NL8003898A - Colloidal oxidn. catalyst from ruthenium tetra:oxide - and inorganic carrier in water, esp. for solar energy storage cell - Google Patents

Colloidal oxidn. catalyst from ruthenium tetra:oxide - and inorganic carrier in water, esp. for solar energy storage cell Download PDF

Info

Publication number
NL8003898A
NL8003898A NL8003898A NL8003898A NL8003898A NL 8003898 A NL8003898 A NL 8003898A NL 8003898 A NL8003898 A NL 8003898A NL 8003898 A NL8003898 A NL 8003898A NL 8003898 A NL8003898 A NL 8003898A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
catalyst
water
colloidal
process according
copolymer
Prior art date
Application number
NL8003898A
Other languages
Dutch (nl)
Original Assignee
Tno
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tno filed Critical Tno
Priority to NL8003898A priority Critical patent/NL8003898A/en
Publication of NL8003898A publication Critical patent/NL8003898A/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/16Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes
    • B01J31/20Carbonyls
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/46Ruthenium, rhodium, osmium or iridium
    • B01J23/462Ruthenium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/02Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides
    • B01J31/06Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides containing polymers
    • B01J31/068Polyalkylene glycols
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/16Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes
    • B01J31/18Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes containing nitrogen, phosphorus, arsenic or antimony as complexing atoms, e.g. in pyridine ligands, or in resonance therewith, e.g. in isocyanide ligands C=N-R or as complexed central atoms
    • B01J31/1805Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes containing nitrogen, phosphorus, arsenic or antimony as complexing atoms, e.g. in pyridine ligands, or in resonance therewith, e.g. in isocyanide ligands C=N-R or as complexed central atoms the ligands containing nitrogen
    • B01J31/181Cyclic ligands, including e.g. non-condensed polycyclic ligands, comprising at least one complexing nitrogen atom as ring member, e.g. pyridine
    • B01J31/1815Cyclic ligands, including e.g. non-condensed polycyclic ligands, comprising at least one complexing nitrogen atom as ring member, e.g. pyridine with more than one complexing nitrogen atom, e.g. bipyridyl, 2-aminopyridine
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J33/00Protection of catalysts, e.g. by coating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/20Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state
    • B01J35/23Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state in a colloidal state
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/39Photocatalytic properties
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/04Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of inorganic compounds, e.g. ammonia
    • C01B3/042Decomposition of water
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2231/00Catalytic reactions performed with catalysts classified in B01J31/00
    • B01J2231/70Oxidation reactions, e.g. epoxidation, (di)hydroxylation, dehydrogenation and analogues
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2531/00Additional information regarding catalytic systems classified in B01J31/00
    • B01J2531/02Compositional aspects of complexes used, e.g. polynuclearity
    • B01J2531/0202Polynuclearity
    • B01J2531/0211Metal clusters, i.e. complexes comprising 3 to about 1000 metal atoms with metal-metal bonds to provide one or more all-metal (M)n rings, e.g. Rh4(CO)12
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2531/00Additional information regarding catalytic systems classified in B01J31/00
    • B01J2531/80Complexes comprising metals of Group VIII as the central metal
    • B01J2531/82Metals of the platinum group
    • B01J2531/822Rhodium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2531/00Additional information regarding catalytic systems classified in B01J31/00
    • B01J2531/80Complexes comprising metals of Group VIII as the central metal
    • B01J2531/82Metals of the platinum group
    • B01J2531/825Osmium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2531/00Additional information regarding catalytic systems classified in B01J31/00
    • B01J2531/80Complexes comprising metals of Group VIII as the central metal
    • B01J2531/82Metals of the platinum group
    • B01J2531/827Iridium
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10Process efficiency
    • Y02P20/133Renewable energy sources, e.g. sunlight

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

Stable colloidal catalyst for oxidn. reactions is prepd. by reacting Ru tetraoxide with an inorganic carrier in water. The carrier may be reduced titania, a carbonyl of a Pt metal reduced powders of semi-conductors, e.g. SrTiO3, or powders of noble metals. Carbonyls are pref. Os3CO(12), Ir4CO(12), and Rh6CO(16). The carrier becomes coated with a thin layer of Ru dioxide. The catalyst pref. contains, as stabiliser, a water-sol. (co)polymer with mol.wt. 5000-100000, e.g. a copolymer of propylene glycol (I) and ethylene glycol (II) (claimed), polyvinylpyrrolidone, or a polysaccharide. The pref. stabiliser is a 0.5 wt.% aq.soln. of a 70:30 copolymer of (I) and (II) with mol. wt.20000. Decomposition of water in presence of the catalyst is claimed. A cell for storage of solar energy, contg. water and the catalyst is also claimed. The catalyst can also be used to oxidise exhaust gases from combustion engines. Decomposition of water can be coupled with redn. of, e.g. CO2, to methanol or intermediates. The catalyst retains the colloidal form and the catalytic activity for several months.

