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TWI860668B - 可將空氣中之氫氣氧化的觸媒結構和氫氣氧化裝置 - Google Patents

可將空氣中之氫氣氧化的觸媒結構和氫氣氧化裝置 Download PDF

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TWI860668B
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史富洋
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鼎佳能源股份有限公司
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Abstract

本創作提供一種可將空氣中之氫氣氧化的觸媒結構，其包含：基材及觸媒層；基材具有第一表面，觸媒層設置於第一表面上；觸媒層包含：碳載體；包含鉑金屬或鉑合金的複數觸媒粒子；以及氟系高分子；該等觸媒粒子負載於碳載體的表面上，碳載體透過氟系高分子黏附在第一表面上。本創作還提供一種氫氣氧化裝置，其包含：前述觸媒結構及殼體，殼體具有相連通的容置空間、第一和第二氣體流通部；容置空間位於殼體內部，第一氣體流通部和第二氣體流通部分別設置於容置空間兩端；觸媒結構設置於容置空間中且位於第一氣體流通部和第二氣體流通部之間。

Description

可將空氣中之氫氣氧化的觸媒結構和氫氣氧化裝置
本創作係有關於一種觸媒結構，尤指一種用於氧化氫氣的觸媒結構，以及包含前述觸媒結構的氫氣氧化裝置。
國際能源署(International Energy Agency，IEA)預估，為達成2050二氧化碳淨零排放的目標，能源結構將大幅調整並轉型，其中，氫能日益受到重視。氫氣除了可作為生產能源的原料，同時也可作為能量載體，當電力供大於求時，氫氣可用於儲存由再生能源產生的多餘能量。此外，在積體電路(IC)的生產過程中也會使用氫氣做為載流氣體(carrier gas)或因製程反應而產生氫氣，因此，在IC製程後會產生廢氫氣。然而，氫氣具有易燃易爆的特性，當氫氣在空氣中的體積濃度為4.0%以上，一旦遇上火源將會引發爆炸。
因此，凡是有氫氣洩漏可能性之場所，例如：使用氫氣之場所、製造氫氣之場所等，往往會安裝氫氣洩漏偵測器，並在氫氣發生洩漏且超過設定之安全值時會發送警報並連鎖啟動安全措施，停止設備運作、疏散場域內人員與易燃物品並開啟排風扇，或利用自然對流，待環境中氫氣濃度降至設定之安全值，才能繼續原先暫停的動作或重新啟用空間；簡言之，現行的安全措施可能會耗費大量的資源與時間。再者，氫氣易集中於空間頂部與空間死角，僅靠對流或使用排風扇，仍有區域之氫氣濃度不屬於安全範圍。
為了解決上述問題，將氫氣轉化成安全性高的水之相關研究已被提出。例如：利用電耦加熱來提高溫度，以使氫氣達到氧化所需溫度的電耦加熱法，或是利用觸媒(如：鈀觸媒)在低氧氣濃度下促使氫氣轉化成水。然而，上述方法雖可以通過把氫氣轉化成水以降低氫氣於空間中的濃度，但皆須在高溫下進行；再者，觸媒通常燒結固定在陶瓷載體上，如空氣中含有水氣過高，陶瓷載體容易水解崩毀，導致觸媒結構失效。
有鑑於現有技術存在技術缺陷，本創作之目的在於提供一種可將空氣中之氫氣氧化的觸媒結構，可在非高溫的環境下轉化氫氣，進而降低氫氣於空間中的濃度。
本創作之另一目的在於提供一種可將空氣中之氫氣氧化的觸媒結構，在高溼度的環境下仍能有效轉化氫氣，進而降低氫氣於空間中的濃度。
為達成前述目的，本創作提供一種可將空氣中之氫氣氧化的觸媒結構，其包含：一基材以及一觸媒層；該基材具有一第一表面，該觸媒層設置於該基材的該第一表面上。其中，該觸媒層包含：碳載體；複數觸媒粒子，該等觸媒粒子包含鉑金屬或鉑合金；以及氟系高分子；其中，該等觸媒粒子負載於該碳載體的表面上，該該碳載體通過該氟系高分子黏附在該基材的該第一表面。
