JP2863831B2 - 金−イオン交換膜接合体の製造方法 - Google Patents
金−イオン交換膜接合体の製造方法Info
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- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、陽イオン交換膜の
表面に金を接合した金−イオン交換膜接合体の製造方法
に関する。
表面に金を接合した金−イオン交換膜接合体の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】触媒金属とイオン交換膜との接合体は、
固体高分子電解質を用いる水、ハロゲン酸、ハロゲン化
物などの電解装置、燃料電池などの分野で使用されてい
る。
固体高分子電解質を用いる水、ハロゲン酸、ハロゲン化
物などの電解装置、燃料電池などの分野で使用されてい
る。
【０００３】これらの電気化学プロセスに用いられる触
媒金属−イオン交換膜接合体は、主に白金族金属とイオ
ン交換膜との接合体である。特に、強酸性である過フル
オロカーボンスルホン酸型陽イオン交換膜を用いる装置
においては、高度の化学的安定性と耐久性とが求められ
るので、貴金属とある種の金属酸化物のみが電極触媒と
して使用可能である。
媒金属−イオン交換膜接合体は、主に白金族金属とイオ
ン交換膜との接合体である。特に、強酸性である過フル
オロカーボンスルホン酸型陽イオン交換膜を用いる装置
においては、高度の化学的安定性と耐久性とが求められ
るので、貴金属とある種の金属酸化物のみが電極触媒と
して使用可能である。
【０００４】白金族金属とイオン交換膜とからなる接合
体としては、例えば、Pt/M/Pt、Pt/M/Rh、Pt/M/Pt-Ir、Pd/
M/Pt（Mは、膜を表す）などが知られており、その製造
方法は、湿式法と乾式法とに大別される。より具体的
に、湿式法としては、浸透法（特公昭５６−３６８７３
号公報など参照）および吸着還元・成長法（特公昭５８
−４７４７１号公報、特公昭５９−３３６６７号公報、
特公平２−２０７０９号公報など参照）が、また乾式法
としては、ホットプレス法（特開昭５２−７８７８８号
公報など参照）が知られており、すでに実用に耐える白
金族金属−イオン交換膜接合体が得られている。
体としては、例えば、Pt/M/Pt、Pt/M/Rh、Pt/M/Pt-Ir、Pd/
M/Pt（Mは、膜を表す）などが知られており、その製造
方法は、湿式法と乾式法とに大別される。より具体的
に、湿式法としては、浸透法（特公昭５６−３６８７３
号公報など参照）および吸着還元・成長法（特公昭５８
−４７４７１号公報、特公昭５９−３３６６７号公報、
特公平２−２０７０９号公報など参照）が、また乾式法
としては、ホットプレス法（特開昭５２−７８７８８号
公報など参照）が知られており、すでに実用に耐える白
金族金属−イオン交換膜接合体が得られている。
【０００５】一方、金は、白金族金属とは異なる特有の
触媒特性を有しているので、密着性に優れた金−イオン
交換膜接合体を得ることができれば、有機電解、回収CO
2の還元による有用物質の合成など環境化学などの分野
での広い応用が期待される。金−イオン交換膜接合体の
作製方法としては、陰イオンである塩化金酸イオン（Au
Cl4 -）とアルカリ性のヒドラジン水溶液を用いた浸透法
が知られている（Electrochim. Acta.，31, 193（198
6））が、さらに膜と金層との接触面積の大きい金−イ
オン交換膜接合体を作製することができれば、十分な活
性表面積と密着性とが得られ、各種電解反応の効率およ
び接合体の耐久性の向上が実現できる可能性がある。
触媒特性を有しているので、密着性に優れた金−イオン
交換膜接合体を得ることができれば、有機電解、回収CO
2の還元による有用物質の合成など環境化学などの分野
での広い応用が期待される。金−イオン交換膜接合体の
作製方法としては、陰イオンである塩化金酸イオン（Au
Cl4 -）とアルカリ性のヒドラジン水溶液を用いた浸透法
が知られている（Electrochim. Acta.，31, 193（198
6））が、さらに膜と金層との接触面積の大きい金−イ
オン交換膜接合体を作製することができれば、十分な活
性表面積と密着性とが得られ、各種電解反応の効率およ
び接合体の耐久性の向上が実現できる可能性がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、密
着性に優れ、接触抵抗および表面抵抗の小さい金−イオ
ン交換膜接合体の製造方法を提供することを主な目的と
する。
着性に優れ、接触抵抗および表面抵抗の小さい金−イオ
ン交換膜接合体の製造方法を提供することを主な目的と