Description

'· / > K.0. 29251K.0. 29251

Werkwijze voor de bereiding van colloidale rutheniumdioxidekataly-satoren, werkwijze voor de ontleding van water onder toepassing van een dergelijke katalysator, alsmede oei voor de opslag van zonne-energie, die water en een dergelijke katalysator bevat.Process for the preparation of colloidal ruthenium dioxide catalysts, process for the decomposition of water using such a catalyst, and solar energy storage containing water and such a catalyst.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de bereiding van colloidale rutheniumdioxide-katalysatoren voor oxidatie-reacties, in het bijzonder voor de ontleding van water.The invention relates to a process for the preparation of colloidal ruthenium dioxide catalysts for oxidation reactions, in particular for the decomposition of water.

De fotochemische ontleding van water in waterstof en zuurstof 5 onder invloed van licht in het zichtbare spectrum is een belangrijke werkwijze, in het bijzonder met betrekking tot de opslag van zonne-energie. (Science, 189. blz. 852-871 (1975); Accts. Chem. Ees. JM_, blz. 569-377 (1978) en Science, 202, blz. 705-712 (1978)). Deze reactie, waarbij de reductie van water tot waterstof is gekoppeld aan 10 de oxidatie van water tot zuurstof, is recentelijk uitgevoerd in een systeem, dat microheterogene metaalkatalysatoren bevat, waarbij colloidaal platina en rutheniumdioxide worden vermeld met betrekking tot de gelijktijdige ontwikkeling van waterstof en zuurstof. (Angew. Chemie, £1_, (1979)> hlz. 759-760). Eouv. J. Chim. 2, blz.The photochemical decomposition of water into hydrogen and oxygen under the influence of light in the visible spectrum is an important method, particularly with regard to the storage of solar energy. (Science, 189, pp. 852-871 (1975); Accts. Chem. Ees. JM_, pp. 569-377 (1978) and Science, 202, pp. 705-712 (1978)). This reaction, in which the reduction of water to hydrogen is coupled to the oxidation of water to oxygen, has recently been carried out in a system containing microheterogenic metal catalysts reporting colloidal platinum and ruthenium dioxide with respect to the simultaneous development of hydrogen and oxygen . (Angew. Chemie, £ 1 (1979)> 757-760). Eouv. J. Chim. 2, p.

15 423-426, Er. 7 —1979 > vermeldt dat de snelheid van de vorming van zuurstof sterk afhankelijk is van de toestand, de hoeveelheid van het ruthenium^dioxide en de pH; naast rutheniumdioxide kunnen bijvoorbeeld als katalysator oxides van mangaan, platina, ruthenium, rodium en iridium op een aluminiumoxide-drager worden toegepast.15 423-426, Er. 7-1979> mentions that the rate of oxygen formation is highly dependent on the state, the amount of the ruthenium dioxide and the pH; in addition to ruthenium dioxide, for example, as a catalyst, oxides of manganese, platinum, ruthenium, rhodium and iridium on an aluminum oxide support can be used.

20 De bereiding van actieve katalysatoren met een groot oppervlak en een langdurige stabiliteit is van beslissende betekenis voor het succes van de reactie. Vooral de stabiliteitsduur is bij de tot dusverre bekende colloidale katalysatorsystemen zeer kort, in de orde van enkele uren.The preparation of large surface area active catalysts of long term stability is critical to the success of the reaction. In particular, the stability time in the hitherto known colloidal catalyst systems is very short, on the order of several hours.

25 De onderhavige uitvinding beoogt vooral aan dit laatste nadeel tegemoet te komen. Gevonden werd een werkwijze van het in de aanhef genoemde type, waarbij colloidale rutheniumdioxide-katalysatoren . worden verkregen, die gedurende verscheidene maanden de colloidale vorm behouden en daarbij niet de katalytische activiteit verliezen.The present invention particularly aims to obviate this last drawback. A process of the type mentioned in the preamble, involving colloidal ruthenium dioxide catalysts, was found. which retain the colloidal form for several months without losing the catalytic activity.

30 De uitvinding is gekenmerkt, doordat men stabiele colloidale katalysatoren bereidt door rutheniumtetraoxide in water te laten inwerken op een anorganische drager.The invention is characterized in that stable colloidal catalysts are prepared by allowing ruthenium tetraoxide in water to act on an inorganic support.

