JP2003512520A - Catalyst powder and electrodes made therefrom - Google Patents

Catalyst powder and electrodes made therefrom

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Abstract

(57)【要約】 多孔質被膜(12)が支持体金属粒子(11)を取り囲んでいる複数個の支持体金属粒子を含んでなる触媒粉末であって、該多孔質被膜が電極触媒金属または粒子状物質(14)との混合状態の電極触媒金属連続相のいずれかを含んでなる上記触媒粉末。該触媒粉末で作製された電極、並びに該電極を作製する方法もまた開示されている。本発明は、多孔質被膜用混合物が金属基材に直接的に施用されるよりむしろ粉末に最初に施用され、それにより電極上に大きい内部表面積および従ってより低い過電位必要量がもたらされる故に有利である。 (57) Abstract: A porous coating (12) is a catalyst powder comprising a plurality of support metal particles surrounding a support metal particle (11), wherein the porous coating is an electrode catalyst metal or The above catalyst powder comprising any one of the electrocatalyst metal continuous phases in a mixed state with the particulate matter (14). Electrodes made from the catalyst powder, as well as methods for making the electrodes, are also disclosed. The present invention is advantageous because the porous coating mixture is first applied to the powder rather than directly to the metal substrate, which results in a large internal surface area on the electrode and thus lower overpotential requirements. It is.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 本発明は、電極触媒反応性電極に向けられる。一層特に、本発明は、クロロア
ルカリ電解槽のような電解槽において有用なカソードに向けられる。
The present invention is directed to electrocatalytically reactive electrodes. More particularly, the present invention is directed to cathodes useful in electrolytic cells such as chloralkali cells.

【0002】 塩素および苛性ソーダは、典型的には、塩化ナトリウムの水溶液の電気分解す
なわちクロロアルカリ法と通常称される方法により製造される。
Chlorine and caustic soda are typically produced by electrolysis of an aqueous solution of sodium chloride, a process commonly referred to as the chloroalkali process.

【0003】 最も広く用いられているクロロアルカリ法は、ダイヤフラム(「隔膜」)また
はメンブラン(「膜」)のいずれかのタイプの電解槽を用いる。隔膜電解槽にお
いて、アルカリ金属ハロゲン化物ブライン溶液はアノード液室中に供給され、し
かしてそこでハロゲン化物イオンは酸化されてハロゲンガスを生成する。アルカ
リ金属イオンは、アノード液室とカソード液室の間に配置された液圧透過性微孔
質隔膜を通じてカソード液室中に移動する。水素ガスおよびアルカリ金属水酸化
物水溶液が、カソードで生成される。液圧透過性隔膜に因り、ブラインは、カソ
ード液室中に流れそしてアルカリ金属水酸化物溶液と混ざり得る。
The most widely used chloralkali process uses either a diaphragm (“diaphragm”) or a membrane (“membrane”) type of electrolytic cell. In a diaphragm cell, an alkali metal halide brine solution is fed into the anolyte compartment, where the halide ions are oxidized to produce halogen gas. Alkali metal ions migrate into the catholyte compartment through a hydraulically permeable microporous membrane located between the anolyte compartment and the catholyte compartment. Hydrogen gas and an aqueous alkali metal hydroxide solution are produced at the cathode. Due to the hydraulically permeable diaphragm, brine can flow into the catholyte compartment and mix with the alkali metal hydroxide solution.

【0004】 膜電解槽は、隔膜電解槽と同様に機能するが、但し、隔膜は、水和アルカリ金
属イオンのカソード液室への通過を選択的に許す液圧不透過性カチオン選択性膜
により置き換えられる。膜電解槽は、ブラインで本質的に汚染されていないアル
カリ金属水酸化物水溶液を生成する。
Membrane electrolyzers function similarly to diaphragm electrolyzers, except that the membrane is provided with a hydraulically impermeable cation-selective membrane that selectively allows the passage of hydrated alkali metal ions into the catholyte compartment. Will be replaced. The membrane electrolyzer produces an aqueous alkali metal hydroxide solution that is essentially uncontaminated with brine.

【0005】 電極は、通常、導電基材上に電極触媒被膜を付与することにより製造される。
有用な触媒被膜は、たとえば、ルテニウム、ロジウム、オスミウム、イリジウム
、パラジウムおよび白金のような白金族金属を包含する。有用な導電基材は、た
とえば、ニッケル、鉄および鋼を包含する。
Electrodes are usually manufactured by applying an electrocatalyst coating on a conductive substrate.
Useful catalytic coatings include, for example, platinum group metals such as ruthenium, rhodium, osmium, iridium, palladium and platinum. Useful conductive substrates include, for example, nickel, iron and steel.

【0006】 アノードにおける塩素ガスの生成並びにカソードにおける同時的水酸化物イオ
ンの生成および水素ガスの発生は、ほとんど常に、次の反応についての熱力学的
エネルギーより高い電解槽電圧を必要とする。 2NaCl + 2H2O → Cl2 + H2 + 2NaOH
The production of chlorine gas at the anode and the simultaneous production of hydroxide ions and production of hydrogen gas at the cathode almost always require a cell voltage higher than the thermodynamic energy for the next reaction. 2NaCl + 2H 2 O → Cl 2 + H 2 + 2NaOH

【0007】 余分のエネルギーすなわち過電圧が、様々なパラメーターの中でもとりわけ、
電解抵抗並びにアノードにおける塩素ガスの発生に関連した過電位並びにカソー
ドにおける水素ガスの発生および水酸化物イオンの形成に関連した過電位を克服
するために与えられる。
The extra energy or overvoltage is, among other parameters,
It is provided to overcome electrolytic resistance and overpotentials associated with chlorine gas evolution at the anode and hydrogen gas evolution and hydroxide ion formation at the cathode.

【0008】 様々な方法が、表面特性を変えることにより電極の過電位必要量を減少するた
めに提案されてきた。用語「過電圧」は、電解槽に必要とされる過剰電圧を指す
ためにここにおいて用いられるのに対して、用語「過電位」は、電解槽内の個々
の電極に必要とされる過剰電圧を指すためにここにおいて用いられる。
Various methods have been proposed to reduce electrode overpotential requirements by altering surface properties. The term "overvoltage" is used herein to refer to the overvoltage required for an electrolyser, while the term "overpotential" refers to the overvoltage required for individual electrodes within an electrolyzer. Used herein to refer.

【0009】 電極についての過電位は、その化学特性および電流密度の関数である。電流密
度は、電極に対して有効表面積の単位当たり印加された電流と定義される。電極
の表面の酸エッチングまたはサンドブラスチングのような、電極の有効表面積を
増加する技法は、所与量の印加電流について電流密度の相当的減少をもたらすこ
とになり、また過電位必要量を減少する。
The overpotential for an electrode is a function of its chemical properties and current density. Current density is defined as the current applied to an electrode per unit of effective surface area. Techniques that increase the effective surface area of the electrode, such as acid etching or sandblasting the surface of the electrode, will result in a substantial reduction in current density for a given amount of applied current and will also reduce overpotential requirements. .

【0010】 過電位必要量を減少する努力は、たとえば、電解槽におけるカソードとして有
用な電極を開示する米国特許第4,668,370号および米国特許第4,79
8,662号に記載されたものを包含する。これらは、白金族金属塩を含む溶液
から1種またはそれ以上の白金族金属を含む触媒被膜でニッケルのような導電基
材を被覆することにより製造される。これらの特許は両方共、電極の過電位必要
量を減少することにより電解槽の動作電圧を減少するよう設計された電極を開示
する。加えて、米国特許第5,035,789号、米国特許第5,227,03
0号および米国特許第5,066,380号は、低水素過電位を示すカソード被
膜を開示する。
Efforts to reduce overpotential requirements have been made, for example, in US Pat. No. 4,668,370 and US Pat. No. 4,79, which disclose electrodes useful as cathodes in electrolytic cells.
Including those described in No. 8,662. These are produced by coating a conductive substrate such as nickel with a catalyst coating containing one or more platinum group metals from a solution containing a platinum group metal salt. Both of these patents disclose electrodes designed to reduce the operating voltage of the electrolytic cell by reducing the overpotential requirements of the electrodes. In addition, US Pat. No. 5,035,789 and US Pat. No. 5,227,03
No. 0 and US Pat. No. 5,066,380 disclose cathode coatings that exhibit low hydrogen overpotential.

