Rb、Cs之至少一者。在另一實施例中，反應物為鹼金屬氫化物或鹼土金屬氫化物，較佳為KH、RbH、CsH、MgH₂ 及CaH₂ 之至少一者。反應物可為鹼金屬氫化物與鹼土金屬氫化物。可逆一般反應可由下式給出：

形成NaH觸媒之NaOH觸媒反應

NaOH 與Na 變為Na ₂ O 與NaH 之反應為：NaOH ＋2Na →Na ₂ O ＋NaH (98)放熱反應可驅動NaH(氣)的形成。因此，Na金屬可充當還原劑以形成觸媒NaH(氣)。與NaH源具有類似高放熱還原反應之適合還原劑之其他實例為鹼金屬、鹼土金屬(諸如Mg及Ca之至少一者)、金屬氫化物(諸如LiBH₄ 、NaBH₄ 、LiAlH₄ 或NaAlH₄ )、B、Al、過渡金屬(諸如Ti)、鑭系元素(諸如La、Sm、Dy、Pr、Tb、Gd及Er之至少一者，較佳為La、Tb及Sm)。反應混合物較佳包含包括NaH觸媒源之具有諸如NaOH之摻雜劑的高表面積材料(HSA材料)。較佳達成摻雜劑於具有高表面積之材料上轉化為觸媒。該轉化可藉由還原反應發生。還原劑可以氣流形式提供。Na較佳以氣流形式流入反應器中。除較佳還原劑Na之外，其他較佳還原劑為其他鹼金屬、Ti、鑭系元素或Al。反應混合物較佳包含摻雜入HSA材料(較佳R－Ni)中之NaOH，其中還原劑為Na或金屬間化合物Al。反應混合物可進一步包含H源(諸如氫化物或氫氣)及解離體。H源較佳為氫化之R－Ni。

在一實施例中，將反應溫度保持在低於還原劑(諸如鑭系元素)與觸媒源(諸如R－Ni)形成合金之溫度下。在鑭之情況下，反應溫度較佳不超過532℃，其為如由Gasser及Kefif[47]所示之Ni與La之合金溫度。另外，將反應溫度保持在低於R－Ni與Al₂ O₃ 在顯著程度上發生反應之溫度下，諸如在100℃至450℃之範圍內。

在一實施例中，將以諸如由方程式(98)給出之產生NaH觸媒之反應產物形式形成的Na ₂ O 與氫源反應形成NaOH，其可進一步充當NaH觸媒源。在一實施例中，在存在原子氫之情況下來自方程式(98)之NaOH之再生反應為：Na ₂ O ＋H →NaOH ＋Na △H＝－11.6千焦/莫耳NaOH (99)NaH →Na ＋H (1/3) △H＝－10,500千焦/莫耳H (100)及NaH →Na ＋H (1/4) △H＝－19,700千焦/莫耳H (101)因此，具有原子氫源或原子氫之少量NaOH 及Na 充當催化性NaH 觸媒源，其轉而經由多個諸如方程式(98－101)所給出之再生反應循環形成大產量之低能量氫。在一實施例中，根據方程式(102)給出之反應，Al(OH) ₃ 可充當NaOH 及NaH 之源，其中用Na 及H，進行由方程式(98－101)所給出之反應以形成低能量氫。

3Na ＋Al(OH) ₃ →NaOH ＋NaAlO ₂ ＋NaH ＋1/2H ₂ (102)在一實施例中，金屬間化合物之Al充當還原劑以形成NaH 觸媒。平衡反應係由下式給出：3NaOH ＋2Al →Al ₂ O ₃ ＋3NaH (103)此放熱反應可驅動NaH (氣)之形成以驅動由方程式(88－92) 給出之大量放熱反應，其中在存在原子氫之情況下自Na發生NaH之再生。

兩個較佳實施例包含Na及R－Ni之第一反應混合物，其包含約0.5重量% NaOH，其中Na充當還原劑；及R－Ni之第二反應混合物，其包含約0.5重量% NaOH，其中金屬間化合物Al充當還原劑。反應混合物可藉由添加NaOH及NaH(其可充當H源及還原劑)而再生。

在能量反應器之一實施例中，諸如NaOH之NaH源係藉由添加氫源(諸如氫化物及氫氣之至少一者)及解離體而再生。該氫化物及解離體可為氫化之R－Ni。在另一實施例中，諸如摻有NaOH之R－Ni之NaH源係藉由再氫化、添加NaH及添加NaOH之至少一者再生，其中該添加可藉由物理混合進行。可藉由諸如球磨之方式進行機械混合。

在一實施例中，反應混合物進一步包含形成氧化物之反應物，其與NaOH或Na₂ O反應形成極穩定氧化物及NaH。此等反應物包含鈰、鎂、鑭系元素、鈦或鋁或其化合物(諸如AlX₃ 、MgX₂ 、LaX₃ 、CeX₃ 及TiX_n ，其中X為鹵離子，較佳為Br或I)及還原化合物(諸如鹼金屬或鹼土金屬)。在一實施例中，NaH觸媒源包含R－Ni，其在其表面上包含諸如NaOH之鈉化合物。隨後，NaOH與諸如AlX₃ 、MgX₂ 、LaX₃ 、CeX₃ 及TiX_n 及鹼金屬M之形成氧化物之反應物反應分別形成NaH、MX及Al₂ O₃ 、MgO、La₂ O₃ 、Ce₂ O₃ 及Ti₂ O₃ 。

在一實施例中，反應混合物包含摻有NaOH之R－Ni及所添加之鹼金屬或鹼土金屬以形成Na及NaH分子之至少一者。該Na可與來自諸如氫氣或氫化物(諸如R－Ni)之源之H進一步反應以形成NaH觸媒。NaH之隨後催化反應形成由方程式(1)給出之H態。添加鹼金屬或鹼土金屬M可藉由以下反應將Na^＋還原為Na：NaOH＋M → MOH＋Na (104) 2NaOH＋M → M(OH)₂ ＋2Na (105)M亦可與NaOH反應，形成H以及Na 2NaOH＋M → Na₂ O＋H₂ ＋MO (106) Na₂ O＋M → M₂ O＋2Na (107)隨後，可藉由與來自諸如由方程式(106)給出之反應之H以及來自R－Ni之氫及任何外加H源反應由以下反應形成觸媒NaH：Na＋H → NaH (108)Na為較佳還原劑，因為其為NaH之另一源。

可添加氫以還原NaOH且形成NaH觸媒：NaOH＋H₂ → NaH＋H₂ O (109)R－Ni中之H可將NaOH還原為Na金屬及水，水可藉由抽吸移除。

在一實施例中，反應混合物包含一或多種與NaH源反應形成NaH觸媒之化合物。該源可為NaOH。該等化合物可包含LiNH₂ 、Li₂ NH及Li₃ N之至少一者。反應混合物可進一步包含諸如H₂ 之氫源。在實施例中，氫氧化鈉與醯胺鋰形成NaH及氫氧化鋰之反應為：NaOH ＋LiNH ₂ →LiOH ＋NaH ＋1/2N ₂ ＋LiH (110)氫氧化鈉與醯亞胺鋰形成NaH及氫氧化鋰之反應為：NaOH ＋Li ₂ NH →Li ₂ O ＋NaH ＋1/2N ₂ ＋1/2H ₂ (111)且，氫氧化鈉與氮化鋰形成NaH及氧化鋰之反應為：NaOH ＋Li ₃ N →Li ₂ O ＋NaH ＋1/2N ₂ ＋Li (112)