Als anorganische drager worden titaandioxide en andere oxidi- sche halfgeleiders, zoals SrTiO,, in poedervorm, die aan een redu- 5 8003898 ,- 'v - 2 - cerende "behandeling zijn onderworpen, gebruikt. Ook kannen poeders van edelmetalen, "bijvoorbeeld Pt en Au, en metaalcarbonylverbindingen van metalen uit de platina-reeks worden gebruikt als drager, bij voorkeur Os^CO^, Ir^C0^2 en RhgCO^g.As an inorganic carrier, titanium dioxide and other oxidic semiconductors, such as powdered SrTiO4, which have been subjected to a reducing "treatment, are also used. Noble metal powders, for example, Pt. and Au, and platinum series metal carbonyl compounds of metals are used as the support, preferably Os ^ CO ^, Ir ^ CO ^ 2 and RhgCO ^ g.

5 Bij de werkwijze volgens de uitvinding worden de bovengenoem de dragers tijdens de inwerking van rutheniumtetraoxide in water bedekt met een laagje rutheniumdioxide. Bij de omzetting van rutheniumtetraoxide in rutheniumdioxide is geen katalysator nodig. Hierbij wordt opgemerkt, dat niet-gereduceerd titaandioxide en de ande-10 re bovengenoemde oxidische halfgeleiders niet leiden tot de vorming van colloidale oplossingen.In the process according to the invention, the carriers mentioned above are covered with a layer of ruthenium dioxide during the action of ruthenium tetraoxide in water. No catalyst is required in the conversion of ruthenium tetraoxide to ruthenium dioxide. It should be noted that non-reduced titanium dioxide and the other oxidic semiconductors mentioned above do not lead to the formation of colloidal solutions.

Be uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het ontleden van water, waarbij de ontleding wordt uitgevoerd bij aanwezigheid van een volgens bovengenoemde werkwijze verkregen col-15 loid katalysatorsysteem. Tevens heeft de uitvinding betrekking op een cel voor de opslag van zonneënergie, waarin water wordt ontleed in Hg en 0g met behulp van de volgens de uitvinding verkregen kata-lysatorsystemen (Angew. Chem. £1_, blz. 759-760 (1979))·The invention also relates to a process for decomposing water, wherein the decomposition is carried out in the presence of a colloid catalyst system obtained according to the above process. The invention also relates to a solar energy storage cell in which water is decomposed into Hg and 0g using the catalyst systems obtained according to the invention (Angew. Chem. £ 1, pp. 759-760 (1979)). ·

Bij voorkeur wordt aan het katalysatorsysteem een stabiliseer-20 middel toegevoegd. Be volgens de uitvinding verkregen gestabiliseerde colloidale katalysatoren zijn actieve katalysatoren voor de oxidatie van water tot zuurstof (onderstaande vergelijking 3)·A stabilizing agent is preferably added to the catalyst system. The stabilized colloidal catalysts obtained according to the invention are active catalysts for the oxidation of water to oxygen (equation 3 below)

Als stabiliseermiddel worden bij de ontleding van water in water oplosbare homo- of copolymeren met een molecuulgewicht van 25 5*000 - 100.000 gebruikt. Voorbeelden van dergelijke polymeren zijn polyethyleenglycol, propyleenglycol-ethyleenglycol-copolymeer, poly-styreen-maleïnezuuranhydride, polyvinylpyrrolidon, polyvinylalco-hol, polyacrylamide, polyacrylzuur-zouten, polysacchariden en poly-peptiden. Bij voorkeur wordt een copolymeer van propyleenglycol en 30 ethyleenglycol gebruikt. Het stabiliseermiddel met de meeste voorkeur is een 0,5 gew.% oplossing in water van een 70:30 copolymeer van propyleenglycol en ethyleenglycol met een molecuulgewicht van 20.000.As a stabilizing agent, water-soluble homo- or copolymers with a molecular weight of 5 * 000-100,000 are used in the decomposition of water. Examples of such polymers are polyethylene glycol, propylene glycol-ethylene glycol copolymer, polystyrene-maleic anhydride, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, polyacrylic acid salts, polysaccharides and polypeptides. Preferably, a copolymer of propylene glycol and ethylene glycol is used. The most preferred stabilizer is a 0.5 wt% aqueous solution of a 70:30 copolymer of propylene glycol and ethylene glycol having a molecular weight of 20,000.