本創作主要係透過氟系高分子將負載鉑金屬的碳載體分散並附著於該基材上，故能獲得結構穩定的觸媒結構，且所述觸媒結構具有強抗氧化性。由於本創作採用含有鉑金屬或鉑合金的觸媒粒子，故在非高溫的環境(例如0°C至100°C)下仍可發揮觸媒的活化作用；此外，本創作採用碳載體可避免使用陶瓷載體易受水氣影響性能，故本創作之可將空氣中之氫氣氧化的觸媒結構可提升耐溫能力和具有更佳的耐久性。
在一些實施態樣中，所述碳載體可包含碳黑、碳纖維、奈米碳管、活性碳、介孔碳、介相碳微球、石墨、石墨烯或其組合，但不限於此。較佳的，所述碳載體為碳黑。
當所述碳載體具有多個孔洞時，該等觸媒粒子可負載於前述所述碳載體的表面，亦可分散在孔洞中。當所述碳載體為粉粒狀結構時，該等觸媒粒子負載於前述所述碳載體的表面，且各個粉粒狀的碳載體可透過所述氟系高分子覆蓋該碳載體的表面以黏結彼此，也就是說，所述氟系高分子可覆蓋該碳載體的表面之一部分或全部。
當所述碳載體為粉粒狀結構時，較佳的，所述碳載體的平均粒徑可為10奈米(nm)至100 nm，但不限於此。前述平均粒徑係指累計粒度分布百分數達到50%時所對應的粒徑，簡稱D 50。較佳的，該等碳載體的平均粒徑可為10 nm至50 nm。
依據本創作，該等觸媒粒子的平均粒徑可為1 nm至50 nm，但不限於此。前述平均粒徑係指D 50。較佳的，該等觸媒粒子的平均粒徑可為2 nm至10 nm。
在一些實施態樣中，所述觸媒粒子包含的所述鉑合金係指鉑含量為0.1重量百分比(wt%)至99 wt%；較佳的，所述鉑合金係指鉑含量為1 wt%至50 wt%。
在一些實施態樣中，該等觸媒粒子更包含鈀(Pd)金屬、鈀合金、鎳(Ni)金屬、鎳合金、鈷(Co)金屬、鈷合金、釕(Ru)金屬、釕合金或其組合。
在一些實施態樣中，所述氟系高分子可包含但不限於聚四氟乙烯(polytetrafluoroethene，PTFE)、全氟磺酸樹脂(perfluorosulfonic acid resin，PFSA)、聚偏二氟乙烯(poly(vinylidene fluoride)，PVDF)或其組合。
在一些實施態樣中，以該觸媒層中該碳載體及該等觸媒粒子的總重為基準，該等觸媒粒子的用量為0.1 wt%至90 wt%。
在一些實施態樣中，以該觸媒層中該碳載體及該等觸媒粒子的總重為基準，該碳載體的用量為10至99.9 wt%。
在一些實施態樣中，以該觸媒層的總重為基準，所述氟系高分子的用量為0.1 wt%至50 wt%。
在一些實施態樣中，所述基材的材料可包含：鋁金屬、鋁合金、銅金屬、銅合金、鎳金屬、鎳合金、不鏽鋼、碳材料、碳纖維複合材、塑膠、玻璃纖維複合材或其組合，但不限於此。具體而言，所述碳纖維複合材係由碳纖維結合高分子樹脂的複合材料；所述玻璃纖維複合材係由玻璃纖維結合高分子樹脂的複合材料。
在一些實施態樣中，所述基板的幾何形態可以包含實心平板狀、具有多個通孔的平板狀、波浪折曲狀、格柵狀、網格狀、蜂巢狀、泡沫多孔狀或其組合。舉例而言，所述基材可以是呈多孔狀材料或網格狀材料，例如泡沫鎳、泡沫鋁、泡沫銅、泡沫碳等多孔材料。在另一些實施態樣中，所述基材的相對兩端還可延伸形成二翼部，該二翼部可透過鎖固組件將所述觸媒結構固定。
依據本創作，所述基材具有一第一表面和一第二表面，該第二表面相對於該第一表面。在一些實施態樣中，所述基材僅於第一表面上設置有所述觸媒結構；在另一些實施態樣中，所述基材的第二表面上還設置有另一觸媒層。
舉例而言，所述第二表面上的該另一觸媒層可以和所述第一表面上的該觸媒層完全相同；或者，所述第二表面上的該另一觸媒層可以和所述第一表面上的該觸媒層的材料相同，但平均厚度不同；或者，所述第二表面上的該另一觸媒層可以和所述第一表面上的該觸媒層具有相同的碳載體但觸媒粒子的種類不同；或者，所述第二表面上的該另一觸媒層和所述第一表面上的該觸媒層具有相同的觸媒粒子但碳載體的種類不同，但不限於此。