する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決するために鋭意研究を重ねた結果、ジエチレンジ
アミン金（III）塩化物（[Au(en)2]Cl3；以下において
は、「ジエチレンジアミン金（III）塩化物」を単に
「金（III）エチレンジアミン錯体」或いは「金錯体」
ということがある）が、陽イオン交換膜に対する吸着性
に非常に優れていることを見出した。また、陽イオン交
換膜に吸着されたこの金錯体について、従来から公知の
種々の還元剤の作用を検討した結果、密着性、純度およ
び各種電極特性に優れた金層を析出させるためには、水
素化ホウ素塩やアスコルビン酸或いはその塩などによる
還元が好適であり、還元後の膜中における未反応の金錯
体の残存量も少ないことを見出した。
を解決するために鋭意研究を重ねた結果、ジエチレンジ
アミン金（III）塩化物（[Au(en)2]Cl3；以下において
は、「ジエチレンジアミン金（III）塩化物」を単に
「金（III）エチレンジアミン錯体」或いは「金錯体」
ということがある）が、陽イオン交換膜に対する吸着性
に非常に優れていることを見出した。また、陽イオン交
換膜に吸着されたこの金錯体について、従来から公知の
種々の還元剤の作用を検討した結果、密着性、純度およ
び各種電極特性に優れた金層を析出させるためには、水
素化ホウ素塩やアスコルビン酸或いはその塩などによる
還元が好適であり、還元後の膜中における未反応の金錯
体の残存量も少ないことを見出した。
【０００８】すなわち、本発明は、下記の金−イオン交
換膜接合体の製造方法を提供するものである； １．陽イオン交換膜に陽イオン性の金エチレンジアミン
錯体をイオン交換吸着させた後、還元剤水溶液に浸漬し
て膜表面に金を析出させることを特徴とする金−イオン
交換膜接合体の製造方法。
換膜接合体の製造方法を提供するものである； １．陽イオン交換膜に陽イオン性の金エチレンジアミン
錯体をイオン交換吸着させた後、還元剤水溶液に浸漬し
て膜表面に金を析出させることを特徴とする金−イオン
交換膜接合体の製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明で使用する金（III）エチ
レンジアミン錯体は、J. Am. Chem. Soc., 73, 4722(19
51) に記載されており、容易に合成および単離でき、ま
た水溶液中でも比較的安定である。
レンジアミン錯体は、J. Am. Chem. Soc., 73, 4722(19
51) に記載されており、容易に合成および単離でき、ま
た水溶液中でも比較的安定である。
【００１０】本発明においては、まず陽イオン交換膜
（例えば、過フルオロカーボンスルホン酸型の陽イオン
交換膜；以下においては、「陽イオン交換膜」を単に
「イオン交換膜」ということがある）に金（III）エチ
レンジアミン錯体をイオン交換吸着させる。この吸着操
作により、金（III）エチレンジアミン錯体は、イオン
交換膜中の陽イオンとイオン交換され、イオン交換膜中
に取り込まれる（吸着過程）。
（例えば、過フルオロカーボンスルホン酸型の陽イオン
交換膜；以下においては、「陽イオン交換膜」を単に
「イオン交換膜」ということがある）に金（III）エチ
レンジアミン錯体をイオン交換吸着させる。この吸着操
作により、金（III）エチレンジアミン錯体は、イオン
交換膜中の陽イオンとイオン交換され、イオン交換膜中
に取り込まれる（吸着過程）。
【００１１】吸着操作は、通常、濃度10-4〜10-1mol/l
程度（より好ましくは10-3〜10-2mol/l程度）、温度10
〜80℃程度（より好ましくは20〜40℃程度）、ｐＨ2〜1
0程度（より好ましくはpH3〜5程度）の金錯体の水溶液
にイオン交換膜を浸漬して、行う。金（III）エチレン
ジアミン錯体の陽イオン交換膜への吸着速度は非常に速
く、通常温度25℃で約2時間の浸漬により、理論吸着量
（金の重量として0.8mg/cm2）に達する。もちろん、そ
れ以上の時間、例えば、一晩浸漬した状態で放置しても
良く、或いは撹拌下に浸漬しても差し支えない。
程度（より好ましくは10-3〜10-2mol/l程度）、温度10
〜80℃程度（より好ましくは20〜40℃程度）、ｐＨ2〜1
0程度（より好ましくはpH3〜5程度）の金錯体の水溶液
にイオン交換膜を浸漬して、行う。金（III）エチレン
ジアミン錯体の陽イオン交換膜への吸着速度は非常に速
く、通常温度25℃で約2時間の浸漬により、理論吸着量
（金の重量として0.8mg/cm2）に達する。もちろん、そ
れ以上の時間、例えば、一晩浸漬した状態で放置しても
良く、或いは撹拌下に浸漬しても差し支えない。
【００１２】上記の様にして、金錯体の吸着操作を終え