【0011】 カソード被膜の望ましい特性は、大きい内部表面積を有する高い多孔度である
。大きい内部表面積は、より低い有効電流密度および従ってより低い過電位をも
たらすことになる。多孔質電極の別の成果は、不純物の毒作用に対するより高い
抵抗性である。典型的な多孔質電極の粗外面は不純物としての金属イオンの電着
を困難にし、また大きい内部電気活性表面積は拡散にとっての長い進路の故に電
解液中に存在する不純物イオンにとって容易には利用可能でない。かかる特性は
、米国特許第5,645,930号に記載されている。
A desirable property of cathode coatings is high porosity with a large internal surface area. A large internal surface area will result in a lower effective current density and thus a lower overpotential. Another outcome of porous electrodes is higher resistance to the toxic effects of impurities. The rough outer surface of a typical porous electrode makes electrodeposition of metal ions as impurities difficult, and the large internal electroactive surface area is readily available for impurity ions present in the electrolyte due to the long path for diffusion. Not. Such properties are described in US Pat. No. 5,645,930.

【0012】 金属メッキは、しばしば、電極上に強化層を形成するために用いられる。たと
えば、米国特許第4,061,802号および米国特許第4,764,401号
は、無電解析出によるニッケルメッキに先だってプラスチックまたは金属基材を
活性化するために塩化パラジウムを用いることを記載する。
Metal plating is often used to form a reinforcing layer on electrodes. For example, US Pat. No. 4,061,802 and US Pat. No. 4,764,401 describe the use of palladium chloride to activate a plastic or metal substrate prior to nickel plating by electroless deposition. .

【0013】 一つの観点において、本発明は、遷移金属またはその合金を含んでなる複数個
の支持体金属粒子と、該支持体金属粒子を取り囲む被膜とを含む触媒粉末であっ
て、該被膜が電極触媒金属被膜を含んでなるかまたは粒子状物質との混合状態の
金属連続相を有する被膜を含んでなるかのいずれかである上記触媒粉末である。
In one aspect, the present invention is a catalyst powder comprising a plurality of support metal particles containing a transition metal or an alloy thereof, and a coating surrounding the support metal particles, the coating comprising: The above catalyst powder, either comprising an electrocatalyst metal coating or comprising a coating having a metal continuous phase in a mixed state with particulate matter.

【0014】 第2の観点において、本発明は、導電性金属基材と、触媒粉末が分散されてい
るマトリックスを含んでなる第1層とを含む電極であって、該マトリックスが白
金族金属酸化物または白金族金属酸化物とバルブ金属酸化物との混合物を含んで
なり、該触媒粉末が電極触媒金属被膜でまたは粒子状物質との混合状態の電極触
媒金属を含んでなる被膜でのいずれかで覆われた支持体金属粒子を含んでなる上
記電極である。
In a second aspect, the present invention is an electrode comprising a conductive metal substrate and a first layer comprising a matrix in which catalyst powder is dispersed, the matrix comprising a platinum group metal oxide. Or a mixture of platinum group metal oxides and valve metal oxides, the catalyst powder being either an electrocatalyst metal coating or a coating comprising electrocatalyst metal in admixture with particulate matter. The above electrode comprising support metal particles covered with.

【0015】 第3の観点において、本発明は、電極を作製する方法であって、触媒粉末を形
成する工程、該触媒粉末を分散媒と混合して混合物を形成させる工程、該混合物
を導電性金属基材に施用して被覆基材を形成させる工程、および該被覆基材を酸
素の存在下でベーキングする工程、および随意に被膜の付着性および強度を合金
被覆法で強化する工程を含む上記方法である。
In a third aspect, the present invention relates to a method of making an electrode, comprising the steps of forming a catalyst powder, mixing the catalyst powder with a dispersion medium to form a mixture, and making the mixture conductive. Comprising the steps of applying to a metal substrate to form a coated substrate, baking the coated substrate in the presence of oxygen, and optionally enhancing the adhesion and strength of the coating with an alloy coating process. Is the way.

【0016】 本発明は、多孔質被膜用混合物が金属基材に直接的に施用されるよりむしろ粉
末に最初に施用され、それにより先行技術に関してより大きい内部表面積がもた
らされる故に有利である。大きい内部表面積は、より低い有効電流密度および従
ってより低い過電位をもたらすことになる。それ故、本発明を用いると表面積が
高められるので、本発明により作製された電極に必要とされる過電位もまた、上
記に引用された先行技術の電極に関して減少される。
The present invention is advantageous because the porous coating mixture is applied first to the powder, rather than directly to the metal substrate, which results in a larger internal surface area with respect to the prior art. A large internal surface area will result in a lower effective current density and thus a lower overpotential. Therefore, since the surface area is increased using the present invention, the overpotential required for electrodes made according to the present invention is also reduced with respect to the prior art electrodes cited above.

【0017】 図1は、本発明の触媒粉末粒子10の拡大図を示す。示されているように、触
媒粉末粒子10は、粒子状物質13が分散されている連続相12を含んでなる多
孔質被膜により取り囲まれた支持体金属粒子11を含んでなる。
FIG. 1 shows an enlarged view of catalyst powder particles 10 of the present invention. As shown, the catalyst powder particles 10 comprise support metal particles 11 surrounded by a porous coating comprising a continuous phase 12 having particulate material 13 dispersed therein.

【0018】 好ましくは、支持体金属粒子11は、遷移金属またはその合金である。好まし
い遷移金属は、ニッケル、コバルト、鉄、鋼、ステンレス鋼または銅を包含する
。好ましい遷移金属合金は、リン、ホウ素または硫黄で合金にされたニッケル、
コバルトまたは銅を包含する。
The support metal particles 11 are preferably transition metals or alloys thereof. Preferred transition metals include nickel, cobalt, iron, steel, stainless steel or copper. Preferred transition metal alloys are nickel alloyed with phosphorus, boron or sulfur,
Includes cobalt or copper.

【0019】 好ましくは、支持体金属粒子は、多孔質被膜がそれに施用される前に、少なく
とも0.2ミクロン一層好ましくは少なくとも約1ミクロン更に一層好ましくは
少なくとも2ミクロンなお更に一層好ましくは少なくとも3ミクロンの平均直径
を有する。好ましくは、金属粒子は、20.0ミクロンまで一層好ましくは10
.0ミクロンまで更に一層好ましくは6.0ミクロンまでの平均直径を有する。
Preferably, the support metal particles are at least 0.2 micron, more preferably at least about 1 micron, even more preferably at least 2 micron, even more preferably at least 3 micron before the porous coating is applied thereto. Has an average diameter of. Preferably, the metal particles are up to 20.0 microns, more preferably 10
. It has an average diameter of up to 0 microns and even more preferably up to 6.0 microns.

【0020】 支持体金属粒子11は、電極触媒金属でまたは粒子状物質13との混合状態の
電極触媒金属連続相12を含んでなる多孔質被膜でのいずれかで被覆される。支
持体金属粒子上の被膜が多孔質でありかつ樹枝状特質を有する故、生じた触媒粉
末粒子10は、細孔14が全体にわたって存在する大きい内部表面積を有する。
The support metal particles 11 are coated either with the electrocatalytic metal or with a porous coating comprising the electrocatalytic metal continuous phase 12 in admixture with the particulate material 13. Due to the porous and dendritic nature of the coating on the support metal particles, the resulting catalyst powder particles 10 have a large internal surface area with pores 14 present throughout.

【0021】 好ましくは、電極触媒金属連続相12は、ルテニウム、イリジウム、オスミウ
ム、白金、パラジウム、ロジウム、レニウム、またはこれらのもののいずれか一
つもしくはそれ以上の合金である。
Preferably, the electrocatalytic metal continuous phase 12 is ruthenium, iridium, osmium, platinum, palladium, rhodium, rhenium, or an alloy of any one or more of these.