在一些實施態樣中，所述觸媒結構的平均厚度為0.06 mm至10.5 mm。
在一些實施態樣中，所述基板的平均厚度為0.05 mm至10 mm。
在一些實施態樣中，所述觸媒層的平均厚度為0.01 mm至0.5 mm。
在一些實施態樣中，本創作之觸媒結構可直接設置在欲進行氫氣處理的場所。舉例而言，藉由鎖固組件將所述觸媒結構中之基材延伸形成的二翼部固定在一牆面上，且所述觸媒結構係以垂直地面的方式設置，並在前述空氣通過該觸媒結構時促使空氣中所含之氫氣與空氣中的氧氣反應生成水。
較佳的，本創作之觸媒結構可設置於溫度為0°C至100°C的環境中，以促使氫氣進行氧化反應而生成水，但不限於此。
較佳的，本創作適用於處理含有體積濃度為5%以下之氫氣的空氣，將所述氫氣轉換為水，而可避免氫氣引發火災或爆炸之災情。
本創作另提供一種氫氣氧化裝置，其包含：至少一上述觸媒結構；以及一殼體，該殼體具有相連通的一容置空間、一第一氣體流通部和一第二氣體流通部；其中，該容置空間位於該殼體內部，該第一氣體流通部和該第二氣體流通部分別設置於該容置空間的兩端；所述觸媒結構設置於該容置空間中且位於該第一氣體流通部和該第二氣體流通部之間。
在一些實施態樣中，該至少一觸媒結構為多個觸媒結構，各觸媒結構彼此間隔排列。具體而言，多個觸媒結構可相互間隔呈平行排列，或者，多個觸媒結構可相互間隔呈同心圓排列。
在一些實施態樣中，該至少一觸媒結構整體呈螺旋捲曲狀，且每一迴圈相互間隔可形成通道。當含氫氣之空氣以螺旋式地通過所述觸媒結構中之通道時，可延長所述含氫氣之空氣通過所述觸媒結構的時間，可使氫氣之氧化反應更完全。
在一些實施態樣中，所述殼體可以僅在所述第一氣體流通部和所述第二氣體流通部各開設有一或多個開口；或者，所述殼體之整體皆具有格柵狀或網狀之型態。
在一些實施態樣中，氣體係從所述第一氣體流通部導入，再從所述第二氣體流通部排出。舉例來說，從所述第一氣體流通部導入的氣流方向與所述第二氣體流通部排出的氣流方向相同，或者，從所述第一氣體流通部導入的氣流方向與所述第二氣體流通部排出的氣流方向垂直。在另一些實施態樣中，氣體係在所述第一氣體流通部與所述第二氣體流通部間雙向流通。
在一些實施態樣中，所述觸媒結構係以可拆卸的方式安裝於所述氫氣氧化裝置。
在一些實施態樣中，所述氫氣氧化裝置可更包括有一感溫變色組件，所述感溫變色組件設置於所述殼體的一外表面；該感溫變色組件包含有感溫變色之染料。當空氣中所含之氫氣與所述氫氣氧化裝置中的所述觸媒結構接觸，所述氫氣將進行氧化反應而致使所述氫氣氧化裝置升溫，所述感溫變色組件可變色指示。
在一些實施態樣中，所述氫氣氧化裝置可更包括一濕氣感應單元，所述濕氣感應單元設置於所述殼體的一外表面；該濕氣感應單元具有吸收水氣後變色之染料。當空氣中所含之氫氣與所述氫氣氧化裝置中的所述觸媒結構接觸，所述氫氣將進行氧化反應產生水氣，故所述濕氣感應單元可變色指示。較佳地，所述濕氣感應單元係設置於該殼體的上表面，所述上表面可以與所述第一氣體流通部和所述第二氣體流通部呈垂直；或者，所述上表面可以是所述第二氣體流通部的一部份；也就是說，當所述氫氣氧化裝置完成設置後，所述濕氣感應單元係位於該殼體上方。
在一些實施態樣中，所述氫氣氧化裝置可搭配一氫氣感應單元使用，所述氫氣感應單元設置於所述殼體的外部，且該氫氣感應單元具具有吸收氫氣後變色之染料。當氫氣與所述氫氣氧化裝置接觸時，所述氫氣感應單元可變色指示。較佳地，所述氫氣感應單元係對應設置於所述氫氣氧化裝置的上方。
在一些實施態樣中，由於氫氣之氧化反應為放熱反應，因此，所述氫氣氧化裝置可更包括一溫度偵測器，所述溫度偵測器設置於所述殼體的一外表面。若所述氫氣氧化裝置溫度過高時可發出警示。
在一些實施態樣中，所述氫氣氧化裝置適合放置於會產生或洩漏少量氫氣的密閉或半開放的空間內，譬如鉛酸電池充電室或氫氣瓶櫃、核電廠等空間中，但不限於此。舉例而言，所述氫氣氧化裝置設置於前述空間中的上層。