形成NaH觸媒之鹼土金屬氫氧化物觸媒反應

在一實施例中，向Na源提供H源以形成觸媒NaH。該Na源可為金屬。該H源可為氫氧化物。該氫氧化物可為鹼金屬氫氧化物、鹼土金屬氫氧化物、過渡金屬氫氧化物及Al(OH)₃ 之至少一者。在一實施例中，Na與氫氧化物反應形成相應氧化物及NaH觸媒。在氫氧化物為Mg(OH)₂ 之一實施例中，產物為MgO。在氫氧化物為Ca(OH)₂ 之一實施例中，產物為CaO。如Cotton[48]中所提供，鹼土金屬氧化物可與水反應以使氫氧化物再生。可藉由諸如過濾及離心之方式收集呈沈澱物形式之氫氧化物。

舉例而言，在一實施例中，形成NaH觸媒之反應及Mg(OH) ₂ 之再生循環係由以下反應給出：3Na ＋Mg(OH) ₂ →2NaH ＋MgO ＋Na ₂ O (113)MgO ＋H ₂ O →Mg(OH) ₂ (114)

在一實施例中，形成NaH觸媒之反應及Ca(OH) ₂ 之再生循環係由以下反應給出：4Na ＋Ca(OH) ₂ →2NaH ＋CaO ＋Na ₂ O (115)CaO ＋H ₂ O →Ca(OH) ₂ (116)

形成NaH觸媒之Na/N合金反應

呈固態及液態之鈉為金屬，且氣體包含共價Na ₂ 分子。為產生NaH觸媒，固體燃料之反應混合物包含Na/N合金反應物。在一實施例中，除固體燃料反應產生分子NaH而非原子Li及H之外，反應混合物、固體燃料反應及再生反應包含Li/N系統之彼等者，其中Na置換Li且觸媒為分子NaH。在一實施例中，反應混合物包含一或多種與NaH源反應形成NaH觸媒之化合物。該反應混合物可包含以下各物之群之至少一者：Na、NaH、NaNH₂ 、Na₂ NH、Na₃ N、NH₃ 、解離體、氫源(諸如氫氣或氫化物)、載體及獲取物(諸如NaX(X為鹵離子))。解離體較佳為Pt、Ru或Pd/Al₂ O₃ 粉末。對於高溫操作而言，解離體可包含於對Na呈適當惰性之高表面積載體上之Pt或Pd。解離體可為於碳上之Pt或Pd或Pd/Al₂ O₃ 。後者之載體可包含諸如NaAlO₂ 之材料之保護性表面塗層。反應物可以任何重量%存在。

一較佳實施例包含Na或NaH、NaNH₂ 及Pd/Al₂ O₃ 粉末之反應混合物，其中該反應混合物可藉由添加H₂ 而再生。

在一實施例中，將NaNH ₂ 添加至反應混合物中。NaNH ₂ 根據以下可逆反應產生NaH：Na ₂ ＋NaNH ₂ →NaH ＋Na ₂ NH (117)及2NaH ＋NaNH ₂ →NaH (氣)＋Na ₂ NH ＋H ₂ (118)

在低能量氫反應循環中，Na－Na與NaNH₂ 反應形成NaH分子及Na₂ NH，且NaH形成低能量氫及Na。因此，該反應根據以下反應為可逆的：Na ₂ NH ＋H ₂ →NaNH ₂ ＋NaH (119)及Na ₂ NH ＋Na ＋H →NaNH ₂ ＋Na ₂ (120)

在一實施例中，方程式(119)之NaH為分子以使得此反應為產生觸媒之另一反應。醯胺鈉與氫形成氨及氫化鈉之反應為：H ₂ ＋NaNH ₂ →NH ₃ ＋NaH (121)在一實施例中，此反應可逆。可藉由增大H ₂ 濃度來驅動反應以形成NaH 。或者，可使用解離體經由形成原子H來驅動正反應。該反應由下式給出：2H ＋NaNH ₂ →NH ₃ ＋NaH (122)放熱反應可驅動NaH(氣)之形成。

在一實施例中，NaH觸媒係由如反應方程式(121－122)中所給出之NaNH₂ 與氫(較佳為原子氫)之反應產生。反應物之比率可為任何所需量。該等比率較佳與方程式(121－122)之比率大約按化學計量配比。藉由添加H源(諸如氫氣或氫化物)來置換反應形成低能量氫之氫源使形成觸媒之反應可逆，其中該等觸媒反應係由方程式(88－95)給出，且藉由氨與Na反應形成醯胺鈉與額外NaH觸媒：NH ₃ ＋Na ₂ →NaNH ₂ ＋NaH (123)

在一實施例中，HSA材料經NaNH₂ 摻雜。經摻雜之HSA材料與試劑反應，該試劑將置換醯胺基團以形成Na及NaH之至少一者。在一實施例中，反應物為鹼金屬或鹼土金屬，較佳為Li。在另一實施例中，反應物為鹼金屬氫化物或鹼土金屬氫化物，較佳為LiH。反應物可為鹼金屬氫化物與鹼土金屬氫化物。除由反應混合物之任何其他試劑(諸如氫化物、HSA材料及置換試劑)所提供之H源之外，可另外提供諸如氫氣之H源。

在一實施例中，醯胺鈉經歷與鋰反應形成醯胺鋰、醯亞胺鋰或氮化鋰及Na或NaH觸媒。醯胺鈉與鋰形成醯亞胺鋰及NaH之反應為：2Li ＋NaNH ₂ →Li ₂ NH ＋NaH (124)醯胺鈉與氫化鋰形成醯胺鋰及NaH之反應為：LiH ＋NaNH ₂ →LiNH ₂ ＋NaH (125)醯胺鈉、鋰及氫形成醯胺鋰及NaH之反應為：Li ＋1/2H ₂ ＋NaNH ₂ →LiNH ₂ ＋NaH (126)在一實施例中，混合物之反應形成Na，且反應物進一步包含H源，其藉由諸如以下反應與Na反應形成觸媒NaH：Li＋NaNH₂ → LiNH₂ ＋Na (127)及Na＋H → NaH (128) LiH＋NaNH₂ → LiNH₂ ＋NaH (129)

在一實施例中，反應物包含NaNH₂ 、置換NaNH₂ 之醯胺基團之反應物(諸如鹼金屬或鹼土金屬，較佳為Li)，且可另外包含H源，諸如MH(M＝Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr及Ba)、H₂ 及氫解離體及氫化物之至少一者。

反應混合物之試劑(諸如M、MH、NaH、NaNH₂ 、HSA材料、氫化物及解離體)處於任何所需莫耳比。M、MH、 NaNH₂ 及解離體各自處於大於0且小於100%之莫耳比，該等莫耳比率較佳類似。