【0022】 一つの具体的態様において、連続相12は、それに分散された粒子状物質13
を有する。好ましくは、粒子状物質13は、ルテニウム、イリジウム、オスミウ
ム、白金、パラジウム、ロジウム、レニウム、テクネチウム、モリブデン、クロ
ム、ニオブ、タングステン、タンタル、マンガンまたは鉛の金属酸化物を含んで
なり、しかしてルテニウム、イリジウム、オスミウム、白金、パラジウムおよび
ロジウムの酸化物が一層好ましい。
In one embodiment, continuous phase 12 has particulate matter 13 dispersed therein.
Have. Preferably, the particulate matter 13 comprises a metal oxide of ruthenium, iridium, osmium, platinum, palladium, rhodium, rhenium, technetium, molybdenum, chromium, niobium, tungsten, tantalum, manganese or lead, whereby ruthenium. More preferred are oxides of iridium, iridium, osmium, platinum, palladium and rhodium.

【0023】 触媒粉末を製造するために、複数個の支持体金属粒子が、電極触媒金属を単独
にてまたは金属もしくは金属酸化物のいずれかを含んでなる粒子状物質との混合
状態にてのいずれかにて含んでなる多孔質被膜で覆われる。一般に、触媒粉末を
製造する際の第1工程は、少なくともパラジウム促進剤および有機または無機酸
を含む析出溶液を製造することである。
In order to produce the catalyst powder, a plurality of support metal particles may be used in combination with the electrocatalyst metal alone or in a mixture with a particulate material comprising either a metal or a metal oxide. It is covered with a porous coating comprising either. Generally, the first step in making the catalyst powder is to make a precipitation solution containing at least a palladium promoter and an organic or inorganic acid.

【0024】 電極触媒金属前駆体化合物の金属イオンに加えて析出溶液中にパラジウム金属
イオンが存在することは、金属粒子上への電極触媒金属の析出を促進する、とい
うことが米国特許第5,066,380号から知られている。適当なパラジウム
金属化合物の例は、ハロゲン化パラジウムおよび硝酸パラジウムである。多孔質
被膜用溶液中のパラジウム金属イオンの濃度は、金属粒子上における改善電極触
媒充填量を促進するのに十分であるべきである。パラジウム前駆体化合物は、存
在する場合、一般に、被膜用溶液の重量を基準として少なくとも0.001重量
パーセントの被膜用溶液中パラジウム金属イオン濃度をもたらすのに十分な量に
て含められる。パラジウム金属イオン濃度は、適当には、重量により被膜用溶液
の0.001パーセントから5パーセント好ましくは0.005パーセントから
2パーセント最も好ましくは0.01パーセントから0.05パーセントであり
得る。0.001パーセント未満の重量パーセントは、一般に、電極触媒金属の
析出を促進するのに不十分である。5パーセントより大きい重量百分率は、基材
上における被膜の過剰量の電極触媒金属主要相の析出をもたらすことになる。
It is noted that the presence of palladium metal ions in the deposition solution in addition to the metal ions of the electrocatalyst metal precursor compound promotes the deposition of the electrocatalyst metal on the metal particles. US Pat. Known from No. 066,380. Examples of suitable palladium metal compounds are palladium halides and palladium nitrate. The concentration of palladium metal ions in the porous coating solution should be sufficient to promote improved electrocatalyst loading on the metal particles. The palladium precursor compound, when present, is generally included in an amount sufficient to provide a palladium metal ion concentration in the coating solution of at least 0.001 weight percent based on the weight of the coating solution. The palladium metal ion concentration may suitably be from 0.001% to 5% by weight of the coating solution, preferably 0.005% to 2% and most preferably 0.01% to 0.05% by weight. Weight percentages less than 0.001 percent are generally insufficient to promote electrocatalyst metal deposition. Weight percentages greater than 5 percent will result in the deposition of excess electrocatalytic metal major phase of the coating on the substrate.

【0025】 析出溶液のpHは、その中に有機酸または無機酸を含めることにより調整され
得る。適当な無機酸の例は、臭化水素酸、塩酸、硫酸、過塩素酸およびリン酸で
ある。有機酸の例は、酢酸、シュウ酸およびギ酸である。臭化水素酸および塩酸
が好ましい。析出溶液のpH範囲は、一般に、pH0ないしpH2.8である。
含水白金族金属酸化物の沈殿は、比較的高いpHにおいて生じることになる。低
pHは、基材の溶解のような副反応と競合することを助長し得る。
The pH of the precipitation solution can be adjusted by including an organic or inorganic acid therein. Examples of suitable inorganic acids are hydrobromic acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, perchloric acid and phosphoric acid. Examples of organic acids are acetic acid, oxalic acid and formic acid. Hydrobromic acid and hydrochloric acid are preferred. The pH range of the precipitation solution is generally pH 0 to pH 2.8.
Precipitation of hydrous platinum group metal oxides will occur at relatively high pH. A low pH may help to compete with side reactions such as substrate dissolution.

【0026】 水にまたは水性酸に可溶な少なくとも1種の電極触媒金属化合物が、析出溶液
に添加される。適当な電極触媒金属は、一般に、金属粒子に用いられる金属より
貴であるものであり、すなわち、電極触媒金属前駆体化合物は金属粒子の溶解か
らの金属化合物のギブス自由エネルギーより大きいギブス自由エネルギーを有し
、従って非電解的還元析出が金属粒子上で起こる。好ましくは、かかる電極触媒
金属は、白金族金属である。非電解的還元析出についての更なる詳細は、米国特
許第5,645,930号に見られ得る。
At least one electrocatalytic metal compound that is soluble in water or aqueous acid is added to the deposition solution. Suitable electrocatalytic metals are generally those that are more noble than the metals used for the metal particles, i.e., the electrocatalytic metal precursor compound has a Gibbs free energy that is greater than the Gibbs free energy of the metal compound from dissolution of the metal particles. And thus non-electrolytic reduction deposition occurs on the metal particles. Preferably, the electrocatalyst metal is a platinum group metal. Further details on non-electrolytic reduction deposition can be found in US Pat. No. 5,645,930.

【0027】 電極触媒金属前駆体化合物は、金属粒子上に有効量の金属を析出するのに十分
な量にて析出溶液中に存在し得る。析出溶液中の電極触媒金属イオンの濃度は、
重量パーセントで表して、一般に重量により溶液の0.01パーセントから5パ
ーセント好ましくは0.1パーセントから3パーセント最も好ましくは0.2パ
ーセントから1パーセントである。5パーセントより大きい電極触媒金属イオン
濃度は所望されず、何故なら被膜用溶液を製造するために不必要に多い量の白金
族金属が用いられるからである。0.01パーセント未満の電極触媒金属イオン
濃度は所望されず、何故なら望ましくないほど長い接触時間が必要とされるから
である。
The electrocatalytic metal precursor compound may be present in the deposition solution in an amount sufficient to deposit an effective amount of metal on the metal particles. The concentration of the electrode catalyst metal ion in the deposition solution is
Expressed in weight percent, it is generally from 0.01 percent to 5 percent by weight of the solution, preferably from 0.1 percent to 3 percent, and most preferably from 0.2 percent to 1 percent. Electrocatalytic metal ion concentrations of greater than 5 percent are not desirable because unnecessarily high amounts of platinum group metal are used to make the coating solution. Electrocatalytic metal ion concentrations of less than 0.01 percent are not desirable because undesirably long contact times are required.

【0028】 随意的粒子状物質は、0.002から2パーセント好ましくは0.005から
0.5パーセント最も好ましくは0.01から0.2パーセントの濃度にて析出
溶液中に懸濁される。
The optional particulate material is suspended in the precipitation solution at a concentration of 0.002 to 2 percent, preferably 0.005 to 0.5 percent, and most preferably 0.01 to 0.2 percent.

【0029】 パラジウム促進剤、酸および随意的粒子状物質を含む析出溶液が製造された後
、それは高められた温度に保持されかつ高速にて撹拌される一方、支持体金属粒
子を含んでなる粉末がそれに添加される。ある時間後、電極触媒金属前駆体化合
物が添加され、そして電極触媒金属が形成されそして支持体金属粒子上に析出さ
れると共に、支持体金属粒子の同時的部分溶解が伴われる。
After the deposition solution containing the palladium promoter, the acid and the optional particulate matter is prepared, it is kept at elevated temperature and stirred at high speed while the powder comprising the support metal particles. Is added to it. After a period of time, the electrocatalytic metal precursor compound is added and the electrocatalytic metal is formed and deposited on the support metal particles, with simultaneous partial dissolution of the support metal particles.

