JP3539520B2 - 電解用電極膜接合体の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解装置に用いられる電解用電極膜接合体の製造方法に関するものであり、特に固体高分子電解質膜に白金をコーティングしてなる電解用電極膜接合体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電解用電極膜接合体としては、固体高分子電解質等のカチオン交換樹脂膜と電極となるべき金属とを接合させたものが広く用いられている。
【０００３】
従来電解用電極膜接合体の製造方法としては、例えば特公昭５８−４７４７１号公報に記載されているように、カチオン交換樹脂膜に白金族の金属イオンをイオン交換で吸着させてから水素化硼素塩水溶液で処理して膜の表面に金属層を析出させ、更にこの膜を金属塩とジアルキルアミンボランとを含有するアルカリ性水溶液と接触させて膜表面の金属層を成長させることが知られている。そして同公報には、金属イオンはアンミン錯イオンの形態でカチオン交換樹脂に吸着させるのが好ましい事及び金属イオンの供給源としては該金属の塩を含有するアルカリ性水溶液を用いるのが好ましい旨記載されている。
【０００４】
そこで現在、金属イオン供給源としての金属塩としては、ヘキサアンミン白金テトラクロライドやテトラアンミン白金ジクロライドが一般的に用いられている。しかしながら、これら金属塩はいずれも構造中に塩素を主成分として含んでいるため、イオン交換の過程で塩素イオンがプロトンと結びつき塩酸を多量に生成してしまう。この間の反応は、次式で示される。（式中、カチオン交換膜をＲ−ＳＯ3 Ｈで表し、金属塩としてヘキサアンミン白金ジクロライドを用いた場合を例にとる。）
【０００５】
【化１】
【０００６】
この反応は可逆であるため、右向きの反応が進行するにつれ塩酸濃度が上昇し、ついには逆向きの反応が支配的になる結果、所望のカチオン交換反応がおきにくくなってしまうという問題点が有る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これらの問題を解消できる電解用電極膜接合体の製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本出願における発明は、カチオン交換樹脂膜に白金イオンをイオン交換吸着させ、次いで還元剤を用いて該膜表面に白金金属層を析出させて電解用電極膜接合体を製造する方法において、白金イオンの供給源として白金アンミン錯イオンと水酸化物イオンからなる錯塩を用いた事を特徴とするものである。
白金イオンの供給源としてはテトラアンミン白金ジハイドロオキサイド[ Ｐｔ（ＮＨ3 ）4 ] （ＯＨ）2 またはヘキサアンミンＰｔテトラハイドロオキサイド［Ｐｔ（ＮＨ3 ）6 ］（ＯＨ）4 が好適である。
カチオン交換樹脂膜としてはスルホン酸基またはカルボン酸基を有する過フッ化炭化水素樹脂膜、例えばナフィオン膜（米国デュポン社の商品名）が用いられる。
還元剤としては、水素化硼素塩、例えばナトリウムボロハイドライドもしくはカリウムボロハイドライド等が好ましく用いられる。
カチオン交換樹脂膜に白金イオンをイオン交換吸着させ、次いで還元剤を用いて該膜表面に白金金属層を析出させた後、膜上に白金もしくは別の白金族金属からなる金属層を成長させても良い。この目的に用いる別の白金族金属としてはイリジウムが代表的である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１０】
カチオン交換樹脂膜、例えばナフィオン膜を用意し、２Ｎ−ＨＣｌ中での煮沸と水での煮沸を行ってナフィオン膜をナトリウム型からプロトン型に変換する。ついで、この膜を白金イオン供給源の白金錯塩溶液に浸漬する。この白金錯塩として塩素を含有しないものを用いる事により塩酸の発生を防止する点が本発明の最大の特徴である。この目的のための白金錯塩を構成するカチオンはテトラアンミン白金イオンもしくはヘキサアンミン白金イオン等のアンミン錯イオンが代表的であり、カウンターアニオンは強酸を生成しないものであれば良いが、水酸化物イオンが最も相応しい。アニオンに水酸化物イオンを用いることにより、白金イオンがカチオン交換樹脂膜に吸着した際に生じるプロトンと水酸化物イオンが結合して水を生じ、酸を生成することはない。従って、イオン交換による白金イオンの吸着を継続的に進行させることが可能となる。吸着によって消費された白金イオンを補充するため、必要量の上記白金錯塩を適時供給することが望ましい。イオン交換反応過程で、液中の白金濃度は0.0001〜0.1mol/lとする事が望ましい。また、反応温度は室温〜90℃の範囲で行う事が望ましい。室温以下では交換反応の進行が遅く、90℃以上ではアンモニア等の蒸発が起こりやすくなり、液濃度が変化しやすいからである。