產生分子觸媒NaH之系統之其他實施例涉及Na及NaBH₄ 或NH₄ X(X為諸如鹵離子之陰離子)。分子NaH觸媒可由Na₂ 與NaBH₄ 反應產生：Na₂ ＋NaBH₄ → NaBH₃ ＋Na＋NaH (130)NH₄ X可產生NaNH₂ 及H₂ Na₂ ＋NH₄ X → NaX＋NaNH₂ ＋H₂ (131)

隨後，可根據方程式(117－129)之反應產生NaH觸媒。在另一實施例中，形成低能量氫觸媒NaH之Na/N系統之反應機制為：NH₄ X＋Na－Na → NaH＋NH₃ ＋NaX (132)

製備及再產生NH觸媒反應物

在一實施例中，可藉由模仿關於Li基反應物系統所揭示者之系統及方法再產生NaH分子或Na及氫化之R－Ni。在一實施例中，可藉由抽空自NaH釋放之H₂ 而自固體NaH再產生Na。在約1托下NaH分解之平台溫度為約500℃。NaH可在約1托及500℃下分解，該溫度低於R－Ni之合金形成及燒結溫度。熔融Na可與R－Ni分離，該R－Ni可經再氫化，且Na及氫化之R－Ni可回到另一反應循環中。在於氫化物表面上蒸氣沈積Na之情況下，可藉由在抽吸移除Na之情況下加熱來達成再生，可藉由引入H₂ 將氫化物再氫化，且在一實施例中在單元經抽空之後Na原子可再沈積於再生氫化物上。

在一較佳實施例中，使用一種反應物與另一反應物之氫化或去氫化之競爭動力學來達成包含氫化化合物及非氫化化合物之反應混合物。舉例而言，NaH固體之形成熱力學上優先於R－Ni氫化物之形成。然而，在低溫(諸如約25℃－100℃之範圍)下NaH形成之速率較低；而在此溫度範圍內在適度壓力(諸如約100托至3000托之範圍)下R－Ni氫化物之形成以高速率進行。因此，可藉由在約400℃－500℃下抽吸以使NaH去氫化，將容器冷卻至約25℃－100℃，添加氫以優先氫化R－Ni歷時達成所需選擇性之持續時間，且隨後藉由抽空單元移除過量氫而自NaH固體及R－Ni再產生Na與氫化之R－Ni之反應混合物。儘管存在過量Na或添加過量Na，但R－Ni可藉由單獨選擇性氫化而用於重複循環中。此可藉由在達成選擇性氫化R－Ni之溫度及壓力範圍內添加氫且隨後藉由在將容器加熱以引發形成原子H及分子NaH之反應及隨後產生由方程式(1)給出之H態之反應之前移除過量氫來達成。或者，包含Na及諸如R－Ni之氫源之反應混合物可經氫化以形成氫化物，且可基於差示動力學藉由在達成選擇性之溫度及壓力範圍內及持續時間下抽吸而將NaH固體選擇性去氫化。

在具有粉末反應物(諸如粉末觸媒源及還原劑)之一實施例中，將該還原劑粉末與該觸媒源粉末混合。舉例而言，將提供NaH觸媒之摻有NaOH之R－Ni與金屬或金屬氫化物粉末(分別為諸如鑭系元素或NaH)混合。在具有固體材料(諸如解離體、載體或經反應混合物之至少一種其他物質摻雜或塗佈之HSA材料)之反應混合物之一實施例中，可藉由球磨或初濕含浸(incipient wetness)法達成混合。在一實施例中，可藉由將表面浸漬於諸如NaOH或NaX(X為抗衡陰離子，諸如鹵離子)之物質之溶液中，接著乾燥來塗佈該表面。或者，可藉由使用與此項技術中熟知之用於蝕刻R－Ni相同的程序用濃NaOH(去氧)蝕刻而將NaOH併入Ni/Al合金或R－Ni中[49]。在一實施例中，將HSA材料(諸如經諸如NaOH之物質摻雜之R－Ni)與諸如Na之還原劑反應，形成NaH觸媒，NaH觸媒反應形成低能量氫。隨後，可藉由蒸發、較佳在高溫下在真空下蒸發自產物移除過量還原劑，諸如Na。還原劑可經冷凝以便再循環。在另一實施例中，藉由使用傳輸介質(諸如氣體或液體(諸如溶劑))移除還原劑及產物物質之至少一者，且將該等移除之物質與該傳輸介質分離。可藉由此項技術中熟知之方法(諸如沈澱、過濾或離心)來分離該等物質。該等物質可直接再循環或進一步反應為適於再循環之化學形式。另外，可藉由H還原或藉由與水蒸氣氣流反應再產生NaOH。在前者情況下，可藉由蒸發、較佳在高溫下在真空下蒸發來移除過量Na。或者，可藉由用適合溶劑(諸如水)沖洗來移除反應產物，可將HSA材料乾燥，且可添加初始反應物。可藉由此項技術中已知之方法使產物分別再生為原始反應物。或者，反應產物(諸如藉由沖洗R－Ni分離之NaOH)可用於蝕刻R－Ni之過程中以使其再生。在包含與HSA材料反應之反應物之一實施例中，諸如氧化物之產物可經諸如稀酸之溶劑處理以移除產物。HSA材料隨後可經再摻雜及再使用，而經移除之產物可由已知方法再生。

使用如Cotton[48]中給出之熟習此項技術者已知之方法及系統，諸如鹼金屬之還原劑可自包含相應化合物(較佳為NaOH或Na₂ O)之產物再生。一種方法包含於混合物(諸如共熔混合物)中電解。在另一實施例中，還原劑產物可包含至少一些氧化物，諸如鑭系元素金屬氧化物(例如La₂ O₃ )。氫氧化物或氧化物可溶解於弱酸(諸如鹽酸)中以形成相應鹽(諸如NaCl或LaCl₃ )。用酸處理可為氣相反應。該等氣體可在低壓下通入。該鹽可經產物還原劑(諸如鹼金屬或鹼土金屬)處理以形成原始還原劑。在一實施例中，第二還原劑為鹼土金屬(較佳為Ca)，其中NaCl或LaCl₃ 經還原為Na或La金屬。熟習此項技術者已知之方法提供於Cotton[48]中，該文獻係以引用的方式全部併入本文中。亦將CaCl₃ 之其他產物回收及再循環。在替代性實施例中，氧化物在高溫下經H₂ 還原。

在NaAlH₄ 為還原劑之一實施例中，產物包含Na及Al，其不需與R－Ni產物分離。在不分離之情況下，R－Ni以觸媒源形式再生。可藉由添加NaOH而再生。該NaOH可部分蝕刻R－Ni之Al[49]，其經乾燥[50]以便再使用。或者，Na與Al原位反應或與反應產物混合物分離且與H₂ 反應以直接形成NaAlH₄ (如Cotton[51]所給出)，或藉由回收之NaH與Al之反應形成NaAlH₄ 。