【0030】 電極触媒金属が析出して金属粒子上における多孔質被膜を形成する速度は、溶
液温度の関数である。温度は、一般に、25℃から90℃の範囲にある。低温度
は実用的でなく、何故なら金属粒子上に有効量の電極触媒金属を析出するために
不経済なほど長い時間が必要とされるからである。90℃より高い温度は操作可
能であるが、しかし一般に過剰量の金属析出および副反応をもたらすことになる
。40℃から80℃の間の範囲の温度が好ましく、しかして45℃ないし65℃
が最も好ましい。
The rate at which the electrocatalytic metal deposits to form a porous coating on the metal particles is a function of solution temperature. The temperature is generally in the range 25 ° C to 90 ° C. Low temperatures are not practical because uneconomically long times are required to deposit an effective amount of electrocatalytic metal on the metal particles. Temperatures above 90 ° C are operable, but will generally result in excess metal deposition and side reactions. Temperatures in the range between 40 ° C and 80 ° C are preferred, therefore 45 ° C to 65 ° C.
Is most preferred.

【0031】 一般に、析出溶液と金属粒子の間の接触について許容される時間は、1分から
60分にて変動し得る。しかしながら、所要接触時間が析出溶液温度、電極触媒
金属濃度およびパラジウムイオン濃度と共に変動する、ということが理解される
べきである。5分から60分の接触時間が好ましく、しかして10分から40分
が最も好ましい。一般に、比較的短い接触時間が所望される場合、ここに記載さ
れた方法が、有効量の白金族電極触媒金属が金属粒子の表面上に析出するまで複
数回繰り返され得る。
In general, the time allowed for contact between the deposition solution and the metal particles can vary from 1 minute to 60 minutes. However, it should be understood that the required contact time varies with the deposition solution temperature, the electrocatalyst metal concentration and the palladium ion concentration. Contact times of 5 to 60 minutes are preferred, with 10 to 40 minutes being most preferred. In general, if a relatively short contact time is desired, the method described herein can be repeated multiple times until an effective amount of the platinum group electrocatalyst metal is deposited on the surface of the metal particles.

【0032】 触媒粉末10は、有利には、電解槽用の電極を形成するために用いられる。図
2は、本発明の電極20の一部の拡大図を示す。電極20は導電性金属基材21
および第1層を含み、しかして第1層は上記に記載された触媒粉末10が分散さ
れているマトリックス22を含んでなる。触媒粉末の多孔質樹枝状特質は電極上
に多孔質表面をもたらし、しかしてこのことは次いで電極および電解槽の効率的
操作に必要とされる過電位を減少する。
The catalyst powder 10 is advantageously used to form electrodes for an electrolytic cell. FIG. 2 shows an enlarged view of a portion of the electrode 20 of the present invention. The electrode 20 is a conductive metal substrate 21.
And a first layer, wherein the first layer comprises a matrix 22 in which the catalyst powder 10 described above is dispersed. The porous dendritic nature of the catalyst powder provides a porous surface on the electrode, which in turn reduces the overpotential required for efficient operation of the electrode and electrolyzer.

【0033】 好ましくは、導電性金属基材21は、ニッケル、鉄、鋼、ステンレス鋼、コバ
ルト、銅または銀である。基材の形状は決定的には重要でなく、そしてたとえば
、平板、曲面、穴あき板、金網スクリーンまたはメッシュ板であり得る。
Preferably, the conductive metal substrate 21 is nickel, iron, steel, stainless steel, cobalt, copper or silver. The shape of the substrate is not critical and can be, for example, a flat plate, a curved surface, a perforated plate, a wire mesh screen or a mesh plate.

【0034】 第1層のマトリックス22は、白金族金属酸化物または白金族金属酸化物とバ
ルブ金属酸化物との混合物のいずれかを含んでなる。白金族金属酸化物は、ルテ
ニウム、イリジウム、ロジウム、オスミウム、白金、パラジウム、またはこれら
のもののいずれか一つまたはそれ以上の混合物の酸化物を包含する。バルブ金属
酸化物は、チタン、ジルコニウム、タンタル、タングステン、ニオブ、ビスマス
、またはこれらのもののいずれか一つまたはそれ以上の混合物の酸化物を包含す
る。
The first layer matrix 22 comprises either a platinum group metal oxide or a mixture of platinum group metal oxides and valve metal oxides. Platinum group metal oxides include oxides of ruthenium, iridium, rhodium, osmium, platinum, palladium, or mixtures of any one or more of these. Valve metal oxides include oxides of titanium, zirconium, tantalum, tungsten, niobium, bismuth, or mixtures of any one or more of these.

【0035】 本発明の電極を作製するために、上記に記載された触媒粉末が分散媒と混合さ
れて混合物が形成され、そして該混合物が導電性金属基材に施用されて被覆基材
が形成される。次いで、被覆基材は酸素の存在下でベーキングされる。
To prepare the electrodes of the present invention, the catalyst powders described above are mixed with a dispersion medium to form a mixture, and the mixture is applied to a conductive metal substrate to form a coated substrate. To be done. The coated substrate is then baked in the presence of oxygen.

【0036】 分散媒は、電極のマトリックスを形成し、そして白金族金属酸化物前駆体また
は白金族金属酸化物前駆体とバルブ金属酸化物前駆体との混合物のいずれかを含
んでなる。白金族金属酸化物前駆体は、酸素の存在下でベーキングすると白金族
金属酸化物を形成するような物質である。好ましい白金族金属酸化物前駆体は、
白金族金属のハロゲン化物、硫酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩およびリン酸塩を包含す
る。一層好ましいものは白金族金属のハロゲン化物、硝酸塩およびリン酸塩であ
り、しかして白金族金属塩化物が最も好ましい。バルブ金属酸化物前駆体は、酸
素の存在下でベーキングするとバルブ金属酸化物を形成するような物質である。
好ましくは、バルブ金属酸化物前駆体は、チタンアルコキシド、タンタルアルコ
キシド、ジルコニウムアセチルアセトネートまたはニオブアルコキシドである。
The dispersion medium forms the matrix of the electrode and comprises either a platinum group metal oxide precursor or a mixture of platinum group metal oxide precursor and valve metal oxide precursor. A platinum group metal oxide precursor is a substance that forms a platinum group metal oxide when baked in the presence of oxygen. A preferred platinum group metal oxide precursor is
Includes platinum group metal halides, sulfates, nitrates, nitrites and phosphates. More preferred are platinum group metal halides, nitrates and phosphates, with platinum group metal chlorides being most preferred. A valve metal oxide precursor is a material that forms a valve metal oxide when baked in the presence of oxygen.
Preferably, the valve metal oxide precursor is a titanium alkoxide, tantalum alkoxide, zirconium acetylacetonate or niobium alkoxide.

【0037】 好ましくは、分散媒は更に、溶媒を含む。適当な溶媒は、メタノール、エタノ
ール、1−プロパノール、2−プロパノール、ブタノール、またはこれらのもの
のいずれかの混合物を包含する。
Preferably, the dispersion medium further comprises a solvent. Suitable solvents include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, butanol, or mixtures of any of these.

【0038】 好ましくは、分散媒は更に、アルカリ性溶液に可溶な化合物を含む。かかる可
溶性化合物の例は、塩化アルミニウムおよび塩化亜鉛を包含する。かかるアルカ
リ溶性化合物は、それらがアルカリ性溶液中に溶解された後、被膜中に細孔を生
じせしめるのに有用である。
[0038] Preferably, the dispersion medium further comprises a compound soluble in the alkaline solution. Examples of such soluble compounds include aluminum chloride and zinc chloride. Such alkali-soluble compounds are useful in creating pores in the coating after they are dissolved in the alkaline solution.

【0039】 いかなる適切な方法も、分散媒中に触媒粉末を分散するために用いられ得る。
その例は、機械的撹拌、音波処理またはそれらの組合わせを包含する。
Any suitable method can be used to disperse the catalyst powder in the dispersion medium.
Examples include mechanical agitation, sonication or combinations thereof.

