本發明整體涉及含cu-co的電極和制造方法。更具體地，本發明涉及使用含cu-co的電極來產生氫氣(h2)或一氧化碳(co)或兩者。
背景技術：
1、一氧化碳(co)是一種無色、無嗅、無味且易燃的氣體，其密度略低于空氣。它因其毒性作用而廣為人知，因為co很容易與血紅蛋白結合產生碳氧血紅蛋白，當濃度超過一定水平時，碳氧血紅蛋白具有劇毒。然而，co是許多化學和工業過程中的關鍵成分。co在化學的所有學科中都具有廣泛的功能，例如金屬羰基催化、自由基化學、陽離子和陰離子化學。一氧化碳是一種強還原劑，并且幾個世紀以來一直用于火法冶金以從礦石中還原金屬。作為制造特種化合物的示例，co用于維生素a的生產。
2、石油和化學工業需要大量的氫氣(h2)。例如，大量的氫氣被用于提高化石燃料的質量和生產甲醇或鹽酸。石化工廠需要氫氣進行加氫裂解、加氫脫硫、加氫脫烷基化。增加不飽和脂肪和油的飽和度的氫化過程也需要氫氣。氫氣也是金屬礦石的還原劑。氫氣可以通過電解水、蒸汽重整、實驗室規模的金屬酸法、熱化學方法或厭氧腐蝕產生。許多國家都致力于發展氫氣經濟。
3、在費托合成工藝中，co和h2兩者都是必不可少的結構單元，它們通常是通過轉化富碳原料（例如，煤）來產生的。co和h2的混合物–合成氣–可以結合以例如經由費托合成工藝產生各種液體燃料。合成氣還可以轉化為較輕的烴、甲醇、乙醇或塑料單體（例如，乙烯）。為了產生所需的化合物，co/h2的比例在所有此類工藝中都很重要。常規技術需要大量且昂貴的分離和純化工藝來獲得作為結構單元的co和h2。
4、顯然，對開發新的技術平臺以產生這些結構單元和有價值的產品的需求和興趣與日俱增。本公開討論了使用含cu-co的電極經由有效的電化學途徑產生co和/或h2。此外，如本文所公開的方法和系統不需要傳統技術中所需的大量且昂貴的分離和純化過程。
技術實現思路
1、本文討論的是產生一氧化碳或氫氣或同時產生兩者的方法，其包括：(a)提供電化學反應器，該電化學反應器具有陽極、陰極以及在陽極與陰極之間的混合傳導膜；(b)將第一流引向陽極，其中第一流包含烴；以及(c)將第二流引向陰極，其中第二流包含二氧化碳或水或兩者，其中一氧化碳通過電化學方式由二氧化碳生成，并且氫氣通過電化學方式由水生成。
2、在實施方案中，陽極和陰極被膜分離，并且在整個操作時間期間兩者均暴露于還原環境。在實施方案中，反應器不產生電力并且不接收電力。
3、在實施方案中，陽極包含cu和cocgo，其中cu與co的摩爾比為3:1至70:1。在實施方案中，cu與co的摩爾比為10:1至50:1。在實施方案中，烴包括碳數為1至4的物質。
4、在實施方案中，膜包括電子傳導相和離子傳導相。在實施方案中，電子傳導相包含摻雜的亞鉻酸鑭或電子傳導金屬或它們的組合；并且其中離子傳導相包含選自由以下項組成的組的材料：釓或釤摻雜的二氧化鈰、氧化釔穩定的氧化鋯(ysz)、鑭鍶鎵鎂氧化物(lsgm)、氧化鈧穩定的氧化鋯(ssz)、sc和ce摻雜的氧化鋯(scz)以及它們的組合。
5、在實施方案中，膜包含cocgo或lst（鑭摻雜的鈦酸鍶）穩定的氧化鋯。在實施方案中，穩定氧化鋯包括ysz或ssz或scz（氧化鈧-二氧化鈰穩定的氧化鋯）。在實施方案中，lst包括lasrcatio3。在實施方案中，膜包含鎳摻雜的、銅摻雜的、鈷摻雜的或鈮摻雜的氧化鋯。
6、在實施方案中，反應器不包括互連件并且不包括集電器。在實施方案中，陽極具有最小的焦化。在實施方案中，第二流還包含氫氣或一氧化碳或兩者。
7、在實施方案中，該方法還包括從陰極排氣中分離co和/或h2。在實施方案中，該方法包括利用所分離的co和h2來產生甲醇、乙醇、烴、塑料單體、聚乙烯或它們的組合。