R－Ni為具有作為NaH觸媒源之NaOH之較佳HSA材料。在一實施例中，根據製造商，Na含量在以每公克R－Ni計約0.01 mg至100 mg之範圍內，較佳在以每公克R－Ni計約0.1 mg至10 mg之範圍內，且最佳在以每公克R－Ni計約1 mg至10 mg Na之範圍內。R－Ni或Ni合金可進一步包含促進劑，諸如Zn、Mo、Fe及Cr之至少一者。R－Ni或合金可為W.R.Grace Davidson阮尼2400、阮尼2800、阮尼2813、阮尼3201及阮尼4200之至少一者，較佳為2400，或該等材料之蝕刻或Na摻雜之實施例。R－Ni之NaOH含量可增加在約1.01倍至1000倍範圍內之因數。可藉由諸如球磨之方式混合來添加固體NaOH，或其可溶解於溶液中以達成所需濃度或pH值。可將該溶液添加至R－Ni中且將水蒸發以達成摻雜。該摻雜可在以每公克R－Ni計約0.1 μg至100 mg之範圍內，較佳在以每公克R－Ni計約1 μg至100 μg之範圍內，且最佳在以每公克R－Ni計約5 μg至50 μg之範圍內。在一實施例中，將0.1 g NaOH溶解於100 ml蒸餾水中，且將10 ml NaOH溶液添加至500 g非傾析R－Ni(來自W.R.Grace Chemical Company，批號為2800/05310，其具有約0.1重量%之初始Na總含量)中。隨後將混合物乾燥。可藉由在真空下在50℃下加熱65小時來達成乾燥。在另一實施例中，可藉由用R－Ni將NaOH球磨來達成摻雜，諸如每公克R－Ni用約1 mg至10 mg NaOH。

可根據標準R－Ni乾燥程序[50]將R－Ni乾燥。可在約10℃－500℃之溫度範圍內在真空下將R－Ni傾析且乾燥，其較佳在50℃下乾燥。持續時間可在約1小時至200小時之範圍內，持續時間較佳為約65小時。在一實施例中，經乾燥R－Ni之H含量在約1 ml－100 ml H/g R－Ni之範圍內，經乾燥R－Ni之H含量較佳在約10 ml－50 ml H/g R－Ni之範圍內(其中ml氣體係在STP下)。控制乾燥溫度、時間、真空壓力及在乾燥期間及乾燥後之氣體(若存在，諸如He、Ar或H₂ )流動以達成乾燥及所需H含量。

在經NaH觸媒源(諸如NaOH)摻雜之R－Ni之一實施例中，由Ni/Al合金製備R－Ni包含用NaOH水溶液蝕刻合金之步驟。可改變NaOH之濃度、蝕刻時間及沖洗交換以達成所需併入NaOH之含量。在一實施例中，該NaOH溶液不含氧。莫耳濃度在約1 M至10 M之範圍內，較佳在約5 M至8 M之範圍內，且最佳為約7 M。在一實施例中，在約50℃下使合金與NaOH反應約2小時。隨後將溶液用水(諸如去離子水)稀釋，直至形成Al(OH)₃ 沈澱物。在此情況下，NaOH與Al(OH)₃ 形成水溶性Na[Al(OH)₄ ]之兩性反應至少部分得以阻止，以使得NaOH併入R－Ni中。可藉由在不傾析之情況下乾燥R－Ni來達成併入。稀溶液之pH值可在8至14之範圍內，較佳在9至12之範圍內，且最佳為約10－11。可用氬在溶液中鼓泡約12小時，且隨後可將溶液乾燥。

在還原劑與觸媒源反應形成低能量氫(具有由方程式(1)給出之態之H)之後，使還原劑及觸媒源再生。在一實施例中，分離出反應產物。可將還原劑產物與觸媒源之產物分離。在還原劑及觸媒源之至少一者為粉末之一實施例中，根據粒度、形狀、重量、密度、磁性或介電常數之至少一者將該等產物機械分離。可使用篩網機械分離具有顯著大小及形狀差異之粒子。可藉由浮力差異來分離具有大密度差異之粒子。可磁性分離具有大磁化率差異之粒子。可靜電分離具有大介電常數差異之粒子。在一實施例中，將產物研磨以逆轉任何燒結。可藉由球磨機進行研磨。

藉由應用常規實驗，可將熟習此項技術者已知之方法應用於本發明之分離中。一般而言，如Earle[52](其係以引用的方式全部併入本文中)中所述，機械分離可分為四類：沈積、離心分離、過濾及篩分。在一較佳實施例中，藉由篩分及使用分級器之至少一者來達成粒子之分離。可在起始物質中選擇粒子之大小及形狀以達成產物之所需分離。

在另一實施例中，還原劑為粉末或經轉化為粉末且與產物反應混合物之其他組份(諸如HSA材料)機械分離。在實施例中，Na、NaH及鑭系元素包含還原劑及還原劑源之至少一者，且HSA材料組份為R－Ni。可藉由將任何未反應之非粉末還原劑金屬轉化為氫化物而將還原劑產物自產物混合物分離。可藉由添加氫來形成氫化物。可將金屬氫化物研磨以形成粉末。隨後可基於粒子大小之差異，將該粉末與其他產物(諸如觸媒源之產物)分離。可藉由於一系列對某些尺寸範圍具選擇性以產生分離之篩網上攪拌混合物來分離。或者，或與篩分組合，基於粒子之間的大磁化率差異將R－Ni粒子與金屬氫化物或金屬粒子分離。經還原之R－Ni產物可具磁性。未反應之鑭系元素金屬及氫化之金屬及諸如La₂ O₃ 之任何氧化物分別具弱順磁性及反磁性。可於單獨或與一或多種篩網組合之一系列強磁體上攪拌產物混合物以基於R－Ni產物粒子與磁體之較強黏著性或吸引力及兩類粒子之尺寸差異之至少一者產生分離。在使用篩網及施加磁場之一實施例中，後者向具重力者增添另一力以吸引較小R－Ni產物粒子穿過篩網，而還原劑產物之弱順磁性或反磁性粒子由於其較大尺寸而保留在篩網上。可藉由加熱且視情況藉由施加真空而自相應氫化物回收鹼金屬。在另一批重複反應－再生循環中，放出之氫可與鹼金屬反應。在循環中各個階段下可存在一個以上批次。氫化物及任何其他化合物可經分離，且隨後反應形成金屬，其與自氫化物形成金屬係分別進行。