【0040】 触媒粉末/分散媒の混合物の施用は、いかなる適当な方法を用いても成し遂げ
られ得る。その例は、ノズルを通じての吹付けである。吹付けは、「原子」形態
の金属として計算して一般に50ug/cm2ないし2000ug/cm2の、生
じた電極中の白金族金属充填量を成す。電極中の金属の量は、X線蛍光により測
定される。元素状金属および化合酸化物の両方についての好ましい充填量は40
0ug/cm2から1500ug/cm2であり、しかして500ug/cm2
ら1000ug/cm2が最も好ましい充填量である。50ug/cm2未満の充
填量は、一般に、電解槽過電圧の満足な減少をもたらすのに不十分である。20
00ug/cm2より多い充填量は、好ましい範囲内の比較的少ない充填量と比
較される場合、印加過電圧を有意的には減少しない。上記に特記された析出有効
量は、電極中の白金族電極触媒金属および金属酸化物の充填量のみを指し、そし
て増加充填量をもたらすために用いられ得るパラジウム金属促進剤またはいかな
る随意的二次電極触媒金属または金属粒子の量を含まない。
Application of the catalyst powder / dispersion medium mixture can be accomplished using any suitable method. An example is spraying through a nozzle. Spraying generally to 50 ug / cm 2 without the 2000 ug / cm 2, forming a platinum group metal loading in the resulting electrode was calculated as the metal "atoms" form. The amount of metal in the electrodes is measured by X-ray fluorescence. The preferred loading for both elemental metals and compound oxides is 40.
A 0ug / cm 2 from 1500ug / cm 2, a Thus the most preferred loading is 1000 ug / cm 2 from 500 ug / cm 2. Loadings of less than 50 ug / cm 2 are generally insufficient to provide a satisfactory reduction in cell overvoltage. 20
Loadings greater than 00 ug / cm 2 do not significantly reduce applied overvoltage when compared to relatively low loadings within the preferred range. The deposition effective amount noted above refers only to the loading of platinum group electrocatalyst metal and metal oxide in the electrode, and the palladium metal promoter or any optional secondary metal that can be used to provide the increased loading. It does not include the amount of electrocatalyst metal or metal particles.

【0041】 好ましい具体的態様において、基材は、混合物がそれに施用される前、たとえ
ば無電解ニッケルメッキにより保護される。かかる方法は、米国特許第4,06
1,802号に記載されている。
In a preferred embodiment, the substrate is protected before the mixture is applied to it, for example by electroless nickel plating. Such a method is described in US Pat.
No. 1,802.

【0042】 ベーキング工程は、白金族金属酸化物前駆体およびバルブ金属酸化物前駆体を
酸化物形態に転化するために用いられる。被覆基材は、酸素の存在下で好ましく
は少なくとも350℃一層好ましくは少なくとも420℃更に一層好ましくは少
なくとも450℃の温度にてベーキングされる。好ましくは、被覆基材は、55
0℃より高くない一層好ましくは500℃より高くない更に一層好ましくは48
0℃より高くない温度にてベーキングされる。好ましくは、ベーキング工程は、
30から90分の間にて行われる。白金族金属酸化物前駆体およびバルブ金属酸
化物前駆体が白金族金属酸化物およびバルブ金属酸化物に転化するように、被覆
基材が酸素(空気、または酸素を含有するある他の物質である)の存在下でベー
キングされる、ということが重要である。その結果は電極の二相第1層となり、
しかして一つの相はマトリックスでありそして第2の相は該マトリックスに分散
された触媒粉末粒子である。
The baking step is used to convert the platinum group metal oxide precursor and the valve metal oxide precursor to the oxide form. The coated substrate is preferably baked in the presence of oxygen at a temperature of at least 350 ° C, more preferably at least 420 ° C and even more preferably at least 450 ° C. Preferably, the coated substrate is 55
No higher than 0 ° C, more preferably no higher than 500 ° C, even more preferably 48
Baking at a temperature not higher than 0 ° C. Preferably, the baking step is
It takes between 30 and 90 minutes. The coated substrate is oxygen (air or some other substance containing oxygen, such that the platinum group metal oxide precursor and the valve metal oxide precursor are converted to the platinum group metal oxide and the valve metal oxide. It is important to be baked in the presence of). The result is a two-phase first layer of the electrode,
Thus one phase is the matrix and the second phase is the catalyst powder particles dispersed in the matrix.

【0043】 好ましい具体的態様において、本発明の電極は更に、強化層23を含む。かか
る強化層23は、好ましくは、遷移金属またはその合金を含んでなる。一層好ま
しくは、強化層は、ニッケル、コバルト、銅、またはそれらとホウ素、リンもし
くは硫黄との合金である。
In a preferred embodiment, the electrode of the present invention further comprises a reinforcing layer 23. The reinforcing layer 23 preferably comprises a transition metal or its alloy. More preferably, the strengthening layer is nickel, cobalt, copper or alloys thereof with boron, phosphorus or sulfur.

【0044】 随意的強化層を作るために、第2無電解メッキ工程は、被覆基材を遷移金属ま
たは遷移金属合金でメッキすることから成る。かかる強化層は、触媒粉末および
マトリックスを一緒に保持するのを助け、また第1層が基材に付着することを確
実にするのを助ける。強化層を形成することについての更なる詳細は、米国特許
第5,645,930号に見られ得る。
The second electroless plating step consists of plating the coated substrate with a transition metal or transition metal alloy to create an optional reinforcing layer. Such a toughening layer helps hold the catalyst powder and matrix together and helps ensure that the first layer adheres to the substrate. Further details on forming a toughening layer can be found in US Pat. No. 5,645,930.

【0045】 別段特記されていなければ、部および百分率はすべて重量による。次の例は、
制限的であるようには意図されていない。
All parts and percentages are by weight unless otherwise specified. The following example
It is not intended to be restrictive.

【0046】実施例1〜3 : 金属粒子状物質を有する触媒粉末の製造 パラジウム促進剤としてPdCl2をおよび酸として0.5N−HClを用い
て、多孔質被膜用溶液を製造した。この溶液を、反応温度に加熱しかつ連続的に
撹拌した。RuCl3・H2Oを、電極触媒白金族金属化合物として添加した。生
じた溶液を該反応温度に保持しかつCOWLES高速分散機を用いて撹拌する一方、3
ミクロンニッケル粉末(Aldrich)を添加した。この混合物を高められた該温度
にて所望の接触時間撹拌した後、生じたRu被覆ニッケル粉末を濾紙上に集め、
90℃にて数時間乾燥し、そして秤量した。この粉末中のRuの量を、X線蛍光
を用いて決定した。表Iは、変数および結果を列挙する。
Examples 1-3 : Preparation of catalyst powder with metal particulates Porous coating solutions were prepared using PdCl 2 as palladium promoter and 0.5N-HCl as acid. The solution was heated to reaction temperature and stirred continuously. RuCl 3 .H 2 O was added as an electrocatalyst platinum group metal compound. The resulting solution was maintained at the reaction temperature and stirred using a COWLES high speed disperser while 3
Micron nickel powder (Aldrich) was added. After stirring this mixture at the elevated temperature for the desired contact time, the resulting Ru-coated nickel powder was collected on a filter paper,
It was dried at 90 ° C. for several hours and weighed. The amount of Ru in this powder was determined using X-ray fluorescence. Table I lists variables and results.

【0047】[0047]

【表1】 [Table 1]

【0048】実施例4〜6 : 粒子状物質として金属/金属酸化物の凝集物を有する触媒粉末
の製造 パラジウム促進剤としてPdCl2をおよび酸として0.5N−HClを用い
て、多孔質被膜用溶液を製造した。この溶液を、反応温度に加熱しかつ連続的に
撹拌した。RuO2を、白金族金属酸化物として添加した。生じた溶液を該反応
温度に保持しかつ3000rpmにて操作されるCOWLES高速分散機を用いて撹拌
する一方、3ミクロンニッケル粉末(Aldrich)を添加した。次いで、RuCl3 ・H2Oを電極触媒白金族金属化合物として添加した。この混合物を高められた
該温度にて所望の接触時間撹拌した後、生じたRu被覆ニッケル粉末を乾燥し、
そして秤量した。この粉末中のRuの量を、X線蛍光を用いて決定した。表II
は、変数および結果を列挙する。
Examples 4-6 : Preparation of catalyst powders with metal / metal oxide agglomerates as particulate matter PdCl 2 as palladium promoter and 0.5N-HCl as acid, for porous coatings. A solution was prepared. The solution was heated to reaction temperature and stirred continuously. RuO 2 was added as a platinum group metal oxide. The resulting solution was held at the reaction temperature and stirred using a COWLES high speed disperser operating at 3000 rpm, while 3 micron nickel powder (Aldrich) was added. Then, RuCl 3 .H 2 O was added as an electrocatalyst platinum group metal compound. After stirring this mixture at the elevated temperature for the desired contact time, the resulting Ru-coated nickel powder is dried,
And weighed. The amount of Ru in this powder was determined using X-ray fluorescence. Table II
Enumerates variables and results.