8、在實施方案中，陰極包含ni或nio以及選自由以下項組成的組的材料：ysz、cgo、sdc、ssz、scz、lsgm、cocgo、lst以及它們的組合。在實施方案中，陰極包含ni-ysz或ni-cgo或lasrfecr-ssz或lasrfecr-scz或lst（鑭摻雜的鈦酸鍶）-scz。
9、在實施方案中，在(b)和(c)之前活化反應器的陽極和陰極。在實施方案中，在活化期間，cuo在陽極中被還原成cu，并且nio在陰極中被還原成ni。
10、在以下圖式、詳細描述和權利要求中提供了另外的方面和實施方案。除非另有規定，否則如本文所描述的特征是可組合的，并且所有此類組合都在本公開的范圍內。
1.一種產生一氧化碳或氫氣或同時產生兩者的方法，其包括：(a)提供電化學反應器，所述電化學反應器具有陽極、陰極以及在所述陽極與所述陰極之間的混合傳導膜；(b)將第一流引向所述陽極，其中所述第一流包含烴；以及(c)將第二流引向所述陰極，其中所述第二流包含二氧化碳或水或兩者，其中一氧化碳通過電化學方式由二氧化碳生成，并且氫氣通過電化學方式由水生成。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述陽極和所述陰極被所述膜分離，并且在整個操作時間期間兩者均暴露于還原環境。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述反應器不產生電力并且不接收電力。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述陽極包含cu和cocgo，其中cu與co的摩爾比為3:1至70:1。
5.根據權利要求4所述的方法，其中cu與co的摩爾比為10:1至50:1。
6.根據權利要求1所述的方法，其中所述烴包括碳數為1至4的物質。
7.根據權利要求1所述的方法，其中所述膜包括電子傳導相和離子傳導相。
8.根據權利要求7所述的方法，其中所述電子傳導相包含摻雜的亞鉻酸鑭或電子傳導金屬或它們的組合；并且其中所述離子傳導相包含選自由以下項組成的組的材料：釓或釤摻雜的二氧化鈰、氧化釔穩定的氧化鋯(ysz)、鑭鍶鎵鎂氧化物(lsgm)、氧化鈧穩定的氧化鋯(ssz)、sc和ce摻雜的氧化鋯(scz)以及它們的組合。
9.根據權利要求1所述的方法，其中所述膜包含cocgo或lst（鑭摻雜的鈦酸鍶）穩定的氧化鋯。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述穩定的氧化鋯包括ysz或ssz或scz（氧化鈧-二氧化鈰穩定的氧化鋯），并且其中所述lst包括lasrcatio3。
11.根據權利要求1所述的方法，其中所述膜包含鎳摻雜的、銅摻雜的、鈷摻雜的或鈮摻雜的氧化鋯。
12.根據權利要求1所述的方法，其中所述反應器不包括互連件并且不包括集電器。
13.根據權利要求1所述的方法，其中所述陽極具有最小的焦化。
14.根據權利要求1所述的方法，其中所述第二流還包含氫氣或一氧化碳或兩者。
15.根據權利要求1所述的方法，其還包括從陰極排氣中分離co和/或h2。
16.根據權利要求16所述的方法，其包括利用所分離的co和/或h2來生產甲醇、乙醇、烴、塑料單體、聚乙烯或它們的組合。
17.根據權利要求1所述的方法，其中所述陰極包含ni或nio以及選自由以下項組成的組的材料：ysz、cgo、sdc、ssz、scz、lsgm、cocgo、lst以及它們的組合。
18.根據權利要求1所述的方法，其中所述陰極包含ni-ysz或ni-cgo或lasrfecr-ssz或lasrfecr-scz或lst（鑭摻雜的鈦酸鍶）-scz。
19.根據權利要求1所述的方法，其中在(b)和(c)之前活化所述反應器的所述陽極和所述陰極。
20.根據權利要求19所述的方法，其中在活化期間，cuo在所述陽極中被還原成cu，并且nio在所述陰極中被還原成ni。