【００１１】
こうして所望量の白金イオンを吸着させたカチオン交換樹脂膜を、水素化硼素塩水溶液をはじめとする還元剤含有液に浸漬処理すると、樹脂膜表面付近で白金金属の析出が起こり、電解用白金電極膜接合体が形成出来る。
【００１２】
必要に応じて、上記の電極接合体上に白金もしくはイリジウム等の白金族金属層を成長させても良い。金属層の成長には常法の膜形成方法を用いることが出来、例えばイリジウムのハロゲン化物及びヒドラジンを含有するメッキ浴を用いた無電解メッキによってイリジウム膜を成長させる方法を取ればよい。
【００１３】
【実施例】
次に、実施例をあげて本発明を具体的に説明する。
【００１４】
【実施例１】
カチオン交換樹脂膜ナフィオン 117（米国デュポン社の商品名）の膜を２Ｎ−ＨＣｌで30分煮沸し、ついで水洗後さらに水で30分煮沸してからテトラアンミン白金ジハイドロオキサイド水溶液（白金濃度0.05mol/l ）に浸漬し、30℃で60分間保持した。次にこの膜を水素化硼素ナトリウム水溶液に浸漬し、90℃で10分間保持した。表面に白金が析出したナフィオン膜を水洗し、乾燥後重量測定から換算したところ白金膜の厚さは 0.6μｍであった。さらにこの膜をヘキサクロロイリジウム酸カリウムとヒドラジンを含有するメッキ浴中に浸漬し、ｐＨ６〜７、75℃３時間の条件でイリジウム無電解メッキを行い、約 0.5μｍのイリジウムメッキを成長させた。この後、液中の白金濃度を分析し、濃度が0.05mol/l となるようにテトラアンミン白金ジハイドロオキサイドを補充し、同様の操作を繰り返した。
【００１５】
（評価）上記の操作で、テトラアンミン白金ジハイドロオキサイド塩の累積補充量が初期の塩濃度に相当する量に達した時点を１ターンとして、ターン数を増やしたときの白金錯体交換率を調べたところ、実施例１の場合、５ターンを過ぎても交換率 100％を維持した。
【００１６】
【従来例】
白金イオン供給源としてテトラアンミン白金ジクロライドを用いたほかは実施例１と同様にして白金電極膜接合体を作成し、評価を行った。
【００１７】
（評価）実施例１と同様の評価を行ったところ、１ターン目から交換率が低下し始めイオン交換膜としての実用性を失っていき、５ターン目では交換率が50％程度にまで至って塩破壊を起こした。なお、この間塩酸濃度の急激な上昇が観測された。
【００１８】
【発明の効果】
以上詳述した通り、 本発明による電解用電極膜接合体の製造方法によれば、カチオン交換樹脂膜に白金をイオン交換吸着させる際の白金イオン供給源として水酸化物イオンをアニオンとするアンミン白金錯塩を使用するため、副生成物として水しか生じないため安定的に交換反応を進行させる事が出来るので、従来白金イオン供給源として、塩素イオン含有錯塩を使用した場合に問題となっていたイオン交換反応過程での塩酸の副生、蓄積による白金のイオン交換のばらつきを防ぎ、白金−膜接合体の品質を常に一定に保持し得る利点を持つ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解装置に用いられる電解用電極膜接合体の製造方法に関するものであり、特に固体高分子電解質膜に白金をコーティングしてなる電解用電極膜接合体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電解用電極膜接合体としては、固体高分子電解質等のカチオン交換樹脂膜と電極となるべき金属とを接合させたものが広く用いられている。
【０００３】
従来電解用電極膜接合体の製造方法としては、例えば特公昭５８−４７４７１号公報に記載されているように、カチオン交換樹脂膜に白金族の金属イオンをイオン交換で吸着させてから水素化硼素塩水溶液で処理して膜の表面に金属層を析出させ、更にこの膜を金属塩とジアルキルアミンボランとを含有するアルカリ性水溶液と接触させて膜表面の金属層を成長させることが知られている。そして同公報には、金属イオンはアンミン錯イオンの形態でカチオン交換樹脂に吸着させるのが好ましい事及び金属イオンの供給源としては該金属の塩を含有するアルカリ性水溶液を用いるのが好ましい旨記載されている。
【０００４】
そこで現在、金属イオン供給源としての金属塩としては、ヘキサアンミン白金テトラクロライドやテトラアンミン白金ジクロライドが一般的に用いられている。しかしながら、これら金属塩はいずれも構造中に塩素を主成分として含んでいるため、イオン交換の過程で塩素イオンがプロトンと結びつき塩酸を多量に生成してしまう。この間の反応は、次式で示される。（式中、カチオン交換膜をＲ−ＳＯ3 Ｈで表し、金属塩としてヘキサアンミン白金ジクロライドを用いた場合を例にとる。）
【０００５】
【化１】
