光催化分解水制氢催化剂专利现状.pdf
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1、中国科技信息 2024 年第 5 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2024-28-专利分析近几十年来,传统化石燃料的大规模利用引起了诸如温室效应、空气污染和水污染等一系列严重的环境问题,开发既不依赖化石燃料也不排放二氧化碳的可再生能源势在必行。巴黎协定承诺在 21 世纪末将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在 2以内,并努力将温度上升幅度限制在 1.5以内;我国政府承诺力争于 2030 年前实现碳达峰,2060 年前实现碳中和,减少碳排放已经成为未来几十年能源产业重要的发展方向之一。氢能是全球公认的清洁可再生能源,具有能量密度高、
2、燃烧后无污染的特点,是替代传统化石燃料的理想能源燃料,也是实现碳中和目标的重要载体,是我国战略性新兴产业和未来产业重点发展的方向。根据中国氢能源及燃料电池产业白皮书,到 2050 年,氢能在中国能源体系中的占比约为 10%,氢能需求量接近 6 000 万吨,年经济产值超过 10 万亿元,因此,氢能的开发和利用具有巨大的发展潜力,是我国近年来优先发展的能源领域。然而,目前的氢能主要通过天然气的蒸汽重整、电解水、甲醇裂解、煤气化等方式获得,这些工艺通常都涉及碳排放,而光催化分解水制氢技术没有碳排放,是最为清洁、廉价的产氢方式。自从 1972 年 Honda 和 Fujishima 首次报道了在 T
3、iO2电极上光电化学分解水的现象以来,使用半导体光催化剂将水分解成氢已经成为利用太阳光和水生产氢燃料的有希望的策略,因此,开发廉价高效的光催化剂是光催化分解水制氢的关键。专利文献是研究技术创新和产业发展前沿的重要数据载体,本文对当前全球光催化分解水制氢催化剂的专利文献进行分析,期望对光催化分解水制氢催化剂相关的技术开发和专利申请和布局提供借鉴和参考。专利检索数据库及检索方法检索数据来源于 HimmPat 数据库,对 2023 年 12 月25 日前的全球专利进行检索分析,对标题、摘要、权利要求中包含“光催化、分解水、制氢、催化剂”的专利文献进行检索,获得全球专利 786 件,需要说明的是,由于
4、专利申请有 18 个月的公布期限,尚有 20222023 年提出的部分专利申请未被数据库收录,故以下所列图表中 2022 年、2023年的相关数据不代表这两个年份的全部申请。专利分析专利申请概况图 1 和图 2 示出了全球和我国光催化分解水制氢催化剂领域的相关专利申请情况和专利技术生命周期。从整体上看,全行业曲线开放度创新度生态度检索量持续度可替代度影响力行业关联度光催化分解水制氢催化剂专利现状张 磊 马剑峰张 磊 马剑峰(等同第一作者)国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心张磊,博士,主要从事催化剂领域专利审查。马剑峰,硕士,主要从事催化剂领域专利审查。-29-CHINA SCIENCE
5、AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2024中国科技信息 2024 年第 5 期专利分析球和我国的申请量的变化趋势基本相同,呈现同步增长的态势。从时间上来看,光催化分解水制氢催化剂领域的专利技术的生命周期可分为两个阶段。从 1996 年出现该领域首个专利申请开始,到 2010 年,属于萌芽期,申请量增长缓慢,每年的专利申请均低于 10 件。2010 年以后,进入波动增长期,申请数量持续快速升高,2022 年全球申请量达到高峰为 115 件,这标志着光催化分解水制氢催化剂技术进入快速发展阶段,同时,2023 年的全球申请在未全部公开的情况下,申请量仍达到了78 件,可以
6、预期,随着各国对环保要求的不断提高,未来很长一段时间内该领域的专利申请会保持持续增长的趋势。全球专利申请技术来源国分析图 3 给出了光催化分解水制氢催化剂领域专利申请的技术来源国分布情况。从图 3 可以看出,光催化分解水制氢催化剂技术主要来自中国、日本、韩国和美国,这四个国家的总占比达到了 98.3%,其中我国的申请量第一且占据绝对优势,达到 708 项,日本的申请量排在第二,为 37 项,占比4.7%,韩国紧随其后,为 17 项,占比 2.2%,美国排在韩国之后,申请量为 11 项,占比 1.4%,此外,印度、欧专局、墨西哥、南非也均有申请提出,但申请量均在个位数。可以看出,光催化分解水制氢
7、催化剂领域的专利技术来源主要是亚洲国家,尤其是我国对该领域市场重视程度最高,这与我国多年来大力推进低碳清洁能源的总体方向息息相关。中国申请主要申请人分析图 4 显示了光催化分解水制氢催化剂领域中国专利申请主要申请人情况,可以看出,江苏大学、福州大学、西安交通大学、青岛科技大学、辽宁大学、中国科学院大连化学物理研究所、南昌航空大学、宁夏大学、上海电力大学和华东理工大学位列申请量前十位,前十位申请人的申请总量占据了总申请量的23.4%,可见该领域的技术创新具有较高的集中性。同时,该领域的主要申请人均为高校和研究院所,表明高校和科研单位的研发人员是光催化分解水制氢催化剂研发领域的主力军,同时该领域的
8、创新研究还处于基础研发阶段。中国专利主要申请人类型分析光催化分解水制氢催化剂领域中国专利的主要申请人类型如图 5 所示,其中,大专院校的申请量为 590 件,占总申请量的 83.81%,科研单位申请量为 61 件,占比8.66%,两项合计占比超过了 90%,这反映了该领域研发创新仍处在基础研究阶段。同时,企业申请量达到了 44 件,占比 6.25%,可见相关企业对光催化分解水制氢催化剂技术开发有一定的研发兴趣,并进行了少量的专利布局,各公司可以与高校和科研院所的前沿研发团队合作开发,实现优势互补,合作共赢。中国专利法律状态分析图 6 示出了光催化分解水制氢催化剂领域中国专利法律状态分布情况。从
9、图 6 可以看出,该领域中国专利授权有效专利量为 292 件,占比 41.48%,未缴年费专利权终止的案件量为 72 件,占比 10.23%,撤回、驳回案件量分别为 76件和 92 件,比例分别为 10.8%和 13.07%,总体上来看,光催化分解水制氢催化剂领域的授权率较高,表明创新主体研发能力较强,专利权维持有效量大也显示出申请人对专利保护的重视程度不断提高以及对该领域有着较好的市场前景预期。图 2 光催化分解水制氢催化剂专利的生命周期图 1 光催化分解水制氢催化剂技术专利申请量变化趋势图 3 光催化分解水制氢催化剂领域专利主要申请国家和申请量分布图 4 光催化分解水制氢催化剂领域中国专利
10、申请主要申请人中国科技信息 2024 年第 5 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2024-30-专利分析此外,进入实质审查和公开待审的发明专利申请分别为 156件和 15 件,分别占比 22.16%和 2.13%,即公开后待审的专利申请量很少,这与我国专利审查的提质增效工作密不可分。专利申请技术领域分布分析图 7 所示为全球光催化分解水制氢催化剂领域专利申请技术领域分布情况。从图中可以看出,光催化分解水制氢催化剂领域的 IPC 分类号主要集中于 B01J(催化剂)和C01B(制氢工艺),排名第一的 IPC 小组是 B01J27/24,
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