Een cel voor de opslag van zonneënergie is gebaseerd op het 35 volgende reactieschema: 4 Ba (ll)Mpy32+ 4 /Sa (II) Mp72*J * (1) 8003898 4 /"Ru(ll)Mpy32+_7S+ MV-2+ -* 4 Hu(lll)bipy53+ + 4M7+ (2) - 3 - 4 Ru(lll)bipy33+ + 2 HgO C0^Q^daal>Ra(lI)bipy52+ + 4H+ + 0£ (?) 4 M7+ + 4 H20 °Qp^q-aal> 4 M72+ + 2H2 + 4 OH" (4)A solar energy storage cell is based on the following reaction scheme: 4 Ba (ll) Mpy32 + 4 / Sa (II) Mp72 * J * (1) 8003898 4 / "Ru (ll) Mpy32 + _7S + MV-2 + - * 4 Hu (lll) bipy53 + + 4M7 + (2) - 3 - 4 Ru (lll) bipy33 + + 2 HgO C0 ^ Q ^ daal> Ra (lI) bipy52 + + 4H + + 0 £ (?) 4 M7 + + 4 H20 ° Qp ^ q-eal> 4 M72 + + 2H2 + 4 OH "(4)

Ru(ll)bipy32+ = ruthenium(II)trisbipyridine-ion (negatief ion is 5 01")* MV = methylviologeenion (N, N1-dimethyl-4,41-bipyridine- diohloride) lis lichtabsorberende kleurstof wordt bijvoorbeeld het ruthe-nium(ll)trisbipyridinièhloride in combinatie met andere componenten, 10 zoals het methylviologeen, gebruikt.Ru (ll) bipy32 + = ruthenium (II) tris bipyridine ion (negative ion is 5 01 ") * MV = methylviologene ion (N, N1-dimethyl-4,41-bipyridine diohloride) lis light absorbing dye, for example, the ruthenium ( ll) tris bipyridinium chloride used in combination with other components, such as the methyl viologene.

He snelheid van de vorming van zuurstof is afhankelijk van de pH en optimaal bij pH = 3,5.The rate of oxygen formation is dependent on the pH and optimal at pH = 3.5.

He lage kosten van Ti02, de gemakkelijke bereiding, de activiteit en de langdurige stabiliteit van deze katalysatoren zijn opmer-15 kelijk. Toepassing in andere systemen, waarin de oxidatie van water tot zuurstof is gekoppeld aan de reductie ervan tot waterstof in een microemulsie (j.Am. Chem. Soc. 102 (1980) biz. 246I-2462) of in een uit twee compartimenten bestaande cel met een membraan (Nature, 265 (1979) blz. 229-231) kan leiden tot de constructie van verbeter-20 de inrichtingen voor het opslaan van zonneënergie in de vorm van de brandstof waterstof. Ook kan de aldus gekatalyseerde ontleding van water worden gekoppeld aan de reductie van bijvoorbeeld kooldioxyde’ . tot methanol of tussenprodukten.The low cost of TiO2, the ease of preparation, the activity and the long-term stability of these catalysts are remarkable. Use in other systems, in which the oxidation of water to oxygen is linked to its reduction to hydrogen in a microemulsion (j. Am. Chem. Soc. 102 (1980) biz. 246I-2462) or in a two compartment cell with a membrane (Nature, 265 (1979) pp. 229-231) can lead to the construction of improved solar energy storage devices in the form of the fuel hydrogen. The thus catalyzed decomposition of water can also be linked to the reduction of, for example, carbon dioxide. to methanol or intermediates.

Hoewel de toepassing van de onderhavige katalysatoren in deze 25 aanvrage is beschreven met betrekking tot de ontleding van water in zonneënergiecellen, kunnen de katalysatoren ook voor andere oxida-tiereacties worden toegepast; bijvoorbeeld zijn zij in vaste vorm geschikt voor het oxideren van uitlaatgassen van verbrandingsmotoren.Although the application of the present catalysts has been described in this application with respect to the decomposition of water in solar energy cells, the catalysts may also be used for other oxidation reactions; for example, they in solid form are suitable for oxidizing exhaust gases from internal combustion engines.

30 He uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de volgen de voorbeelden.The invention is further elucidated by means of the following examples.

Voorbeeld IExample I

Bereiding van de katalysator op basis van titaandioxide.Preparation of the catalyst based on titanium dioxide.

4 g titaandioxidepoeder, dat tevoren was gereduceerd bij 800°C 35 in een atmosfeer van stikstof en waterstof met een verhouding 3s1 gedurende 3 uren, werden geroerd in 125 nil water, waaraan 200 mg vast rutheniumtetraoxide werden toegevoegd. Het verkregen mengsel 8003898 V* -4-.4 g of titanium dioxide powder, which had previously been reduced at 800 ° C in an atmosphere of nitrogen and hydrogen in a ratio 3s1 for 3 hours, were stirred in 125 nil of water, to which 200 mg of solid ruthenium tetraoxide were added. The resulting mixture 8003898 V * -4-.

werd 20 uren geroerd bij omgevingstemperatuur. Een zwarte colloida-le oplossing van 5 gev.% rutheniumdioxide op titaandioxide werd verkregen na filtreren van niet-omgezet materiaal door een trechter met filtreerpapier.was stirred at ambient temperature for 20 hours. A black colloidal solution of 5% by weight ruthenium dioxide on titanium dioxide was obtained after filtering unreacted material through a funnel with filter paper.