この反応は可逆であるため、右向きの反応が進行するにつれ塩酸濃度が上昇し、ついには逆向きの反応が支配的になる結果、所望のカチオン交換反応がおきにくくなってしまうという問題点が有る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これらの問題を解消できる電解用電極膜接合体の製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本出願における発明は、カチオン交換樹脂膜に白金イオンをイオン交換吸着させ、次いで還元剤を用いて該膜表面に白金金属層を析出させて電解用電極膜接合体を製造する方法において、白金イオンの供給源として白金アンミン錯イオンと水酸化物イオンからなる錯塩を用いた事を特徴とするものである。
白金イオンの供給源としてはテトラアンミン白金ジハイドロオキサイド[ Ｐｔ（ＮＨ3 ）4 ] （ＯＨ）2 またはヘキサアンミンＰｔテトラハイドロオキサイド［Ｐｔ（ＮＨ3 ）6 ］（ＯＨ）4 が好適である。
カチオン交換樹脂膜としてはスルホン酸基またはカルボン酸基を有する過フッ化炭化水素樹脂膜、例えばナフィオン膜（米国デュポン社の商品名）が用いられる。
還元剤としては、水素化硼素塩、例えばナトリウムボロハイドライドもしくはカリウムボロハイドライド等が好ましく用いられる。
カチオン交換樹脂膜に白金イオンをイオン交換吸着させ、次いで還元剤を用いて該膜表面に白金金属層を析出させた後、膜上に白金もしくは別の白金族金属からなる金属層を成長させても良い。この目的に用いる別の白金族金属としてはイリジウムが代表的である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１０】
カチオン交換樹脂膜、例えばナフィオン膜を用意し、２Ｎ−ＨＣｌ中での煮沸と水での煮沸を行ってナフィオン膜をナトリウム型からプロトン型に変換する。ついで、この膜を白金イオン供給源の白金錯塩溶液に浸漬する。この白金錯塩として塩素を含有しないものを用いる事により塩酸の発生を防止する点が本発明の最大の特徴である。この目的のための白金錯塩を構成するカチオンはテトラアンミン白金イオンもしくはヘキサアンミン白金イオン等のアンミン錯イオンが代表的であり、カウンターアニオンは強酸を生成しないものであれば良いが、水酸化物イオンが最も相応しい。アニオンに水酸化物イオンを用いることにより、白金イオンがカチオン交換樹脂膜に吸着した際に生じるプロトンと水酸化物イオンが結合して水を生じ、酸を生成することはない。従って、イオン交換による白金イオンの吸着を継続的に進行させることが可能となる。吸着によって消費された白金イオンを補充するため、必要量の上記白金錯塩を適時供給することが望ましい。イオン交換反応過程で、液中の白金濃度は0.0001〜0.1mol/lとする事が望ましい。また、反応温度は室温〜90℃の範囲で行う事が望ましい。室温以下では交換反応の進行が遅く、90℃以上ではアンモニア等の蒸発が起こりやすくなり、液濃度が変化しやすいからである。
【００１１】
こうして所望量の白金イオンを吸着させたカチオン交換樹脂膜を、水素化硼素塩水溶液をはじめとする還元剤含有液に浸漬処理すると、樹脂膜表面付近で白金金属の析出が起こり、電解用白金電極膜接合体が形成出来る。
【００１２】
必要に応じて、上記の電極接合体上に白金もしくはイリジウム等の白金族金属層を成長させても良い。金属層の成長には常法の膜形成方法を用いることが出来、例えばイリジウムのハロゲン化物及びヒドラジンを含有するメッキ浴を用いた無電解メッキによってイリジウム膜を成長させる方法を取ればよい。
【００１３】
【実施例】
次に、実施例をあげて本発明を具体的に説明する。
【００１４】
【実施例１】
カチオン交換樹脂膜ナフィオン 117（米国デュポン社の商品名）の膜を２Ｎ−ＨＣｌで30分煮沸し、ついで水洗後さらに水で30分煮沸してからテトラアンミン白金ジハイドロオキサイド水溶液（白金濃度0.05mol/l ）に浸漬し、30℃で60分間保持した。次にこの膜を水素化硼素ナトリウム水溶液に浸漬し、90℃で10分間保持した。表面に白金が析出したナフィオン膜を水洗し、乾燥後重量測定から換算したところ白金膜の厚さは 0.6μｍであった。さらにこの膜をヘキサクロロイリジウム酸カリウムとヒドラジンを含有するメッキ浴中に浸漬し、ｐＨ６〜７、75℃３時間の条件でイリジウム無電解メッキを行い、約 0.5μｍのイリジウムメッキを成長させた。この後、液中の白金濃度を分析し、濃度が0.05mol/l となるようにテトラアンミン白金ジハイドロオキサイドを補充し、同様の操作を繰り返した。
【００１５】