たイオン交換膜を水洗した後、還元剤水溶液で処理する
ことにより、金の触媒層を形成させる（還元過程）。
たイオン交換膜を水洗した後、還元剤水溶液で処理する
ことにより、金の触媒層を形成させる（還元過程）。
【００１３】還元剤としては、水素化ホウ素ナトリウ
ム、水素化ホウ素カリウムなどの水素化ホウ素塩、アス
コルビン酸、アスコルビン酸ナトリウムなどの塩類の少
なくとも１種を使用する。イオン交換膜表面に金層を析
出させるためには、初期に析出した金層上で膜内の金錯
体と外部の還元剤とが最適条件下に拡散し、金層を連続
的に成長させる必要がある。このためには、還元剤とし
ては、陽イオン交換膜に対する吸着性のない陰イオン性
のもので、適切な還元力を有するものが適している。ま
た、吸着種として用いた金錯体の膜中の拡散速度と還元
剤の膜への透過度とが適当な範囲内にあることも重要な
要素である。この様な要件を充足するには、還元操作に
おいて、還元剤濃度、温度、pHなどの処理条件を適切に
調整することが重要である。本発明においては、還元剤
濃度を10-4〜10-1mol/l程度（より好ましくは10-3〜10
-2mol/l程度）、温度を20〜90℃程度（より好ましくは4
0〜80℃程度）、pH2〜10程度（より好ましくは3〜9程
度）として、上記の還元処理を行う。
ム、水素化ホウ素カリウムなどの水素化ホウ素塩、アス
コルビン酸、アスコルビン酸ナトリウムなどの塩類の少
なくとも１種を使用する。イオン交換膜表面に金層を析
出させるためには、初期に析出した金層上で膜内の金錯
体と外部の還元剤とが最適条件下に拡散し、金層を連続
的に成長させる必要がある。このためには、還元剤とし
ては、陽イオン交換膜に対する吸着性のない陰イオン性
のもので、適切な還元力を有するものが適している。ま
た、吸着種として用いた金錯体の膜中の拡散速度と還元
剤の膜への透過度とが適当な範囲内にあることも重要な
要素である。この様な要件を充足するには、還元操作に
おいて、還元剤濃度、温度、pHなどの処理条件を適切に
調整することが重要である。本発明においては、還元剤
濃度を10-4〜10-1mol/l程度（より好ましくは10-3〜10
-2mol/l程度）、温度を20〜90℃程度（より好ましくは4
0〜80℃程度）、pH2〜10程度（より好ましくは3〜9程
度）として、上記の還元処理を行う。
【００１４】上記の還元過程において、他の還元剤、例
えばジメチルアミンボラン、ヒドラジンなどを使用する
場合には、確かに金（III）エチレンジアミン錯体は還
元されるが、本発明の所望の効果は得られない。より具
体的には、ジメチルアミンボランは、金の自己触媒反応
を促進する還元剤として知られているが、本発明で使用
すると、還元反応の調整が困難であり、イオン交換膜内
部にまで金が析出しやすくなる。ヒドラジンを使用する
場合にも、膜内部にまで浸透するので、膜表面に良好な
金被覆層が形成されず、膜内への金錯体吸着量に対する
膜表面への金の析出率は極めて低い。
えばジメチルアミンボラン、ヒドラジンなどを使用する
場合には、確かに金（III）エチレンジアミン錯体は還
元されるが、本発明の所望の効果は得られない。より具
体的には、ジメチルアミンボランは、金の自己触媒反応
を促進する還元剤として知られているが、本発明で使用
すると、還元反応の調整が困難であり、イオン交換膜内
部にまで金が析出しやすくなる。ヒドラジンを使用する
場合にも、膜内部にまで浸透するので、膜表面に良好な
金被覆層が形成されず、膜内への金錯体吸着量に対する
膜表面への金の析出率は極めて低い。
【００１５】これに対し、本発明方法は、操作上におい
ても、また得られる金−イオン交換膜接合体において
も、従来技術に比して多くの利点を有している。すなわ
ち、本発明方法では、還元反応中のpHの厳密な調整が不
必要であり、しかも短時間で還元操作が完了する。さら
に、水素化ホウ素塩および／またはアスコルビン酸或い
はその塩の水溶液による還元によりイオン交換膜表面に
形成される金層は、密着性に優れた均一な接合層であ
る。特に、アスコルビン酸塩を用いた場合には、表面抵
抗の非常に小さい金層が得られるなど、電極材料に適し
た特性が得られる。
ても、また得られる金−イオン交換膜接合体において
も、従来技術に比して多くの利点を有している。すなわ
ち、本発明方法では、還元反応中のpHの厳密な調整が不
必要であり、しかも短時間で還元操作が完了する。さら
に、水素化ホウ素塩および／またはアスコルビン酸或い
はその塩の水溶液による還元によりイオン交換膜表面に
形成される金層は、密着性に優れた均一な接合層であ
る。特に、アスコルビン酸塩を用いた場合には、表面抵
抗の非常に小さい金層が得られるなど、電極材料に適し
た特性が得られる。
【００１６】次いで、得られた金−イオン交換膜接合体