在一實施例中，反應混合物係藉由蒸氣沈積技術再生，較佳在反應物位於HSA材料(諸如R－Ni)之表面上之情況下。在其他實施例中，具有其他經塗佈之所需反應物，其包含於一表面上之NaH觸媒源及支撐NaH觸媒形成之材料(諸如HSA材料)之至少一者，該等反應物係藉由使氣流與HSA材料(諸如R－Ni)反應而提供。沈積之反應物可包含以下各物之群之至少一者：Na、NaH、Na₂ O、NaOH、Al、Ni、NiO、NaAl(OH)₄ 、β－氧化鋁、Na ₂ O．nAl ₂ O ₃ (n為1至1000之整數，較佳為11)、Al(OH)₃ 及α、β及γ形式之Al₂ O₃ 。熟習蒸氣沈積技術者熟知蒸氣沈積之元素、化合物、中間物及作為所需反應物或轉化為所需反應物之物質以及氣流之次序及組成及自該等氣流形成反應物之化學。舉例而言，鹼金屬可直接蒸氣沈積且具有低蒸氣壓之任何金屬(諸如Al)可自氣態鹵化物或氫化物蒸氣沈積。此外，氧化物產物(諸如Na₂ O)可與氫源反應以形成氫氧化物(諸如NaOH)。氫源可包含水蒸氣氣流以使NaOH再生。或者，可使用H₂ 或H₂ 源形成NaOH。另外，可藉由供應氫氣且藉由諸如抽吸之方式移除過量氫來達成HSA材料(諸如R－Ni)之氫化。藉由精確控制來自諸如水蒸氣或氫氣之源之反應H的總莫耳數可使NaOH以化學計量再生。可分別藉由蒸發及分解與蒸發來移除在此階段形成之任何額外Na或NaH。或者，可移除諸如Na₂ O或過量NaOH之氧化物或氫氧化物產物。此可藉由轉化為鹵化物(諸如NaI)達成，鹵化物可藉由蒸餾或蒸發移除。可藉由加熱且藉由在高溫下保持真空來達成蒸發。可藉由與酸(諸如HI)反應來達成轉化為鹵化物。可藉由包含酸氣體之氣流進行處理。在另一實施例中，藉由昇華移除任何過量NaOH。如Cotton[53]所提供，此在350℃－400℃之溫度範圍內在真空下發生。反應物之任何蒸發、蒸餾、傳輸、氣流過程或相關過程可進一步包含載氣。該載氣可為惰性氣體，諸如稀有氣體。其他步驟可包含機械混合或分離。舉例而言，亦可將NaOH及NaH沈積或藉由諸如球磨及篩分之方法分別機械移除。

在還原劑為除所需第一元素(諸如Na)外之元素之情況下，可使用此項技術中已知之方法由第二元素(諸如Na)來置換另一元素。步驟可包含蒸發過量還原劑。可將大表面積材料(諸如R－Ni)蝕刻。可藉由鹼、較佳NaOH進行蝕刻。可將蝕刻產物傾析，其中諸如藉由傾析及可能離心來機械移除大體上所有任何溶劑(諸如水)。經蝕刻之R－Ni可在真空下乾燥且再循環。

其他MH型觸媒及反應

另一MH型催化系統涉及鋁。AlH之鍵能為2.98 eV[44]。Al之第一電離能及第二電離能分別為5.985768 eV及18.82855 eV[1]。基於該等能量，AlH分子可充當觸媒及H源，因為AlH之鍵能加Al 至Al ^2
＋之雙重電離(t ＝2)為27.79 eV(27.2 eV)，在方程式(2)中其相當於m ＝1。觸媒反應係由下式提供： Al ^2＋＋2e ^－＋H →AlH ＋27.79eV (134)且，總反應為

在一實施例中，反應混合物包含AlH分子及AlH分子源之至少一者。AlH分子源可包含Al金屬及氫源(較佳為原子氫)。該氫源可為氫化物，較佳為R－Ni。在另一實施例中，觸媒AlH係由Al之氧化物或氫氧化物與還原劑之反應產生。該還原劑包含先前給出之NaOH還原劑之至少一者。在一實施例中，向Al源提供H源以形成觸媒AlH。該Al源可為金屬。該H源可為氫氧化物。該氫氧化物可為鹼金屬氫氧化物、鹼土金屬氫氧化物、過渡金屬氫氧化物及 Al(OH)₃ 之至少一者。

可藉由以下兩個反應步驟來製備阮尼鎳：Ni＋3Al → NiAl₃ (或Ni₂ Al₃ ) (136) Na[Al(OH)₄ ]易於溶解於濃NaOH中。可將其於去氧水中洗滌。所製備之Ni含有Al(約10重量%，其可改變)，其為多孔的，且具有大表面積。其在Ni晶格與Ni－AlH_x (x＝1、2、3)形式中含有大量H。

R－Ni可與另一元素反應引起化學釋放AlH分子，AlH分子隨後經歷根據由方程式(133－135)給出之反應之催化。在一實施例中，AlH釋放係由還原反應、蝕刻或合金形成引起。一種此另一元素M為鹼金屬或鹼土金屬，其與R－Ni之Ni部分反應使得AlH_x 組份釋放出AlH分子，其隨後經歷催化。在一實施例中，M可與氫氧化鋁或氧化鋁反應形成Al金屬，其可與H進一步反應形成AlH。可藉由加熱引發反應，且可藉由控制溫度來控制速率。M(鹼金屬或鹼土金屬)與R－Ni處於任何所需莫耳比。M及R－Ni各自處於大於0且小於100%之莫耳比。M及R－Ni之莫耳比較佳類似。

在一實施例中，Al原子係蒸氣沈積於一表面上。該表面可支撐或作為H原子源以形成AlH分子。該表面可包含氫化物及氫解離體之至少一者。該表面可為可經氫化之R－Ni。蒸氣沈積可來自含有Al原子源之儲集器。可藉由加熱控制Al源。一種在加熱後提供Al原子之源為Al金屬。在蒸氣沈積過程中，該表面可保持在低溫(諸如室溫)下。可將Al塗佈之表面加熱以使得Al與H反應形成AlH且可進一步使得AlH分子反應形成由方程式(1)給出之H態。形成Al及其他元素(諸如金屬)之至少一者之層的此項技術中熟知之其他薄膜沈積技術包含本發明之其他實施例。此等實施例包含實體噴霧、電噴霧、氣溶膠、電弧、努森單元受控釋放、分配器－陰極注射、電漿沈積、濺鍍及其他塗佈方法及系統(諸如熔融Al之精細分散液、電鍍Al及化學沈積Al)。

在一實施例中，AlH源包含R－Ni及其他阮尼金屬或此項技術中已知之Al合金，諸如R－Ni或包含Ni、Cu、Si、Fe、Ru、Co、Pd、Pt及其他元素及化合物之至少一者之合金。該R－Ni或合金可進一步包含促進劑，諸如Zn、Mo、Fe及Cr之至少一者。R－Ni可為W.R.Grace阮尼2400、阮尼2800、阮尼2813、阮尼3201、阮尼4200之至少一者，或該等材料之蝕刻或Na摻雜之實施例。在AlH觸媒系統之另一實施例中，觸媒源包含Ni/Al合金，其中Al與Ni之比率在約10%－90%、較佳約10%－50%且更佳約10%－30%之範圍內。觸媒源可包含鈀或鉑且進一步包含呈阮尼金屬形式之Al。

AlH源可進一步包含AlH₃ 。該AlH₃ 可沈積於Ni上或與Ni一起沈積以形成NiAlH_x 合金。該合金可藉由添加金屬(諸如鹼金屬或鹼土金屬)而活化。在一實施例中，反應混合物包含AlH₃ 、R－Ni及金屬(諸如鹼金屬)。可藉由自儲集器汽化或藉由自在高溫下於R－Ni上流下之源重力進料來供應金屬。在一實施例中，可藉由模仿關於其他反應物系統所揭示者之系統及方法使AlH分子或Al及氫化之R－Ni再生。