（評価）上記の操作で、テトラアンミン白金ジハイドロオキサイド塩の累積補充量が初期の塩濃度に相当する量に達した時点を１ターンとして、ターン数を増やしたときの白金錯体交換率を調べたところ、実施例１の場合、５ターンを過ぎても交換率 100％を維持した。
【００１６】
【従来例】
白金イオン供給源としてテトラアンミン白金ジクロライドを用いたほかは実施例１と同様にして白金電極膜接合体を作成し、評価を行った。
【００１７】
（評価）実施例１と同様の評価を行ったところ、１ターン目から交換率が低下し始めイオン交換膜としての実用性を失っていき、５ターン目では交換率が50％程度にまで至って塩破壊を起こした。なお、この間塩酸濃度の急激な上昇が観測された。
【００１８】
【発明の効果】
以上詳述した通り、 本発明による電解用電極膜接合体の製造方法によれば、カチオン交換樹脂膜に白金をイオン交換吸着させる際の白金イオン供給源として水酸化物イオンをアニオンとするアンミン白金錯塩を使用するため、副生成物として水しか生じないため安定的に交換反応を進行させる事が出来るので、従来白金イオン供給源として、塩素イオン含有錯塩を使用した場合に問題となっていたイオン交換反応過程での塩酸の副生、蓄積による白金のイオン交換のばらつきを防ぎ、白金−膜接合体の品質を常に一定に保持し得る利点を持つ。
Claims (4)
- カチオン交換樹脂膜に白金イオンをイオン交換吸着させ、次いで還元剤を用いて該膜表面に白金金属層を析出させて電解用電極膜接合体を製造する方法において、白金イオンの供給源として白金アンミン錯イオンと水酸化物イオンからなる錯塩を用いた事を特徴とする電解用電極膜接合体の製造方法。
- 白金イオンの供給源が、テトラアンミン白金ジハイドロオキサイド［Ｐｔ（ＮＨ3 ）4 ] （ＯＨ）2 またはヘキサアンミンＰｔテトラハイドロオキサイド［Ｐｔ（ＮＨ3 ）6 ] （ＯＨ）4 である請求項１に記載の電解用電極膜接合体の製造方法。
- カチオン交換樹脂膜が、スルホン酸基またはカルボン酸基を有する過フッ化炭化水素樹脂膜である請求項１また請求項２に記載の電解用電極膜接合体の製造方法。
- カチオン交換樹脂膜に白金イオンをイオン交換吸着させ、次いで還元剤を用いて該膜表面に白金金属層を析出させた後、膜上に白金もしくは別の白金族金属からなる金属層を成長させる請求項１乃至請求項３に記載の電解用電極膜接合体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32464195A JP3539520B2 (ja) | 1995-12-13 | 1995-12-13 | 電解用電極膜接合体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32464195A JP3539520B2 (ja) | 1995-12-13 | 1995-12-13 | 電解用電極膜接合体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09165689A JPH09165689A (ja) | 1997-06-24 |
| JP3539520B2 true JP3539520B2 (ja) | 2004-07-07 |
Family
ID=18168103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32464195A Expired - Lifetime JP3539520B2 (ja) | 1995-12-13 | 1995-12-13 | 電解用電極膜接合体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3539520B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5169025B2 (ja) * | 2007-05-23 | 2013-03-27 | 株式会社豊田中央研究所 | 固体高分子型燃料電池 |
| EP3536824B1 (en) * | 2016-11-04 | 2021-04-21 | Nihon Trim Co., Ltd. | Solid polymer film electrode |
| CN114349081B (zh) * | 2021-12-22 | 2023-07-14 | 昆明贵金属研究所 | 一种六氨合铂化合物、制备方法及其在首饰表面镀铂中的应用 |
-
1995
- 1995-12-13 JP JP32464195A patent/JP3539520B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09165689A (ja) | 1997-06-24 |
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