5 Een monster van 35 ml van dit colloid werd onder roeren ver dund met 250 ml van een 0,5 gew.% oplossing van een 70:30 propyleen-glycol-ethyleenglycol-copolymeer (molecuulgewicht 20.000) in water, waarbij een microheterogene grijze oplossing werd verkregen.A 35 ml sample of this colloid was diluted with 250 ml of a 0.5 wt% solution of a 70:30 propylene-glycol-ethylene glycol copolymer (molecular weight 20,000) in water, with stirring, using a microheterogenic gray solution was obtained.

Deze oplossingen zijn actieve katalysatoren in de reactie, be-10 schreven in voorbeeld III, en blijven colloidaal en katalytisch actief gedurende meer dan 4 maanden.These solutions are active catalysts in the reaction described in Example III and remain colloidal and catalytically active for more than 4 months.

Voorbeeld IIExample II

Bereiding van de katalysator op basis van de metaalcarbonylverbin-dingen Os^CO^, Ir^CO.^ of EhgCO^.Preparation of the catalyst on the basis of the metal carbonyl compounds Os ^ CO ^, Ir ^ CO. ^ Or EhgCO ^.

15 150 mg van één van deze verbindingen werden gebracht in 5 ml water, dat 10 mg rutheniumtetraoxide bevatte. Dit mengsel liet men bij omgevingstemperatuur 20 uren staan onder af en toe schudden. Zwarte colloidale oplossingen werden verkregen na filtreren door een trechter met filtreerpapier. De katalysatoren behielden de col-20 loidale vorm gedurende 6-14 dagen, waarbij bleek, dat osmium stabieler was dan iridium, dat weer stabieler was dan rodium. De col-loiden kunnen worden gestabiliseerd door roeren met een 20 maal zo groot volume van een 0,5 gew.% oplossing van een 70:30 propyleen-glycol-ethyleenglycol-copolymeer (molecuulgewicht 20.000) in water. 25 Deze oplossingen zijn actieve katalysatoren in de reactie, be schreven in voorbeeld IV, en blijven colloidaal en katalytisch actief gedurende meer dan 4 maanden.150 mg of one of these compounds was placed in 5 ml of water containing 10 mg of ruthenium tetraoxide. This mixture was allowed to stand at ambient temperature for 20 hours with occasional shaking. Black colloidal solutions were obtained after filtering through a funnel with filter paper. The catalysts retained the colloidal form for 6-14 days, showing that osmium was more stable than iridium, which was again more stable than rhodium. The colloids can be stabilized by stirring with a 20-fold volume of a 0.5 wt% solution of a 70:30 propylene-glycol-ethylene glycol copolymer (molecular weight 20,000) in water. These solutions are active catalysts in the reaction described in Example IV and remain colloidal and catalytically active for more than 4 months.

De in de onderstaande voorbeelden genoemde oxidatiereactie verloopt aldus: 30 2 Ru(ll)bipy52+ + S2082" 2 Ra(lll)bipy55+ + 2S042“The oxidation reaction mentioned in the examples below proceeds as follows: 30 2 Ru (ll) bipy52 + + S2082 "2 Ra (lll) bipy55 + + 2S042"

4 Ru(lll)bipy53+ + 2H20 cö'ifoid^ 4 Ru(n)Mpy^ + 0£ + 4H+ Voorbeeld III4 Ru (lll) bipy53 + + 2H20 coifoid ^ 4 Ru (n) Mpy ^ + 0 £ + 4H + Example III

Oxidatie van water met katalysator, bereid volgens voorbeeld I.Oxidation of water with catalyst prepared according to example I.

33 ml van een oplossing van ruthenium(ll)trisbipyridine-dichlo-35 ride (10-½) en kal iump er sulfaat (Z2S20g) (10-2M), gebufferd op pH = 3j5> werd bestraald met een 250 W projectielamp (Osram Sylvaner), nadat met titaandioxide volgens voorbeeld I gestabiliseerd colloidaal rutheniumdioxide (5-20 mg Ru per liter) was toege- 8003898 - 5 - voegd. Ben krachtige ontwikkeling van zuurstof (1,7 ml in 10-20 minuten) -had plaats (0,078 mmol, 26 mmol per mmol Ru(ll)bipyjClg), waarbij de opbrengst aan zuurstof werd beperkt door de ontleding van Ru(ll)bipy^Cl2 tijdens het verloop van de reactie. Wanneer het 5 Su(ll)bipy^Cl2 ontleed raakt, kan vers Ru(ll)bipyjClg worden toegevoegd, waardoor de ontwikkeling van zuurstof opnieuw begint. Yoorbeeld 1733 ml of a solution of ruthenium (ll) trisbipyridine-dichlo-35 ride (10-½) and potassium sulfate (Z2S20g) (10-2M), buffered at pH = 3j5> was irradiated with a 250 W projection lamp (Osram Sylvaner), after colloidal ruthenium dioxide stabilized with titanium dioxide according to Example I (5-20 mg Ru per liter) was added 8003898-5. A vigorous development of oxygen (1.7 ml in 10-20 minutes) - took place (0.078 mmol, 26 mmol per mmol Ru (ll) bipyCl3), the oxygen yield being limited by the decomposition of Ru (ll) bipy ^ Cl2 during the course of the reaction. When the 5 Su (11) bipyCl 2 decomposes, fresh Ru (11) bipyCl 2 can be added, thereby restarting oxygen generation. Yoorbeeld 17