【0049】[0049]

【表2】 [Table 2]

【0050】実施例7〜9 − 金属粒子状物質を有するカソードの製造 米国特許第4,061,802号に記載された手順に従って、5インチ×6イ
ンチ(12.7cm×15.24cm)の板を無電解ニッケルメッキした。次い
で、この板に、分散媒とそれに分散されたRu被覆ニッケル粉末(Ru=3.1
パーセント)との混合物を吹き付けた。吹付け用該混合物中の粉末重量パーセン
トは、約10パーセントであった。該分散媒中の白金族金属酸化物前駆体はRu
Cl3であり、該分散媒中のバルブ金属酸化物前駆体化合物はチタンイソプロポ
キシドであった。該分散媒中の溶媒はメタノールおよび2−プロパノールの組合
わせであり、アルカリ性溶液に可溶な化合物は塩化アルミニウムまたは塩化亜鉛
であり、そしてpHを調整するために用いられる酸は用いられた場合はHClガ
スであった。
Examples 7-9-Preparation of Cathode with Metallic Particulates A 5 inch x 6 inch (12.7 cm x 15.24 cm) plate according to the procedure described in US Pat. No. 4,061,802. Electroless nickel plated. Then, on this plate, a dispersion medium and Ru-coated nickel powder (Ru = 3.1) dispersed therein.
%) And sprayed the mixture. The weight percentage of powder in the spray mixture was about 10 percent. The platinum group metal oxide precursor in the dispersion medium is Ru
Cl 3 and the valve metal oxide precursor compound in the dispersion medium was titanium isopropoxide. The solvent in the dispersion medium is a combination of methanol and 2-propanol, the compound soluble in the alkaline solution is aluminum chloride or zinc chloride, and the acid used to adjust the pH is It was HCl gas.

【0051】 吹き付けられた試料を90℃にて20分間乾燥し、そして490℃にて60分
間ベーキングした。この試料のX線蛍光を、基材上の金属の充填量を決定するた
めに用いた。表IIIは、パラメーターおよび結果を列挙する。
The sprayed samples were dried at 90 ° C. for 20 minutes and baked at 490 ° C. for 60 minutes. The X-ray fluorescence of this sample was used to determine the loading of metal on the substrate. Table III lists the parameters and results.

【0052】[0052]

【表3】 [Table 3]

【0053】実施例10〜13 − 金属/金属酸化物の凝集物粒子状物質を有するカソード
の製造 米国特許第4,061,802号に記載された手順に従って、5インチ×6イ
ンチ(12.7cm×15.24cm)の板を無電解ニッケルメッキした。次い
で、この板に、分散媒とそれに分散されたRu/RuO2被覆ニッケル粉末(R
u=25.86パーセント)との混合物を吹き付けた。吹付け用該混合物中の粉
末重量パーセントは、約10パーセントである。該分散媒は、白金族金属酸化物
前駆体として2.37重量パーセントのRuCl3・H2O、バルブ金属酸化物前
駆体として2.87重量パーセントのチタンイソプロポキシド、溶媒として8.
86重量パーセントのメタノールおよび83.80重量パーセントの2−プロパ
ノール、並びにアルカリ性溶液に可溶な化合物として2.10重量パーセントの
AlCl3・6H2Oを含む。
Examples 10-13 Preparation of Cathodes with Metal / Metal Oxide Aggregate Particulate Matter According to the procedure described in US Pat. No. 4,061,802, 5 inches by 6 inches (12.7 cm). X 15.24 cm) plate was electroless nickel plated. Then, a dispersion medium and Ru / RuO 2 coated nickel powder (R
u = 25.86 percent). The weight percentage of powder in the mixture for spraying is about 10 percent. The dispersion medium is 2.37 weight percent RuCl 3 .H 2 O as a platinum group metal oxide precursor, 2.87 weight percent titanium isopropoxide as a valve metal oxide precursor, and 8. as a solvent.
86 weight percent methanol and 83.80 weight percent 2-propanol, as well as AlCl 3 · 6H 2 O of 2.10 wt% as soluble compounds in an alkaline solution.

【0054】 吹き付けられた試料を90℃にて20分間乾燥し、そして490℃にて60分
間ベーキングした。この試料のX線蛍光を、基材上の金属の充填量を決定するた
めに用いた。表IVは、パラメーターおよび結果を列挙する。
The sprayed samples were dried at 90 ° C. for 20 minutes and baked at 490 ° C. for 60 minutes. The X-ray fluorescence of this sample was used to determine the loading of metal on the substrate. Table IV lists the parameters and results.

【0055】[0055]

【表4】 [Table 4]

【0056】実施例14〜16 − 第2強化層を有する電極の製造 上記の実施例7〜9からの試料を、次の工程によりNi−Pの第2強化層で被
覆する。 板を次の溶液の混合物中に5分間周囲温度にて浸漬した。すなわち、25cc
の、メタノール中の0.01M−(NH42PdCl4、50ccの、メタノー
ル中の0.1Mポリ(4−ビニルピリジン)、および425ccのメタノール。
次いで、これらの被覆板を、水平姿勢で90℃にて乾燥した。これらの浸漬およ
び乾燥の工程を繰り返した。
Examples 14-16-Preparation of Electrodes with Second Reinforcement Layer The samples from Examples 7-9 above are coated with a second reinforcement layer of Ni-P by the following steps. The plate was immersed in a mixture of the following solutions for 5 minutes at ambient temperature. That is, 25 cc
Of, in methanol 0.01M- of (NH 4) 2 PdCl 4, 50cc, 0.1M poly (4-vinylpyridine) in methanol, and 425cc methanol.
Then, these coated plates were dried at 90 ° C. in a horizontal position. These dipping and drying steps were repeated.

【0057】 その後、これらの被覆板をプラスチック製水平容器中に、該板のネジ山を該容
器の底の嵌合部に嵌合させて置いた。該容器を最初にpH=2.95における3
6g/lのNaH2PO2・H2Oを含有する水溶液で5〜10分間満たして、P
d(II)をPd°に還元した。次いで、溶液を流し出し、そして次いで500
mlの無電解ニッケルメッキ溶液を容器に添加しそして無電解メッキを20分間
行った。該無電解メッキ溶液の組成は、次のとおりである。すなわち、
Thereafter, these coated plates were placed in a plastic horizontal container with the screw threads of the plate fitted to the fitting part at the bottom of the container. The vessel was first charged with 3 at pH = 2.95.
It meets 5-10 minutes with an aqueous solution containing NaH 2 PO 2 · H 2 O of 6 g / l, P
d (II) was reduced to Pd °. The solution is then poured out and then 500
ml electroless nickel plating solution was added to the vessel and electroless plating was performed for 20 minutes. The composition of the electroless plating solution is as follows. That is,

【0058】 NiCl2・6H2O 17.4g/l クエン酸ナトリウム 30.24g/l NaH2PO2・H2O 25.2g/l NH4Cl 21.26g/l NH4OH pH=8.8になるまで添加NiCl 2 .6H 2 O 17.4 g / l sodium citrate 30.24 g / l NaH 2 PO 2 .H 2 O 25.2 g / l NH 4 Cl 21.26 g / l NH 4 OH pH = 8. Add until 8

【0059】 実施例4(実施例7)、実施例5(実施例8)および実施例6(実施例9)に
ついての重量増加は、それぞれ2.63mg/cm2、3.26mg/cm2およ
び2.69mg/cm2であった。
The weight gains for Example 4 (Example 7), Example 5 (Example 8) and Example 6 (Example 9) are 2.63 mg / cm 2 , 3.26 mg / cm 2 and It was 2.69 mg / cm 2 .