另一MH型催化系統涉及氯。HCl之鍵能為4.4703 eV[44]。Cl之第一電離能、第二電離能及第三電離能分別為12.96764 eV、23.814 eV及39.61 eV[1]。基於該等能量，HCl可充當觸媒及H源，因為HCl之鍵能加Cl 至Cl ^3
＋之三重電離(t ＝3)為80.86 eV(3．27.2 eV)，在方程式(2)中其相當於m ＝3。觸媒反應係由下式提供： Cl ^3＋＋3e ^－＋H →HCl ＋80.86eV (139)且，總反應為

在一實施例中，反應混合物包含HCl或HCl源。源可為NH₄ Cl或固體酸及氯化物(諸如鹼金屬氯化物或鹼土金屬氯化物)。該固體酸可為MHSO₄ 、MHCO₃ 、MH₂ PO₄ 及MHPO₄ 之至少一者，其中M為陽離子，諸如鹼金屬或鹼土金屬陽離子。熟習此項技術者已知其他此等固體酸。在一實施例中，反應物包含於離子晶格中之HCl觸媒，諸如於鹼金屬鹵化物或鹼土金屬鹵化物(較佳為氯化物)中之HCl。在一實施例中，反應混合物包含強酸(諸如H₂ SO₄ )及離子化合物(諸如NaCl)。該酸與離子化合物(諸如NaCl)之反應產生於晶格中之HCl以充當低能量氫觸媒及H源。

一般而言，MH型氫觸媒提供於表2中，其產生藉由以下提供之低能量氫：M－H鍵之斷裂加來自原子M之t 個電子各自電離至連續能級，以使得鍵能與該t 個電子之電離能之和大約為m ．27.2eV ，其中m 為整數。各MH觸媒提供於第一行中且相應M－H鍵能提供於第二行中。第一行中提供之MH物質之原子M經電離以提供m ．27.2eV 之淨反應焓，其中在第二行中增添鍵能。觸媒之焓提供於第八行中，其中m 提供於第九行中。提供參與電離之電子之電離電勢(亦稱作電離能或結合能)。舉例而言，NaH 之鍵能(1.9245 eV[44])提供於第二行中。原子或離子之第n 電子之電離電勢稱作IP _n 且由CRC[1]提供。亦即例如，Na ＋5.13908eV →Na ^＋＋e ^－及Na ^＋＋47.2864eV →Na ^2
＋＋e ^－。第一電離電勢IP ₁ ＝5.13908 eV及第二電離電勢IP ₂ ＝47.2864 eV分別提供於第二行及第三行中。如第八行中所提供，NaH 鍵斷裂之淨反應焓及Na 之雙重電離為54.35 eV，且如第九行中所提供，在方程式(2)中m ＝2。另外，H可與表2中給出之各MH分子反應以形成低能量氫，其相對於單獨MH之觸媒反應產物量子數p增大1(方程式(1))，如例示性方程式(92)所提供。

在MH型觸媒之其他實施例中，反應物包含SbH、SiH、SnH及InH之源。在提供觸媒MH之實施例中，源包含M之至少一者及H₂ 源及MH_x ，諸如Sb、Si、Sn及In之至少一者及H₂ 源，及SbH₃ 、SiH₄ 、SnH₄ 及InH₃ 。

反應混合物可進一步包含H源及觸媒源，其中H及觸媒之至少一者之源可為固體酸或NH₄ X(其中X為鹵離子，較佳為Cl)以形成HCl觸媒。反應混合物較佳可包含NH₄ X、固體酸、NaX、LiX、KX、NaH、LiH、KH、Na、Li、K、載體、氫解離體及H₂ 之至少一者，其中X為鹵離子，較佳為Cl。該固體酸可為NaHSO₄ 、KHSO₄ 、LiHSO₄ 、NaHCO₃ 、KHCO₃ 、LiHCO₃ 、Na₂ HPO₄ 、K₂ HPO₄ 、Li₂ HPO₄ 、NaH₂ PO₄ 、KH₂ PO₄ 及LiH₂ PO₄ 。觸媒可為NaH、Li、K及HCl之至少一者。反應混合物可進一步包含解離體及載體之至少一者。

此項技術中熟知之其他薄膜沈積技術包含本發明之其他實施例。此等實施例包含實體噴霧、電噴霧、氣溶膠、電弧、努森單元受控釋放、分配器－陰極注射、電漿沈積、濺鍍及其他塗佈方法及系統(諸如熔融M之精細分散液、電鍍M及化學沈積M)，其中MH包含觸媒。

在分別包含M合金(諸如AlH)及Al之MH源之各情況下，合金可經H₂ 源(諸如氫氣)氫化。可在反應期間向合金供應H₂ ，或可供應H₂ 以形成所需H含量之合金，其中H壓力在反應期間改變。在此情況下，初始H₂ 壓力可約為零。可藉由添加金屬(諸如鹼金屬或鹼土金屬)將合金活化。對於MH觸媒及MH源而言，氫氣可保持在約1托至100 atm、較佳約100托至10 atm、更佳約500托至2 atm之範圍內。在其他實施例中，氫源係來自氫化物，諸如鹼金屬氫化物或鹼土金屬氫化物或過渡金屬氫化物。

高密度原子氫可經歷三體碰撞反應以形成低能量氫，其中一個H原子在兩個其他H原子電離時經歷躍遷，形成由方程式(1)給出之態。反應係由下式給出： 2H ^＋＋2e ^－ → 2H [a _H ]＋27.21eV (142) 且，總反應為在另一實施例中，反應係由下式給出：且，總反應為

在一實施例中，以高密度提供H原子之材料為R－Ni。原子H可來自R－Ni內H之分解及來自H₂ 源之H₂ (諸如向單元供應之氫氣)之解離的至少一者。R－Ni可與鹼金屬或鹼土金屬M反應以增強原子H層之產生以引起催化。R－Ni可藉由蒸發金屬M、接著添加氫以再氫化R－Ni而再生。

參考文獻

1. D.R.Lide,CRC Handbook of Chemistry and Physics,78 th Edition,CRC Press,Boca Raton,Florida,(1997),p.10－214 to 10－216；下文稱作"CRC"。

2. R.L.Mills,"The Nature of the Chemical Bond Revisited and an Alternative Maxwellian Approach",Physics Essays,Vol.17,No.3,(2004),pp.342－389.Posted at http：//www.blacklightpower.com/pdf/technical/H2PaperTableFiguresCaptions111 303.pdf，其係以引用的方式併入本文中。

3. R.Mills,P.Ray,B.Dhandapani,W.Good,P.Jansson,M.Nansteel,J.He,A.Voigt,"Spectroscopic and NMR Identification of Novel Hydride Ions in Fractional Quantum Energy States Formed by an Exothermic Reaction of Atomic Hydrogen with Certain Catalysts",European Physical Journal－Applied Physics,Vol.28,(2004),pp.83－104.