Oxidatie van water met katalysator bereid volgens voorbeeld II.Oxidation of water with catalyst prepared according to Example II.

33 ml van een oplossing van ruthenium(ll)trispyridine-dichlo-10 ride (10-½) en kaliumpersulfaat (KgSgOg) (10-2M),. met een acetaat-buffer gebufferd op pH = 3>5> werd bestraald met een 250 W projec-tielamp (Osram Sylvaner), nadat met een metaalcarbonylverbinding (volgens voorbeeld II) gestabiliseerd rutheniumdioxide (5-20 mg Ru per liter) was toegevoegd. Een krachtige ontwikkeling van zuur-15 stof (1,8 ml) had plaats bij omgevingstemperatuur in verloop van 20-50 minuten. Ra deze periode is het Ru(ll)bipyjClg ontleed. Na toevoeging van vers R^IlJbipy^Clg begon de ontwikkeling van zuurstof opnieuw.33 ml of a solution of ruthenium (11) trispyridine-dichlo-10 ride (10-½) and potassium persulfate (KgSgOg) (10-2M). buffered with an acetate buffer at pH = 3> 5> was irradiated with a 250 W projection lamp (Osram Sylvaner) after ruthenium dioxide (5-20 mg Ru per liter) stabilized with a metal carbonyl compound (according to example II) was added. A vigorous development of oxygen (1.8 ml) took place at ambient temperature in the course of 20-50 minutes. During this period the Ru (ll) bipyjClg has been dissected. After the addition of fresh R 1 / 4Bipy 2 Clg, oxygen generation started again.

Yoorbeeld 7 20 Potochemische ontleding van water in waterstof en zuurstof.Example 7 20 Potochemical decomposition of water into hydrogen and oxygen.

33 ml van een oplossing van Ru(ll)bipyjClg (5 x 10-½), MY2+ (methylviologeen) (10-½)) colloidaal Pt (100 mg Pt per liter) en colloidaal RuOg (30 mg Ru per liter) met een pH van 3>1» werd verzadigd met Ng (tot geen 0g meer aanwezig was) en bestraald met een 25 25Ο W projectielamp (Osram Sylvaner) bij 22,5°C. Na 60 minuten was 0,12 ml 0g aanwezig in de oplossing en Hg was aangetoond in de gasfase. Na opnieuw verzadigen met Ng werd de oplossing opnieuw bestraald, waarbij 0,22 ml 0g in 50 minuten verkregen werden. In een derde cyclus werd 0,08 ml 0g_geproduceerd (in totaal 0,019 mmol, 30 2,8 mmol met 0g per mmol Ru(ll)bipy^Clg), terwijl Hg in de gasfase aanwezig was. De reactiesnelheid was aanzienlijk gedaald. Na toevoeging van Ru(ll)bipy^Clg ( 5 x 10-½) begon de ontwikkeling van Hg en 0g opnieuw met een lagere snelheid.33 ml of a solution of Ru (ll) bipyjClg (5 x 10-½), MY2 + (methylviologene) (10-½)) colloidal Pt (100 mg Pt per liter) and colloidal RuOg (30 mg Ru per liter) with a pH of 3> 1 »was saturated with Ng (until no more 0g was present) and irradiated with a 25ΟW projection lamp (Osram Sylvaner) at 22.5 ° C. After 60 minutes, 0.12 ml of 0g was present in the solution and Hg was detected in the gas phase. After re-saturating with Ng, the solution was irradiated again, yielding 0.22 ml of 0g in 50 minutes. In a third cycle, 0.08 ml of 0g was produced (total 0.019mmol, 2.8mmol with 0g per mmole Ru (11) bipy ^ Clg), while Hg was present in the gas phase. The reaction speed had dropped considerably. After adding Ru (11) bipy ^ Clg (5 x 10-½), the development of Hg and 0g started again at a slower rate.