在一些實施態樣中，所述氫氣氧化裝置可更包含一固定元件。所述固定元件可包含磁性元件、卡扣件或鎖固件等，但不限於此。
依據本創作，所述氫氣氧化裝置可放置於溫度為0°C至100°C的環境中，但不限於此。
以下列舉數種實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝者可經由本說明書之內容輕易地了解本發明所能達成之優點與功效，並且於不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更，以施行或應用本發明之內容。
在本創作的描述中，需要說明的是，若使用到「中心」、「上」、「下」、「頂」、「底」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於圖式所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本創作的描述，而不是意旨或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能將特定的方位理解為對本創作的限制。
實施例 1 之觸媒結構
如圖1所示，本實施例之觸媒結構10係包含單一觸媒層12，即：所述觸媒結構10包含一基材11和一觸媒層12，基材11具有一第一表面111和一第二表面112，觸媒層12設置於基材11的第一表面111上。觸媒層12包含碳載體121、複數觸媒粒子122、以及氟系高分子123；其中，該等觸媒粒子122負載於該碳載體121的表面上，該氟系高分子123覆蓋該碳載體121的部分表面。
所述基材11的材料為玻璃纖維複合材，所述基材11的平均厚度為0.2 mm。所述觸媒層12的平均厚度為0.05 mm。於所述觸媒層12中，該碳載體121由粉粒狀的碳黑所構成，且所述碳黑之平均粒徑為30 nm；該等觸媒粒子122包含鉑金屬，該等觸媒粒子122的平均粒徑為小於10 nm；該氟系高分子123為PFSA。該氟系高分子123覆蓋於所述粉粒狀的碳載體121的表面，不僅可使所述粉粒狀的碳載體121彼此黏結，還可使所述粉粒狀的碳載體121黏著於所述基材11的第一表面111。
實施例 2 之觸媒結構
本實施例之觸媒結構10係包含一基材11和二觸媒層12，具體說明請參圖2所示的觸媒結構10：所述觸媒結構10包含一平板狀的基材11和二觸媒層12，該基材11具有一相對的第一表面111和一第二表面112，其中，一觸媒層12設置於該基材11的第一表面111上，另一觸媒層12設置於基材11的第二表面112上，也就是說，該基材11夾設於二觸媒層12之間。二觸媒層12具有相同的材料和平均厚度，且本實施例中的基材11、觸媒層12之材料選擇和平均厚度皆與實施例1之的基材11、觸媒層12相同。
實施例 3 之氫氣氧化裝置
如圖3所示，本實施例之氫氣氧化裝置1係包含多片觸媒結構10和一箱型的殼體20；殼體20具有相連通的容置空間201、第一氣體流通部202和第二氣體流通部203；容置空間201位於殼體20的內部，第一氣體流通部202和第二氣體流通部203分別設置於容置空間201的相對兩端；所述多片觸媒結構10插設於容置空間201中，且位於第一氣體流通部202和第二氣體流通部203之間。
第一氣體流通部202和第二氣體流通部203各開設有2個長形開口。每一片觸媒結構10與實施例2之觸媒結構10的材料相同，差別僅在於本實施例之氫氣氧化裝置1所包含的多片觸媒結構10更具有複數通孔；其中，所述多片觸媒結構10共含有0.672克之鉑金屬。所述多片觸媒結構10相互間隔且呈平行排列；每一片觸媒結構10皆為平板狀，惟各平板中具有複數通孔。當含氫氣之空氣從第一氣體流通部202導入氫氣氧化裝置1後，含氫氣之空氣可維持一致的氣流方向穿過所述多片觸媒結構10，再從第二氣體流通部203導出；氫氣在與觸媒結構10接觸時可進行氧化反應，藉此減少含氫氣之空氣中的氫氣含量。