4. R.Mills and M.Nansteel,P.Ray,"Argon－Hydrogen－Strontium Discharge Light Source",IEEE Transactions on Plasma Science,Vol.30,No.2,(2002),pp.639－653.

5. R.Mills and M.Nansteel,P.Ray,"Bright Hydrogen－Light Source due to a Resonant Energy Transfer with Strontium and Argon Ions",New Journal of Physics,Vol.4,(2002),pp.70.1－70.28.

6. R.Mills,J.Dong,Y.Lu,"Observation of Extreme Ultraviolet Hydrogen Emission from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Certain Catalysts",Int.J.Hydrogen Energy,Vol.25,(2000),pp.919－943.

7. R.Mills,M.Nansteel,and P.Ray,"Excessively Bright Hydrogen－Strontium Plasma Light Source Due to Energy Resonance of Strontium with Hydrogen",J.of Plasma Physics,Vol.69,(2003),pp.131－158.

8. H.Conrads,R.Mills,Th.Wrubel,"Emission in the Deep Vacuum Ultraviolet from a Plasma Formed by Incandescently Heating Hydrogen Gas with Trace Amounts of Potassium Carbonate",Plasma Sources Science and Technology,Vol.12,(3003),pp.389－395. 9. R.L.Mills,J.He,M.Nansteel,B.Dhandapani,"Catalysis of Atomic Hydrogen to New Hydrides as a New Power Source",submitted.

10. R.L.Mills,M.Nansteel,J.He,B.Dhandapani,"Low－Voltage EUV and Visible Light Source Due to Catalysis of Atomic Hydrogen",submitted.

11. J.Phillips,R.L.Mills,X.Chen,"Water Bath Calorimetric Study of Excess Heat in 'Resonance Transfer' Plasmas",Journal of Applied Physics,Vol.96,No.6,pp.3095－3102.

12. R.L.Mills,X.Chen,P.Ray,J.He,B.Dhandapani,"Plasma Power Source Based on a Catalytic Reaction of Atomic Hydrogen Measured by Water Bath Calorimetry",Thermochimica Acta,Vol.406/1－2,(2003),pp.35－53.

13. R.L.Mills,Y.Lu,M.Nansteel,J.He,A.Voigt,B.Dhandapani,"Energetic Catalyst－Hydrogen Plasma Reaction as a Potential New Energy Source",Division of Fuel Chemistry,Session：Chemistry of Solid,Liquid,and Gaseous Fuels,227th American Chemical Society National Meeting,March 28－April 1,2004,Anaheim,CA.

14. R.Mills,B.Dhandapani,M.Nansteel,J.He,T.Shannon,A.Echezuria,"Synthesis and Characterization of Novel Hydride Compounds",Int.J.of Hydrogen Energy,Vol.26,No.4,(2001),pp.339－367.

15. R.Mills,B.Dhandapani,M.Nansteel,J.He,A.Voigt,"Identification of Compounds Containing Novel Hydride Ions by Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy",Int.J.Hydrogen Energy,Vol.26,No.9,(2001),pp.965－979.

16. R.Mills,B.Dhandapani,N.Greenig,J.He,"Synthesis and Characterization of Potassium Iodo Hydride",Int.J.of Hydrogen Energy,Vol.25,Issue 12,December,(2000),pp.1185－1203.

17. R.L.Mills,Y.Lu,J.He,M.Nansteel,P.Ray,X.Chen,A.Voigt,B.Dhandapani,"Spectral Identification of New States of Hydrogen",submitted.

18. R.L.Mills,P.Ray,"Extreme Ultraviolet Spectroscopy of Helium－Hydrogen Plasma",J.Phys.D,Applied Physics,Vol.36,(2003),pp.1535－1542.

19. R.L.Mills,P.Ray,B.Dhandapani,M.Nansteel,X.Chen,J.He,"New Power Source from Fractional Quantum Energy Levels of Atomic Hydrogen that Surpasses Internal Combustion",J Mol.Struct.,Vol.643,No.1－3,(2002),pp.43－54.

20. R.Mills,P.Ray,"Spectral Emission of Fractional Quantum Energy Levels of Atomic Hydrogen from a Helium－Hydrogen Plasma and the Implications for Dark Matter",Int.J.Hydrogen Energy,Vol.27,No.3,(2002),pp.301－322.

21. R.L.Mills,P.Ray,"A Comprehensive Study of Spectra of the Bound－Free Hyperfine Levels of Novel Hydride IonH ^－ (1/2),Hydrogen,Nitrogen,and Air",Int.J.Hydrogen Energy,Vol.28,No.8,(2003),pp.825－871.

22. R.Mills,"Spectroscopic Identification of a Novel Catalytic Reaction of Atomic Hydrogen and the Hydride Ion Product",Int.J.Hydrogen Energy,Vol.26,No.10,(2001),pp.1041－1058.

23. R.L.Mills,P.Ray,B.Dhandapani,R.M.Mayo,J.He,"Comparison of Excessive Balmer α Line Broadening of Glow Discharge and Microwave Hydrogen Plasmas with Certain Catalysts",J.of Applied Physics,Vol.92,No.12,(2002),pp.7008－7022.

24.R.L.Mills,P.Ray,B.Dhandapani,J.He,"Comparison of Excessive Balmer α Line Broadening of Inductively and Capacitively Coupled RF,Microwave,and Glow Discharge Hydrogen Plasmas with Certain Catalysts",IEEE Transactions on Plasma Science,Vol.31,No.(2003),pp.338－355.

25. R.L.Mills,P.Ray,"Substantial Changes in the Characteristics of a Microwave Plasma Due to Combining Argon and Hydrogen",New Journal of Physics,www.njp.org,Vol.4,(2002),pp.22.1－22.17.

26. J.Phillips,C.Chen,"Evidence of Energetic Reaction Between Helium and Hydrogen Species in RF Generated Plasmas",submitted.

27. R.Mills,P.Ray,R.M.Mayo,"CW HI Laser Based on a Stationary Inverted Lyman Population Formed from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Certain Group I Catalysts",IEEE Transactions on Plasma Science,Vol.31,No.2,(2003),pp.236－247.

28. R.L.Mills,P.Ray,"Stationary Inverted Lyman Population Formed from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Certain Catalysts",J.Phys.D,Applied Physics,Vol.36,(2003),pp.1504－1509.

29. R.Mills,P.Ray,R.M.Mayo,"The Potential for a Hydrogen Water－Plasma Laser",Applied Physics Letters,Vol.82,No.11,(2003),pp.1679－1681.

30. R.Mills,The Grand Unified Theory of Classical Quantum Mechanics ；October 2007 Edition,posted at http：//www.blacklightpower.com/theory/bookdownload.shtml.

31. N.V.Sidgwick,The Chemical Elements and Their Compounds ,Volume I,Oxford,Clarendon Press, (1950),p.17.

32. M.D.Lamb,Luminescence Spectroscopy ,Academic Press,London,(1978),p.68.

33. R.L.Mills,"The Nature of the Chemical Bond Revisited and an Alternative Maxwellian Approach",submitted；posted at http：//www.blacklightpower.com/pdf/technica1/H2PaperTableFiguresCaptions111 303.pdf.