80038988003898

Claims (14)

1. Werkwijze voor de bereiding van colloidale rutheniumdi-oxide-katalysatoren voor oxidatiereacties, met het kenmerk, dat men stabiele colloidale katalysatoren bereidt door rutheniumtetraoxide in water te laten inwerken op een anorganische 5 drager.1. Process for the preparation of colloidal ruthenium dioxide catalysts for oxidation reactions, characterized in that stable colloidal catalysts are prepared by allowing ruthenium tetraoxide in water to act on an inorganic support. 2. Werkwijze volgens conclusie 1,met het kenmerk, dat men als anorganische drager titaandioxide, dat aan een reducerende behandeling is-onderworpen, gebruikt.2. Process according to claim 1, characterized in that titanium dioxide which has been subjected to a reducing treatment is used as the inorganic carrier. 3. Werkwijze volgens conclusie 1,met het kenmerk, 10 dat men als anorganische drager metaalcarbonylverbindingen van metalen uit de platina-reeks gebruikt.3. Process according to claim 1, characterized in that metal carbonyl compounds of platinum series metals are used as the inorganic carrier. 4· Werkwijze volgens conclusie 3>niet het kenmerk, dat men als metaalcarbonyl verbindingen Os^CO^» I^CO.^ Hh.gC0^ ^ gebruikt. 154. Process according to claim 3, not characterized in that the metal carbonyl compounds used are Os ^ CO ^ »I ^ CO. ^ Hh.gC0 ^ ^. 15 5· Colloidale rutheniumdioxide-katalysator, bestaande uit een anorganische drager met daarop een laag rutheniumdioxide.5 · Colloidal ruthenium dioxide catalyst, consisting of an inorganic support with a layer of ruthenium dioxide on top. 6. Katalysator volgens conclusie 5» gekenmerkt, doordat de anorganische drager titaandioxide, dat aan een reducerende behandeling onderworpen is, is. 20Catalyst according to claim 5, characterized in that the inorganic support is titanium dioxide which has been subjected to a reducing treatment. 20 7· Katalysator volgens conclusie 5> gekenmerkt, doordat de an organische drager een metaalcarbonylverbinding van een metaal uit de platina-reeks is.Catalyst according to claim 5, characterized in that the inorganic support is a metal carbonyl compound of a platinum series metal. 8. Katalysator volgens conclusie 7, gekenmerkt, doordat de carbonyl verbinding 0SjC0.|2> ^4^12 *8·Catalyst according to claim 7, characterized in that the carbonyl compound OSjC0 | 2> ^ 4 ^ 12 * 8 · 9. Werkwijze voor de ontleding van water, met het ken merk, dat men deze ontleding uitvoert bij aanwezigheid van een colloid katalysatorsysteem, dat is verkregen volgens de werkwijze van een of meer der conclusies 1-4, respectievelijk een katalysator volgens een of meer der conclusies 5-8.9. A process for the decomposition of water, characterized in that this decomposition is carried out in the presence of a colloid catalyst system obtained according to the process of one or more of claims 1-4 and a catalyst according to one or more of the claims 5-8. 10. Werkwijze volgens conclusie 9> m e t het kenmerk, dat men aan het katalysatorsysteem een stabiliseermiddel toevoegt.10. Process according to claim 9, characterized in that a stabilizing agent is added to the catalyst system. 11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat men als stabiliseermiddel een in water oplosbaar homo-of copoly-meer met een molecuulgewicht van 5*000 - 100.000 gebruikt.11. Process according to claim 10, characterized in that a stabilizing agent is a water-soluble homo- or copolymer with a molecular weight of 5,000-100,000. 12. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat men als copolymeer een copolymeer van propyleenglycol en ethy-leenglycol gebruikt. 8003898 '' V - ,c- - 7 -12. Process according to claim 11, characterized in that the copolymer used is a copolymer of propylene glycol and ethylene glycol. 8003898 '' V -, c- - 7 - 13. We rkwijze volgens conclusies 9-12, met het kenmerk, dat men als stabiliseermiddel een 0,5 gew.% oplossing in water van een 70:30 copolymeer van propyleenglycol en ethyleengly-col met een molecuulgewicht van 20.000 gebruikt. 5Process according to claims 9-12, characterized in that a stabilizing agent used is a 0.5% by weight aqueous solution of a 70:30 copolymer of propylene glycol and ethylene glycol with a molecular weight of 20,000. 5 14· Cel voor de opslag van zonneënergie, die water en een kata lysator voor de ontleding van water in waterstof en zuurstof bevat, gekenmerkt, doordat deze als katalysator een met toepassing van de werkwijze volgens conclusies 1-4 bereide katalysator, respectievelijk een katalysator volgens conclusies 5-8, en een stabiliseermid-10 del volgens de werkwijze van conclusies 10-13 bevat. 8003898Solar energy storage cell containing water and a catalyst for the decomposition of water into hydrogen and oxygen, characterized in that it acts as a catalyst, a catalyst prepared according to the process according to claims 1 to 4 and a catalyst according to claims 5-8, and a stabilizer according to the method of claims 10-13. 8003898
NL8003898A 1980-07-04 1980-07-04 Colloidal oxidn. catalyst from ruthenium tetra:oxide - and inorganic carrier in water, esp. for solar energy storage cell NL8003898A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL8003898A NL8003898A (en) 1980-07-04 1980-07-04 Colloidal oxidn. catalyst from ruthenium tetra:oxide - and inorganic carrier in water, esp. for solar energy storage cell

