Каталізатор кисневого електрода на основі оксиду молібдену

Каталізатор кисневого електрода на основі оксиду молібдену, який відрізняється тим, що активна оксидна сполука молібдену електроосаджується на матрицю з вуглецевих нанотрубок, що приводить до значного збільшення робочої густини струму на кисневому електроді і не містить дорогоцінних матеріалів. (19) (21) u200912731 (22) 08.12.2009 (24) 25.05.2010 (46) 25.05.2010, Бюл.№ 10, 2010 р. (72) ІВАНОВА НАТАЛІЯ ДМИТРІВНА, ДАНИЛОВ МИХАЙЛО ОЛЕГОВИЧ, БОЛДИРЄВ ЄВГЕН ІВАНОВИЧ, СТАДНИК ОЛЬГА ОЛЕКСАНДРІВНА (73) ІНСТИТУТ ЗАГАЛЬНОЇ ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ІМ. В.І. ВЕРНАДСЬКОГО НАН УКРАЇНИ 3 лення кисню [6] (найближчий аналог) на основі оксидів кобальту складу: CoxOy(OH)z, де х=0,65-0,71; у=1,34-1,79; z=1,3-1,52. Ці сполуки отримують електрохімічним методом із водних фторвмісних розчинів. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищити каталітичну активність кисневих електродів, їх питомі електричні характеристики та замінити дорогоцінні метали за рахунок використання оксидних сполук молібдену. Оксидні сполуки молібдену одержують також з фторвмісних електролітів. Поставлені задачі досягаються тим, що каталізатор наноситься на вуглецеву наноструктурну матрицю електрохімічним методом. Використання вуглецевих нанотрубок (ВНТ), які характеризуються високими значеннями електропровідності та питомої поверхні, можуть утворювати мезопористі просторові структури. Такі структури є перспективними в якості носіїв каталізаторів. Крім того, завдяки трубчастій вуглецевій структурі можливе розширення зони потрійного контакту електрод /електроліт/ кисень, що збільшує робочу густину струму на кисневому електроді в порівнянні зі звичайним активованим вугіллям. Матриця з ВНТ має малу насипну густину в порівнянні з активованим вугіллям, що також є суттєвою перевагою. Електричні характеристики кисневих електродів вимірювали на макеті комірки цинк-кисневого джерела струму. Кисень до електрода подавали від електрохімічного генератору кисню. Розрядні характеристики вимірювали в гальваностатичному режимі відносно цинкового електрода із застосуванням хлор-срібного електрода порівняння. Цей каталізатор одержували з електроліту, г л-1: молібдат амонію (NH 4 )6 Mo 7O24 4H2O 40 45, фтористоводнева кислота HF-4-5. Умови електролізу: температура електроліту 8-25°С, густина струму - 0,25-0,5А·дм-2, час електролізу - 25-30хв. Задача вирішується тим, що отриманий каталізатор має склад MoxOy(OH)z, де х=0,62-0,78; у=0,57-3,2; z=0,29-0,86. Підвищена активність каталізатора досягається тим, що оксидна сполука містить 6,3% ОН--груп та 5,8% води. Велика швидкість реакції відновлення кисню обумовлена ще і тим, що каталізатор наноситься на матрицю - вуглецеві нанотрубки. Одержаний каталітичний матеріал промивали, висушували та з отриманої електродної маси готували кисневий електрод: 0,07г·см-2 ацетиленової сажі змішували з 20% в'яжучого матеріалу (політетрафторетіленова емульсія, Ф4Д) і напресовували 0,07г·см-2 активної маси на основі оксиду молібдену та ВНТ. Отриманий електрод досліджували в комірці цинк-кисневого джерела струму з площею цинку вдвічі більшої ніж кисневий електрод. Спосіб, що пропонується, суттєво спрощує технологію отримання оксидної сполуки молібдену. 50136 4 Приклади виконання: Приклад 1 Склад електроліту, г л-1: молібдат амонію (NH 4 )6 Mo 7O24 4H2O 40 45, фтористоводнева кислота HF - 5. Умови електролізу: температура електроліту 18-25°С, густина струму - 0,5А-дм-2, час електролізу - 30хв. Склад одержаної сполуки MoxOy(OH)z, де х=0,78; у=3,2; z=0,29. При напрузі 0,8В на цинк-кисневому джерелі, робоча густина струму, тобто швидкість реакції відновлення кисню становила: І=980мА·см-2, при t=20°C. Приклад 2 Склад електроліту, г л-1: молібдат амонію (NH 4 )6 Mo 7O24 4H2O 40 45, фтористоводнева кислота HF - 4 Умови електролізу: температура електроліту 18-25°С, густина струму - 0,25А·дм-2, час електролізу - 25хв. Склад одержаної сполуки MoxOy(OH)Z, де х=0,78; у=3,2; z=0,56. Швидкість реакції відновлення кисню І=940мА.см-2, t=20°C. Приклад 3 Склад електроліту, г-л-1: молібдат амонію (NH 4 )6 Mo 7O24 4H2O 40 45, фтористоводнева кислота HF - 5. Умови електролізу: температура електроліту 18-25°С, густина струму - 0,5А·дм-2, час електролізу - 30хв. Склад одержаної сполуки MoxOy(OH)z, де х=0,7; у=0,94; z=0,86 Швидкість реакції відновлення кисню І=900мАсм-2, t=20°C. Виходячи з наведених даних, можна зробити висновок, що запропонований нами каталізатор на основі оксидної сполуки молібдену, нанесеної на матрицю з вуглецевих нанотрубок, є значно ефективніший в порівнянні з прототипом. Електричні характеристики значно перевищують аналогічні параметри найближчого аналога, крім того, цей каталізатор не містить дорогоцінних металів. Джерела інформації: 1. S. Trasatti /31st Meet Int. Soc. Electrochem., Venice, 1980. Extend. Abstract. V.1 S.L., s.a., 115116. 2. J.P. Brenet // J. Power Sources, - 1979. - V.4, №3, P.183-190. 3. Патент США №4005186 МКИ B01J23/74, 35/02; С01G49/00. опубл.25.02.1979, Т.954, №4. Способ повышения активности катализатора. 4. Патент США № US 2003/0173548 А1. МПК Н01В1/00, 252/500; pub. date. 19.09.2003. Manganese oxide based catalyst and electrode for 5 50136 alkaline electrochemical system and method for its production. 5. Fabio H.B. Lima, Marcelo L. Calegaro, Edson A. Ticianelli.// J. Electroanal. Chem. - 2006. V.590.1.2. - P.152-160. Комп’ютерна верстка О. Рябко 6 6. Заявка u200908027 МПК B01J23/74, 23/90. Каталізатор кисневого електрода на основі оксиду кобальту (позитивне рішення від 09.11.2009). Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601