を、硫酸などの酸の水溶液および水で処理することによ
り、イオン交換膜中に残存している吸着物を除去する。
を、硫酸などの酸の水溶液および水で処理することによ
り、イオン交換膜中に残存している吸着物を除去する。
【００１７】かくして、金錯体の吸着量の95％以上が金
として膜表面に析出し、0.8mg/cm2程度、厚さ0.6μm程
度までの金層を膜表面に析出させることが可能である。
もっとも、必要ならば、金錯体の吸着量を制限すること
により、それ以下の任意の金量の接合も可能である。
として膜表面に析出し、0.8mg/cm2程度、厚さ0.6μm程
度までの金層を膜表面に析出させることが可能である。
もっとも、必要ならば、金錯体の吸着量を制限すること
により、それ以下の任意の金量の接合も可能である。
【００１８】本発明による金−イオン交換膜接合体の金
層の厚さをさらに厚くする必要がある場合には、接合体
をさらに市販の無電解金めっき液（例えば、シアン化金
カリウム、シアン化カリウムを主成分とするめっき液）
で処理することにより、金層を約4μm程度までの任意の
厚みに成長させることができる（成長過程）。
層の厚さをさらに厚くする必要がある場合には、接合体
をさらに市販の無電解金めっき液（例えば、シアン化金
カリウム、シアン化カリウムを主成分とするめっき液）
で処理することにより、金層を約4μm程度までの任意の
厚みに成長させることができる（成長過程）。
【００１９】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的
に説明する。
に説明する。
【００２０】実施例１ 50mm×40mmの過フルオロカーボンスルホン酸型陽イオン
交換膜（商標「ナフィオン117」、デュポン社製）を10
％塩酸と水でそれぞれ30分煮沸して、前処理した後、金
（III）錯体溶液（7×10-3mol/l）に浸漬し、25℃で16
時間撹拌することにより、金（III）錯体を膜中に飽和
吸着させた。
交換膜（商標「ナフィオン117」、デュポン社製）を10
％塩酸と水でそれぞれ30分煮沸して、前処理した後、金
（III）錯体溶液（7×10-3mol/l）に浸漬し、25℃で16
時間撹拌することにより、金（III）錯体を膜中に飽和
吸着させた。
【００２１】次いで、この金（III）錯体を吸着したイ
オン交換膜を水洗し、8×10-3mol/lの水素化ホウ素ナト
リウム水溶液を用いて60〜80℃で5時間還元し、陽イオ
ン交換膜表面への金の接合を行った。次いで、10%硫酸
および熱水で順次処理することにより、膜中に僅かに残
存する金錯体を除去した。
オン交換膜を水洗し、8×10-3mol/lの水素化ホウ素ナト
リウム水溶液を用いて60〜80℃で5時間還元し、陽イオ
ン交換膜表面への金の接合を行った。次いで、10%硫酸
および熱水で順次処理することにより、膜中に僅かに残
存する金錯体を除去した。
【００２２】得られた金−イオン交換膜接合体における
金層の物性を表１に示す。
金層の物性を表１に示す。
【００２３】表１に示す結果から、本発明方法によれ
ば、膜表面に約0.8mg/cm2で厚さ0.6μmの金層が形成さ
れていることが明らかである。また、金粒子の結晶子サ
イズは比較的大きく、均一な金層が膜表面に形成された
ことが明らかである。
ば、膜表面に約0.8mg/cm2で厚さ0.6μmの金層が形成さ
れていることが明らかである。また、金粒子の結晶子サ
イズは比較的大きく、均一な金層が膜表面に形成された
ことが明らかである。
【００２４】実施例２ 還元剤水溶液として2×10-3mol/lのアスコルビン酸ナト
リウム水溶液を用いる以外は実施例１と同様にして金−
イオン交換膜接合体を得た。その金層の物性を表１に示
す。
リウム水溶液を用いる以外は実施例１と同様にして金−
イオン交換膜接合体を得た。その金層の物性を表１に示
す。
【００２５】実施例１において得られた接合体と析出
量、厚さともに同程度の金層が膜表面に形成され、金粒
子の結晶子サイズが比較的大きいことが明らかである。
また、表面抵抗が小さく、外観の色にも優れているな
ど、電導性に優れた金層が均一にイオン交換膜表面に接
合されていることが明らかである。
量、厚さともに同程度の金層が膜表面に形成され、金粒
子の結晶子サイズが比較的大きいことが明らかである。
また、表面抵抗が小さく、外観の色にも優れているな
ど、電導性に優れた金層が均一にイオン交換膜表面に接
合されていることが明らかである。
【００２６】
【表１】
【００２７】注：金層の接触抵抗は、接合体5mm当たり
の値である。
の値である。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、次の様な効果が奏され
る。
る。
【００２９】（１）陽イオン交換膜と金との密着性およ