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL8003898A NL8003898A (en) 1980-07-04 1980-07-04 Colloidal oxidn. catalyst from ruthenium tetra:oxide - and inorganic carrier in water, esp. for solar energy storage cell
NL8003898 1980-07-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL8003898A true NL8003898A (en) 1982-02-01

Family

ID=19835572

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL8003898A NL8003898A (en) 1980-07-04 1980-07-04 Colloidal oxidn. catalyst from ruthenium tetra:oxide - and inorganic carrier in water, esp. for solar energy storage cell

Country Status (1)

Country Link
NL (1) NL8003898A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108778503A (en) * 2016-03-31 2018-11-09 日本瑞翁株式会社 The manufacturing method of the dispersion liquid of particle containing metal and the manufacturing method of hydrogenating conjugated diene polymers

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108778503A (en) * 2016-03-31 2018-11-09 日本瑞翁株式会社 The manufacturing method of the dispersion liquid of particle containing metal and the manufacturing method of hydrogenating conjugated diene polymers
EP3437737A4 (en) * 2016-03-31 2019-12-04 Zeon Corporation Method for preparing dispersion of metal-containing particles and method for producing hydrogenated conjugated diene polymer
US11266978B2 (en) 2016-03-31 2022-03-08 Zeon Corporation Method for preparing dispersion of metal-containing particles and method for producing hydrogenated conjugated diene polymer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Goss et al. Spectral, electrochemical and electrocatalytic properties of 1, 10-phenanthroline-5, 6-dione complexes of transition metals
Hurrell et al. Electrocatalytic activity of electropolymerized films of bis (vinylterpyridine) cobalt (2+) for the reduction of carbon dioxide and oxygen
US4382846A (en) Simultaneous production of hydrogen and oxygen from water
US9790605B2 (en) Iridium complexes for electrocatalysis
Hintermair et al. Particle formation during oxidation catalysis with Cp* iridium complexes
US4421617A (en) Photolytic production of hydrogen from water
Amouyal et al. Photochemical production of hydrogen from water
CN108298499B (en) Method for decomposing and releasing hydrogen by catalyzing formic acid with water-soluble metal complex
Greenbaum Interfacial photoreactions at the photosynthetic membrane interface: an upper limit for the number of platinum atoms required to form a hydrogen-evolving platinum metal catalyst
Narayanan et al. Reduction of metal carbonyls via electron transfer. Formation and chain decomposition of formylmetal intermediates
EP0070712A2 (en) Catalysts for photo-assisted oxidation-reduction reactions
Yamada et al. Photocatalytic hydrogen evolution from carbon-neutral oxalate with 2-phenyl-4-(1-naphthyl) quinolinium ion and metal nanoparticles
Mase et al. Catalytic reduction of proton, oxygen and carbon dioxide with cobalt macrocyclic complexes
Oishi A water-soluble Wilkinson's complex as homogeneous catalyst for the photochemical reduction of water
Wang et al. New platinum and ruthenium Schiff base complexes for water splitting reactions
Kelson et al. Kinetic study of 2‐propanol and benzyl alcohol oxidation by alkaline hexacyanoferrate (III) catalyzed by a terpyridyl ruthenium complex
Kaneko et al. Photoinduced electron transfer from polystyrene pendant tris (2, 2′‐bipyridyl) ruthenium (II) complex to methylviologen
NL8003898A (en) Colloidal oxidn. catalyst from ruthenium tetra:oxide - and inorganic carrier in water, esp. for solar energy storage cell
Jiang et al. N-heterocyclic carbene-ligated metal complexes and clusters for photocatalytic CO 2 reduction
WO2004049477A2 (en) Metal alloy for electrochemical oxidation reactions and method of production thereof
CN116212964B (en) Iridium catalyst for hydrogen production from formic acid, and preparation method and application thereof
JP4302819B2 (en) Photochemical catalyst, photochemical decomposition method, and fuel cell
Kiwi Photochemical generation of reduced β-nicotinamide-adenine dinucleotide (induced by visible light)
KR20240014053A (en) Electrochemical reduction of carbon dioxide catalyzed by polyoxometalate
JPH0235037B2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
A1B A search report has been drawn up
BV The patent application has lapsed