氫氣氧化之測試
首先，準備一氫氣濃度偵測器，其偵測極限為10000 ppm，將該氫氣濃度偵測器放置在一環境溫度為10°C至15°C、不包含氫氣的空間；隨後，氣流速率為每分鐘1.2公升(1.2 L/min)的氫氣開始導入前述空間中，當持續通入氫氣直至320秒時，該空間中的氫氣濃度已達到偵測極限(即10000 ppm)。
另外，將實施例3之氫氣氧化裝置放置於環境溫度為10°C至15°C、不包含氫氣的相同空間。類似地，氫氣以如前述相同的方式開始導入前述空間中，當持續通入氫氣直至370秒時，空間中的氫氣濃度達到最高值8150 ppm；之後，該空間中的氫氣濃度開始下降，直至持續通入氫氣900秒後，該空間中的氫氣濃度達到平衡，此時氫氣濃度為4500 ppm。由此可見，本創作之氫氣氧化裝置確實可於非高溫(例如室溫)的環境下促使氫氣進行氧化反應，減少空間中的氫氣濃度。
實施例 4 之氫氣氧化裝置
請參圖4、圖5，本實施例之氫氣氧化裝置1係包含一觸媒結構10和一殼體20；殼體20係由一空心圓柱體的網狀外周面環繞成型，垂直前述外周面的鏤空之頂面和具多個圓孔之底面即分別為殼體20的第二氣體流通部203和第一氣體流通部202，所述空心圓柱體的網狀內周面則環繞形成一容置空間201；也就是說，殼體20具有相連通的容置空間201、第一氣體流通部202和第二氣體流通部203；容置空間201位於殼體20的內部，第一氣體流通部202和第二氣體流通部203分別設置於容置空間201的相對兩端，並且，所述觸媒結構10設置於容置空間201中，且位於第一氣體流通部202和第二氣體流通部203之間。
觸媒結構10具有一薄型片狀的型態，且觸媒結構10之整體以螺旋狀的方式捲曲，每一迴圈相互間隔可形成供含氫氣之空氣通過之氣流通道。本實施例之觸媒結構10與實施例2之觸媒結構10具有相同的材料。
實施例 5 之氫氣氧化裝置
如圖6所示，本實施例之氫氣氧化裝置1具有殼體20以及二個觸媒結構10。本實施例之氫氣氧化裝置1與實施例4之氫氣氧化裝置1具有相同的殼體20且觸媒結構10之整體皆以螺旋狀的方式捲曲設置於容置空間201中，以及觸媒結構10之材料種類亦相同，兩者主要差異在於本實施例具有兩個觸媒結構10，其中一觸媒結構10與實施例4之觸媒結構10的幾何結構相同，而另一觸媒結構10的幾何結構與實施例4之觸媒結構10的幾何結構不同，具體而言，所述另一觸媒結構10為一薄型的波浪板，並夾設於薄型片狀之觸媒結構10的二迴圈之間隔中。
綜上，本創作之觸媒結構確實可在非高溫(例如室溫)的環境下促使氫氣進行氧化反應，進而降低放置有所述觸媒結構之空間的氫氣濃度，避免發生氫氣爆炸的情況，保障所述空間之安全性；並且，本創作之觸媒結構以碳載體取代習用之陶瓷載體可避免觸媒結構受水氣影響，進而可提升觸媒結構的耐溫能力、耐濕能力，使其具有更佳的耐久性。據此，包含所述觸媒結構的氫氣氧化裝置可適用於不同的空間環境，更具商業產品的開發潛力。
儘管前述說明已闡述本創作的諸多特徵、優點及本創作的構成與特徵細節，然而這僅屬於示例性的說明。全部在本創作之申請專利範圍的一般涵義所表示範圍內，依據本創作原則所作的細節變化尤其是指形狀、尺寸和元件設置的改變，均仍屬於本創作的範圍內。
1:氫氣氧化裝置 10:觸媒結構 11:基材 111:第一表面 112:第二表面 12:觸媒層 121:碳載體 122:觸媒粒子 123:氟系高分子 20:殼體 201:容置空間 202:第一氣體流通部 203:第二氣體流通部
圖1為實施例1之觸媒結構之一實施態樣之側視剖面示意圖。 圖2為實施例2之觸媒結構之另一實施態樣之示意圖。 圖3為實施例3之氫氣氧化裝置之示意立體圖。 圖4為實施例4之氫氣氧化裝置之示意立體圖。 圖5為實施例4之氫氣氧化裝置之另一視角的示意立體圖。 圖6為實施例5之氫氣氧化裝置之示意立體圖。
無
10:觸媒結構 11:基材 111:第一表面 112:第二表面 12:觸媒層 121:碳載體 122:觸媒粒子 123:氟系高分子