び金層の電導性に優れた金−陽イオン交換膜接合体の作
製が可能である。
び金層の電導性に優れた金−陽イオン交換膜接合体の作
製が可能である。
【００３０】（２）本発明方法により得られる金−イオ
ン交換膜接合体は、電極材料として有用である。
ン交換膜接合体は、電極材料として有用である。
【００３１】（３）本発明方法で得られた接合体上にさ
らに金層を成長させることにより、固体高分子電解質を
用いた各種電解槽での実用上の使用に耐える、触媒電極
接合体を得ることができる。
らに金層を成長させることにより、固体高分子電解質を
用いた各種電解槽での実用上の使用に耐える、触媒電極
接合体を得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C25B 1/00 - 15/08
Claims (1)
- 【請求項１】陽イオン交換膜に陽イオン性の金エチレン
ジアミン錯体をイオン交換吸着させた後、還元剤水溶液
に浸漬して膜表面に金を析出させることを特徴とする金
−イオン交換膜接合体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8185657A JP2863831B2 (ja) | 1996-06-25 | 1996-06-25 | 金−イオン交換膜接合体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8185657A JP2863831B2 (ja) | 1996-06-25 | 1996-06-25 | 金−イオン交換膜接合体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH108285A JPH108285A (ja) | 1998-01-13 |
| JP2863831B2 true JP2863831B2 (ja) | 1999-03-03 |
Family
ID=16174600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8185657A Expired - Lifetime JP2863831B2 (ja) | 1996-06-25 | 1996-06-25 | 金−イオン交換膜接合体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2863831B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10030450B4 (de) * | 1999-06-21 | 2006-11-09 | Honda Giken Kogyo K.K. | Aktive Festpolymerelektrolytmembran in einer Brennstoffzelle vom Festpolymertyp und Verfahren zu deren Herstellung, sowie deren Verwendung in einer Brennstoffzelle vom Festpolymertyp |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1069610A2 (en) * | 1990-01-08 | 2001-01-17 | Lsi Logic Corporation | Refractory metal deposition process for low contact resistivity to silicon and corresponding apparatus |
-
1996
- 1996-06-25 JP JP8185657A patent/JP2863831B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10030450B4 (de) * | 1999-06-21 | 2006-11-09 | Honda Giken Kogyo K.K. | Aktive Festpolymerelektrolytmembran in einer Brennstoffzelle vom Festpolymertyp und Verfahren zu deren Herstellung, sowie deren Verwendung in einer Brennstoffzelle vom Festpolymertyp |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH108285A (ja) | 1998-01-13 |
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