【0060】 水素電位を測定するために、板をニッケル棒に連結し、そして高められた温度
における苛性アルカリ浴中に置いた。ニッケル棒に溶接された白金板を、アノー
ドとして用いた。1平方インチ当たり0.46アンペア(ASI)、1.0AS
Iおよび/または1.09ASIの電流密度を、整流器からカソード試料および
アノードに印加した。Hg/HgO参照電極と共にLUGGINプローブを用いて、カ
ソードの電位を測定した。パラメーターおよび結果を、表Vに列挙した。
To measure the hydrogen potential, the plate was connected to a nickel rod and placed in a caustic bath at elevated temperature. A platinum plate welded to a nickel rod was used as the anode. 0.46 amps per square inch (ASI), 1.0 AS
A current density of I and / or 1.09 ASI was applied to the cathode sample and anode from the rectifier. The cathode potential was measured using a LUGGIN probe with a Hg / HgO reference electrode. The parameters and results are listed in Table V.

【0061】[0061]

【表5】 [Table 5]

【0062】実施例17〜20 − 第2強化層を有する電極の製造 上記の実施例10〜13からの試料を、次の工程によりNi−Pの第2強化層
で被覆した。
Examples 17-20-Preparation of Electrodes with Second Reinforcement Layer The samples from Examples 10-13 above were coated with a second reinforcement layer of Ni-P by the following steps.

【0063】 開始操作を、0.8〜0.9アンペアにて周囲温度において2〜3分間行った
。次いで、板を無電解メッキ溶液中に20〜30分間置いた。該無電解メッキ溶
液の組成は、次のとおりである。すなわち、 NiCl2・6H2O 17.4g/l クエン酸ナトリウム 30.24g/l NaH2PO2・H2O 25.2g/l NH4Cl 21.26g/l NH4OH pH=8.8になるまで添加
The starting operation was carried out at ambient temperature for 2-3 minutes at 0.8-0.9 amps. The plate was then placed in the electroless plating solution for 20-30 minutes. The composition of the electroless plating solution is as follows. That is, NiCl 2 .6H 2 O 17.4 g / l sodium citrate 30.24 g / l NaH 2 PO 2 .H 2 O 25.2 g / l NH 4 Cl 21.26 g / l NH 4 OH pH = 8.8 Add until

【0064】 実施例10(実施例17)、実施例11(実施例18)、実施例12(実施例
19)および実施例13(実施例20)についての重量増加は、それぞれ0.5
50g、0.578g、0.683gおよび0.489gである。
The weight gains for Example 10 (Example 17), Example 11 (Example 18), Example 12 (Example 19) and Example 13 (Example 20) were each 0.5.
50 g, 0.578 g, 0.683 g and 0.489 g.

【0065】実施例20〜23 − 水素電位測定 実施例17〜20において製造された板について水素電位を測定するために、
該板をニッケル棒に連結し、そして70℃における11.75パーセント苛性ア
ルカリ浴中に置いた。ニッケル棒に溶接された白金板を、アノードとして用いた
。0.46ASIの電流密度を、整流器からカソード板およびアノードに印加し
た。カソードの電位を、Hg/HgO参照電極に対して、LUGGINプローブを用い
て測定した。実施例17(実施例20)、実施例18(実施例21)、実施例1
9(実施例22)および実施例20(実施例23)についての水素電位測定値は
、それぞれ−0.956ボルト、−0.960ボルト、−0.949ボルトおよ
び−0.956ボルトである。
Examples 20-23- Measurement of Hydrogen Potential To measure the hydrogen potential of the plates produced in Examples 17-20,
The plate was connected to a nickel rod and placed in an 11.75 percent caustic bath at 70 ° C. A platinum plate welded to a nickel rod was used as the anode. A current density of 0.46 ASI was applied from the rectifier to the cathode plate and anode. The cathode potential was measured with a LUGGIN probe against a Hg / HgO reference electrode. Example 17 (Example 20), Example 18 (Example 21), Example 1
The hydrogen potential measurements for 9 (Example 22) and Example 20 (Example 23) are -0.956 Volt, -0.960 Volt, -0.949 Volt and -0.956 Volt, respectively.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 図1は、本発明の触媒粉末粒子の拡大横断面図である。[Figure 1]   FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of catalyst powder particles of the present invention.

【図2】 図2は、本発明の電極の一部の拡大横断面図である。[Fig. 2]   FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a part of the electrode of the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT, AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,BZ,C A,CH,CN,CR,CZ,DE,DK,DM,DZ ,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM, HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,K G,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU ,LV,MA,MD,MG,MK,MN,MW,MX, MZ,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,S E,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT ,TZ,UA,UG,US,UZ,YU,ZA,ZW Fターム(参考) 4K011 AA04 AA05 AA06 AA11 AA20 AA22 AA30 AA31 AA32 AA34 AA35 AA52 DA02 4K018 BA01 BA02 BA04 BA11 BA13 BA17 BA20 BB04 BC15 BC21 KA37 4K044 AA02 AA03 BA06 BA08 BA12 BB13 CA11 CA15 CA24 CA29 CA53 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ , CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, K E, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ, UG , ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, BZ, C A, CH, CN, CR, CZ, DE, DK, DM, DZ , EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, K G, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU , LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, S E, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT , TZ, UA, UG, US, UZ, YU, ZA, ZW F-term (reference) 4K011 AA04 AA05 AA06 AA11 AA20                       AA22 AA30 AA31 AA32 AA34                       AA35 AA52 DA02                 4K018 BA01 BA02 BA04 BA11 BA13                       BA17 BA20 BB04 BC15 BC21                       KA37                 4K044 AA02 AA03 BA06 BA08 BA12                       BB13 CA11 CA15 CA24 CA29                       CA53