34. H.Beutler,Z.Physical Chem.,"Die dissoziationswarme des wasserstoffmolekulsH ₂ ,aus einem neuen ultravioletten resonanzbandenzug bestimmt",Vol.27B,(1934),pp.287－302.

35. G.Herzberg,L.L.Howe,"The Lyman bands of molecular hydrogen",Can.J.Phys.,Vol.37,(1959),pp.636－659.

36. P.W.Atkins,Physical Chemistry ,Second Edition,W.H.Freeman,San Francisco,(1982),p.589.

37. M.Karplus,R.N.Porter,Atoms and Molecules an Introduction for Students of Physical Chemistry ,The Benjamin/Cummings Publishing Company,Menlo Park,California,(1970),pp.447－484.

38. K.R.Lykke,K.K.Murray,W.C.Lineberger,"Threshold photodetachment of H^－ ",Phys.Rev.A,Vol.43,No.11,(1991),pp.6104－6107.

39. R.Mills,J.He,Z.Chang,W.Good,Y.Lu,B. Dhandapani,"Catalysis of Atomic Hydrogen to Novel Hydrogen SpeciesH ^－ (1/4)andH ₂ (1/4)as a New Power Source",Int.J.Hydrogen Energy,Vol.32,No.12,(2007),pp.2573－2584.

40. W.M.Mueller,J.P.Blackledge,and G.G.Libowitz,Metal Hydrides .Academic Press,New York,(1968),Hydrogen in Intermetalic Compounds I ,Edited by L.Schlapbach,Springer－Verlag,Berlin,andHydrogen in Intermetalic Compounds II ,Edited by L.Schlapbach,Springer－Verlag,Berlin,其係以引用的方式併入本文中。

41. D.R.Lide,CRC Handbook of Chemistry and Physics ,86th Edition,CRC Press,Taylor & Francis,Boca Raton,(2005－6),pp.4－45 to 4－97,其係以引用的方式併入本文中。

42. W.I.F.David,M.O.Jones,D.H.Gregory,C.M.Jewell,S.R.Johnson,A.Walton,P.Edwards,"A Mechanism for Non－stoichiometry in the Lithium Amide/Lithium Imide Hydrogen Storage Reaction," J.Am.Chem.Soc,129,(2007),1594－1601.

43. F.A.Cotton,G.Wilkinson,Advanced Inorganic Chemistry ,Interscience Publishers,New York,(1972).

44. D.R.Lide,CRC Handbook of Chemistry and Physics ,86th Edition,CRC Press,Taylor & Francis,Boca Raton,(2005－6),pp.9－54 to 9－59.

45. F.A.Cotton,G.Wilkinson,C.A.Murillo,M.Bochmann,Advanced Inorganic Chemistry ,Sixth Edition,John Wiley & Sons,Inc.,New York,(1999),Chp 6.

46. F.A.Cotton,G.Wilkinson,C.A.Murillo,M.Bochmann,Advanced Inorganic Chemistry ,Sixth Edition,John Wiley & Sons,Inc.,New York,(1999),p.95.

47. J－G.Gasser,B.Kefif,"Electrical resistivity of liquid nickel－lanthanum and nickel－cerium alloys",Physical Review B,Vol.41,No.5,(1990),pp.2776－2783.

48. F.A.Cotton,G.Wilkinson,C.A.Murillo,M.Bochmann,Advanced Inorganic Chemistry ,Sixth Edition,John Wiley & Sons,Inc.,New York,(1999).

49. V.R.Choudhary,S.K.Chaudhari,"Leaching of Raney Ni－Al alloy with alkali；kinetics of hydrogen evolution",J.Chem.Tech.Biotech,Vol.33a,(1983),pp.339－349.

50. R.R.Cavanagh,R.D.Kelley,J.J.Rush,"Neutron vibrational spectroscopy of hydrogen and deuterium on Raney nickel",J.Chem.Phys.,Vol.77(3),(1982),pp.1540－1547.

51. F.A.Cotton,G.Wilkinson,C.A.Murillo,M. Bochmann,Advanced Inorganic Chemistry ,Sixth Edition,John Wiley & Sons,Inc.,New York,(1999),pp.190－191.

52. R.L.Earle,M.D.Earle,Unit Operations in Food Processing ,The New Zealand Institute of Food Science & Technology(Inc.),Web Edition 2004,available athttp：//www.nzifst.org.nz/unitoperations/.

53. F.A.Cotton,G.Wilkinson,C.A.Murillo,M.Bochmann,Advanced Inorganic Chemistry ,Sixth Edition,John Wiley & Sons,Inc.,New York,(1999),p.98.

5‧‧‧反應器

10‧‧‧鍋爐

11‧‧‧固體燃料反應混合物

12‧‧‧氫源

13‧‧‧蒸汽管及蒸汽產生器

14‧‧‧渦輪

16‧‧‧水冷凝器

17‧‧‧水補充源

18‧‧‧固體燃料再循環器

19‧‧‧氫－二低能量氫氣體分離器

41‧‧‧觸媒供應通道

42‧‧‧供應通道

50‧‧‧氫觸媒反應器

52‧‧‧容器

54‧‧‧能量反應混合物

56‧‧‧源/能量釋放物質

58‧‧‧觸媒

60‧‧‧熱交換器

62‧‧‧蒸汽產生器

70‧‧‧渦輪

80‧‧‧發電機

90‧‧‧負載

200‧‧‧腔室

206‧‧‧選擇性閥

207‧‧‧反應容器

221‧‧‧氫源

222‧‧‧控制器

223‧‧‧壓力感應器

225‧‧‧電源

230‧‧‧溫度控制構件/加熱線圈/加熱器

241‧‧‧觸媒供應通道

242‧‧‧氫供應通道/試劑供應通道/氫管線

250‧‧‧觸媒源

255‧‧‧獲取器或收集器

256‧‧‧真空泵

257‧‧‧真空管線/管線

272‧‧‧電源

280‧‧‧熱絲

285‧‧‧電源

290‧‧‧外部氫儲集器/氫儲集器

291‧‧‧壁

295‧‧‧觸媒儲集器

298‧‧‧觸媒儲集器加熱器

300‧‧‧腔室

301‧‧‧選擇性通風閥

305‧‧‧陰極

307‧‧‧氣體放電單元

313‧‧‧壁

315‧‧‧輝光放電真空容器

320‧‧‧陽極

322‧‧‧氫源

325‧‧‧控制閥

330‧‧‧電壓及電流源

341‧‧‧觸媒供應通道

342‧‧‧氫供應通道

350‧‧‧氣態觸媒

372‧‧‧電源

380‧‧‧加熱線圈/加熱器

385‧‧‧電源

390‧‧‧外部氫儲集器

392‧‧‧觸媒儲集器加熱器/加熱器

395‧‧‧觸媒儲集器

圖1A為根據本發明之能量反應器及發電設備之示意圖。圖2A為根據本發明之用於再循環或再產生燃料之能量反應器及發電設備之示意圖。

圖3A為根據本發明之發電用反應器之示意圖。

圖4A為根據本發明之放電功率及電漿單元及反應器之示意圖。