Claims (12)

  1. 一種可將空氣中之氫氣氧化的觸媒結構，其包含：一基材，該基材具有一第一表面；以及一觸媒層，該觸媒層設置於該基材的該第一表面上；其中，該觸媒層包含：碳載體；複數觸媒粒子，該等觸媒粒子包含鉑金屬或鉑合金；以及氟系高分子；其中，該等觸媒粒子負載於該碳載體的表面上，該碳載體透過該氟系高分子黏附在該基材的該第一表面；其中，該氟系高分子包含聚四氟乙烯、全氟磺酸樹脂、聚偏二氟乙烯或其組合。
  2. 如請求項1所述之觸媒結構，其中，該等觸媒粒子的平均粒徑為1奈米至50奈米。
  3. 如請求項1所述之觸媒結構，其中，該等觸媒粒子更包含鈀金屬、鈀合金、鎳金屬、鎳合金、鈷金屬、鈷合金、釕金屬、釕合金或其組合。
  4. 如請求項1所述之觸媒結構，其中，該碳載體包含碳黑、碳纖維、奈米碳管、活性碳、介孔碳、介相碳微球、石墨、石墨烯或其組合。
  5. 如請求項1所述之觸媒結構，其中，以該觸媒層中該碳載體及該等觸媒粒子的總重為基準，該等觸媒粒子的用量為0.1重量百分比至90重量百分比。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之觸媒結構，其中，該基材的幾何形態包含實心平板狀、具有多個通孔的平板狀、波浪折曲狀、格柵狀、網格狀、蜂巢狀、泡沫多孔狀或其組合。
  7. 如請求項1至5中任一項所述之觸媒結構，其中，該基材具有一第二表面，該第二表面相對於該第一表面；該第二表面設置有另一觸媒層，該另一觸媒層與設置於該第一表面上的該觸媒層具有相同材料。
  8. 一種氫氣氧化裝置，其包含：至少一如請求項1至7中任一項所述之觸媒結構；以及一殼體，該殼體具有相連通的一容置空間、一第一氣體流通部和一第二氣體流通部；其中，該容置空間位於該殼體內部，該第一氣體流通部和該第二氣體流通部分別設置於該容置空間的兩端；所述觸媒結構設置於該容置空間中且位於該第一氣體流通部和該第二氣體流通部之間。
  9. 如請求項8所述之氫氣氧化裝置，其中，該至少一觸媒結構為多個觸媒結構，各觸媒結構彼此間隔排列。
  10. 如請求項8所述之氫氣氧化裝置，其中，該至少一觸媒結構呈螺旋捲曲狀。
  11. 如請求項8至10中任一項所述之氫氣氧化裝置，其中，該氫氣氧化裝置更包括有一感溫變色組件，該感溫變色組件設置於該殼體的一外表面；其中，該感溫變色組件包含感溫變色之染料。
  12. 如請求項8至10中任一項所述之氫氣氧化裝置，其中，該氫氣氧化裝置更包括一濕氣感應單元，該濕氣感應單元設置於該殼體的一外表面；其中，該濕氣感應單元包含吸收水氣後變色之染料。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW460332B (en) * 1997-12-02 2001-10-21 Engelhard Corp Catalytic compositions and methods for suppression of halogenation of organic compounds with oxidation products of halogenated organic compounds in gaseous emission streams
CN101849036A (zh) * 2007-05-04 2010-09-29 原则能源解决方案公司 由碳源和氢源生产烃
CN101213011B (zh) * 2005-03-29 2011-05-18 全世界株式会社 铂金作为分解消除空气中的有机化合物的主要触媒的技术方案，及于其相关的光触媒产品，光触媒层形成方法和光触媒体
TWI441678B (zh) * 2010-03-25 2014-06-21 Toto Ltd Photocatalyst coating and photocatalyst coating solution