Claims (27)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 触媒粉末であって、 遷移金属またはその合金を含んでなる複数個の支持体金属粒子、および 該金属粒子を取り囲む多孔質被膜 を含み、しかも該多孔質被膜が電極触媒金属連続相を含んでなる触媒粉末。1. A catalyst powder comprising: A plurality of support metal particles comprising a transition metal or an alloy thereof, and Porous coating surrounding the metal particles And a catalyst powder containing the electrocatalyst metal continuous phase, wherein the porous coating further comprises 【請求項2】 多孔質被膜が更に、電極触媒金属連続相との混合状態の粒子
状物質を含む、請求の範囲第1項の触媒粉末。
2. The catalyst powder according to claim 1, wherein the porous coating further contains a particulate material in a mixed state with the electrocatalyst metal continuous phase.
【請求項3】 多孔質被膜における電極触媒金属が、ルテニウム、イリジウ
ム、オスミウム、白金、パラジウム、ロジウム、レニウムまたはそれらの合金で
ある、請求の範囲第1項の粉末。
3. The powder according to claim 1, wherein the electrocatalyst metal in the porous coating is ruthenium, iridium, osmium, platinum, palladium, rhodium, rhenium or an alloy thereof.
【請求項4】 多孔質被膜中の粒子状物質が、酸化レニウム、酸化テクネチ
ウム、酸化モリブデン、酸化クロム、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化タン
タル、酸化マンガン、酸化鉛である、請求の範囲第2項の粉末。
4. The particulate matter in the porous coating is rhenium oxide, technetium oxide, molybdenum oxide, chromium oxide, niobium oxide, tungsten oxide, tantalum oxide, manganese oxide, lead oxide. Powder.
【請求項5】 支持体金属粒子が、ニッケル、コバルト、鉄、鋼、ステンレ
ス鋼または銅である、請求の範囲第1項の粉末。
5. The powder according to claim 1, wherein the support metal particles are nickel, cobalt, iron, steel, stainless steel or copper.
【請求項6】 支持体金属粒子が、0.2から20.0ミクロンの平均直径
を有する、請求の範囲第5項の粉末。
6. A powder according to claim 5, wherein the support metal particles have an average diameter of 0.2 to 20.0 microns.
【請求項7】 電極であって、 導電性金属基材、および 触媒粉末が分散されているマトリックスを含んでなる第1層 を含み、しかも該マトリックスが白金族金属酸化物または白金族金属酸化物とバ
ルブ金属酸化物との混合物を含んでなり、該触媒粉末が多孔質被膜で覆われた支
持体金属粒子を含んでなり、該多孔質被膜が電極触媒金属を含んでなる電極。
7. An electrode comprising a first layer comprising a conductive metal substrate and a matrix having a catalyst powder dispersed therein, the matrix comprising a platinum group metal oxide or a platinum group metal oxide. And a valve metal oxide, wherein the catalyst powder comprises support metal particles covered with a porous coating, the porous coating comprising an electrocatalytic metal.
【請求項8】 多孔質被膜が更に、電極触媒金属との混合状態の粒子状物質
を含む、請求の範囲第7項の電極。
8. The electrode of claim 7, wherein the porous coating further comprises particulate matter in admixture with the electrocatalytic metal.
【請求項9】 導電性金属基材が、ニッケル、鉄、鋼、ステンレス鋼、コバ
ルト、銅または銀である、請求の範囲第7項の電極。
9. The electrode according to claim 7, wherein the conductive metal substrate is nickel, iron, steel, stainless steel, cobalt, copper or silver.
【請求項10】 触媒粉末中の支持体金属粒子が、ニッケル、コバルト、鉄
、鋼、ステンレス鋼または銅である、請求の範囲第7項の電極。
10. The electrode according to claim 7, wherein the support metal particles in the catalyst powder are nickel, cobalt, iron, steel, stainless steel or copper.
【請求項11】 第1層の多孔質被膜における電極触媒金属が、ルテニウム
、イリジウム、ロジウム、オスミウム、白金、パラジウム、レニウムまたはそれ
らの混合物である、請求の範囲第7項の電極。
11. The electrode according to claim 7, wherein the electrocatalytic metal in the porous coating film of the first layer is ruthenium, iridium, rhodium, osmium, platinum, palladium, rhenium or a mixture thereof.
【請求項12】 第1層の多孔質被膜中の粒子状物質が、白金族金属酸化物
、酸化レニウム、酸化テクネチウム、酸化モリブデン、酸化クロム、酸化ニオブ
、酸化タングステン、酸化タンタル、酸化マンガンおよび酸化鉛から成る群から
選択された金属酸化物粒子状物質である、請求の範囲第8項の電極。
12. The particulate matter in the porous coating of the first layer comprises platinum group metal oxide, rhenium oxide, technetium oxide, molybdenum oxide, chromium oxide, niobium oxide, tungsten oxide, tantalum oxide, manganese oxide and oxides. 9. The electrode of claim 8 which is a metal oxide particulate material selected from the group consisting of lead.
【請求項13】 マトリックス中の白金族金属酸化物が、酸化ルテニウム、
酸化イリジウム、酸化オスミウム、酸化白金、酸化パラジウムまたはそれらの混
合物であり、そしてマトリックス中のバルブ金属酸化物が、酸化チタン、酸化ジ
ルコニウム、酸化タンタル、酸化タングステン、酸化ニオブ、酸化ビスマスまた
はそれらの混合物である、請求の範囲第7項の電極。
13. The platinum group metal oxide in the matrix is ruthenium oxide,
Iridium oxide, osmium oxide, platinum oxide, palladium oxide or a mixture thereof, and the valve metal oxide in the matrix is titanium oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, tungsten oxide, niobium oxide, bismuth oxide or a mixture thereof. The electrode according to claim 7, wherein
【請求項14】 遷移金属またはその合金から本質的に成る第2強化層を更
に含む、請求の範囲第7項の電極。
14. The electrode of claim 7, further comprising a second reinforcing layer consisting essentially of a transition metal or alloy thereof.
【請求項15】 遷移金属またはその合金が、ニッケル、コバルト、銅、ま
たはそれらとリン、ホウ素もしくは硫黄との合金である、請求の範囲第14項の
電極。
15. The electrode according to claim 14, wherein the transition metal or its alloy is nickel, cobalt, copper, or an alloy thereof with phosphorus, boron or sulfur.
【請求項16】 電極を作製する方法であって、 触媒粉末を形成する工程、 該触媒粉末を分散媒と混合して混合物を形成させる工程、 該混合物を導電性金属基材に施用して被覆基材を形成させる工程、および 該被覆基材を酸素の存在下でベーキングする工程 を含む上記方法。16. A method of making an electrode, comprising: Forming a catalyst powder, Mixing the catalyst powder with a dispersion medium to form a mixture, Applying the mixture to a conductive metal substrate to form a coated substrate, and Baking the coated substrate in the presence of oxygen The above method comprising. 【請求項17】 粒子状物質との混合状態の電極触媒金属を含んでなる多孔
質被膜で複数個の支持体金属粒子を覆うことにより、触媒粉末を形成する、請求
の範囲第16項の方法。
17. The method according to claim 16, wherein the catalyst powder is formed by covering a plurality of support metal particles with a porous coating film containing an electrode catalyst metal in a mixed state with a particulate matter. .
【請求項18】 多孔質被膜を、非電解的還元析出法、電着法または焼結法
により形成する、請求の範囲第17項の方法。
18. The method according to claim 17, wherein the porous coating film is formed by a non-electrolytic reduction deposition method, an electrodeposition method or a sintering method.
【請求項19】 多孔質被膜中の電極触媒金属が、ルテニウム、イリジウム
、ロジウム、オスミウム、白金、パラジウムまたはそれらの混合物である、請求
の範囲第17項の方法。
19. The method of claim 17, wherein the electrocatalytic metal in the porous coating is ruthenium, iridium, rhodium, osmium, platinum, palladium or mixtures thereof.
【請求項20】 多孔質被膜中の粒子状物質が、白金族金属酸化物、酸化レ
ニウム、酸化テクネチウム、酸化モリブデン、酸化クロム、酸化ニオブ、酸化タ
ングステン、酸化タンタル、酸化マンガン、酸化鉛およびそれらの混合物から成
る群から選択された金属酸化物粒子状物質である、請求の範囲第17項の方法。
20. The particulate material in the porous coating is a platinum group metal oxide, rhenium oxide, technetium oxide, molybdenum oxide, chromium oxide, niobium oxide, tungsten oxide, tantalum oxide, manganese oxide, lead oxide and their compounds. 18. The method of claim 17 which is a metal oxide particulate material selected from the group consisting of mixtures.
【請求項21】 溶媒吹付け、静電吹付け、プラズマ溶射または溶融吹付け
を用いて、施用工程を遂行する、請求の範囲第16項の方法。
21. The method of claim 16 wherein the application step is performed using solvent spraying, electrostatic spraying, plasma spraying or melt spraying.
【請求項22】 分散媒が、白金族金属酸化物前駆体とバルブ金属酸化物前
駆体との混合物を含んでなる、請求の範囲第16項の方法。
22. The method of claim 16, wherein the dispersion medium comprises a mixture of a platinum group metal oxide precursor and a valve metal oxide precursor.
【請求項23】 白金族金属酸化物前駆体が、塩化ルテニウムであり、そし
てバルブ金属酸化物前駆体が、チタンアルコキシド、タンタルアルコキシド、ジ
ルコニウムアセチルアセトネートまたはニオブアルコキシドである、請求の範囲
第22項の方法。
23. The platinum metal oxide precursor is ruthenium chloride and the valve metal oxide precursor is a titanium alkoxide, tantalum alkoxide, zirconium acetylacetonate or niobium alkoxide. the method of.
【請求項24】 分散媒が更に、塩化アルミニウムまたは塩化亜鉛を含む、
請求の範囲第22項の方法。
24. The dispersion medium further comprises aluminum chloride or zinc chloride.
23. The method of claim 22.
【請求項25】 分散媒が更に、メタノール、エタノール、1−プロパノー
ル、2−プロパノール、ブタノールおよびそれらの混合物から成る群から選択さ
れた溶媒を含む、請求の範囲第24項の方法。
25. The method of claim 24, wherein the dispersion medium further comprises a solvent selected from the group consisting of methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, butanol and mixtures thereof.
【請求項26】 被覆基材を遷移金属または遷移金属合金でメッキして強化
層を形成させる工程を更に含む、請求の範囲第16項の方法。
26. The method of claim 16 further comprising the step of plating the coated substrate with a transition metal or transition metal alloy to form a reinforcing layer.
【請求項27】 遷移金属が、ニッケル、コバルト、銅、またはそれらとリ
ン、ホウ素もしくは硫黄との合金である、請求の範囲第26項の方法。
27. The method of claim 26, wherein the transition metal is nickel, cobalt, copper, or an alloy thereof with phosphorus, boron or sulfur.
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