CN106423258B (zh) * 2011-06-05 2019-03-08 庄信万丰股份有限公司 用于处理废气的pgm催化剂
TWI746806B (zh) * 2017-02-23 2021-11-21 日商Ｎｂｃ紗網技術股份有限公司 中孔洞觸媒體、氣體處理裝置及中孔洞觸媒體之製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7625659B2 (en) * 2004-11-09 2009-12-01 Hitachi Maxell, Ltd. Fuel cell, membrane electrode assembly, catalyst used therefor, and method of producing catalyst
JP5055788B2 (ja) 2006-02-22 2012-10-24 日産自動車株式会社 電極触媒
CN101591578B (zh) * 2009-07-10 2012-08-22 北京溯希至清科技有限公司 焦炉气提纯天然气工艺
GB201116713D0 (en) 2011-09-28 2011-11-09 Johnson Matthey Plc Catalyst
JP5946072B2 (ja) 2014-09-05 2016-07-05 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 水−水素交換反応用触媒及びその製造方法、並びに、水−水素交換反応装置
KR101660014B1 (ko) * 2014-12-17 2016-09-26 권동욱 상온에서 수소를 제거할 수 있는 백금계 촉매
EP3635806B1 (en) * 2017-06-05 2021-10-06 3M Innovative Properties Company Electrode catalyst-containing dispersion compositions and articles therefrom

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW460332B (en) * 1997-12-02 2001-10-21 Engelhard Corp Catalytic compositions and methods for suppression of halogenation of organic compounds with oxidation products of halogenated organic compounds in gaseous emission streams
CN101213011B (zh) * 2005-03-29 2011-05-18 全世界株式会社 铂金作为分解消除空气中的有机化合物的主要触媒的技术方案，及于其相关的光触媒产品，光触媒层形成方法和光触媒体
CN101849036A (zh) * 2007-05-04 2010-09-29 原则能源解决方案公司 由碳源和氢源生产烃
TWI441678B (zh) * 2010-03-25 2014-06-21 Toto Ltd Photocatalyst coating and photocatalyst coating solution
CN106423258B (zh) * 2011-06-05 2019-03-08 庄信万丰股份有限公司 用于处理废气的pgm催化剂
TWI746806B (zh) * 2017-02-23 2021-11-21 日商Ｎｂｃ紗網技術股份有限公司 中孔洞觸媒體、氣體處理裝置及中孔洞觸媒體之製造方法

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