SE447964B - Katalytisk kropp bestaende av en vesentligen amorf komposition av minst tva vakuumavsatta komponenter, sett for dess framstellning samt anvendning av kroppen som en yttre beleggning hos en elektrod - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 447 964 2 Vid det elektrokemiska klor-alkaliförfarandet exempelvis elektrolyseras en natriumkloridlösning så att man erhåller klorgas vid anoden och vätgas samt en lösning av natriumhydroxid vid katoden. Konven- tionella katoder, såsom stål och liknande, uppvisar i dylika celler en överspänning för väte av ca 300-500 mV vid en strömtäthet av 2 kA/m2. Denna över- spänningsförlust resulterar i minskad verkningsgrad vid alstringen av produkterna samt hög energiför- brukning. På grund av den föreliggande energikrisen har det utvecklade vätet blivit av betydande kommer- siell betydelse som bränsle, medan det tidigare van- ligen bortventilerades till atmosfären.

Vid användning av konventionella elektroder för- brukas ca 10 % av den elektriska energi som används i cellerna, genom katodöverspänning. Även en liten reduktion av överspänningen resulterar sålunda i en meningsfull energibesparing. Motsvarande över- spänningsförluster förekommer i alla elektrokemiska processer och motsvarande besparingar är möjliga vid användning av elektroderna enligt föreliggande upp- finning.

Det andra problem som uppträder vid den tidigare . tekniken är elektrodinstabilitet. Många av de material som används försämras genom den miljöpåverkan för vilken de utsätts. Andra material är känsliga för at- mosfärsyre och måste sålunda handhavas med stor för- siktíghet för att förhindra försämring. Ett annat instabilitetsproblem föreligger när en omvänd ström- puls pålägges elektroden. Den omvända strömpulsen för- orsakar omvänd polarisation av elektrodkroppen, som i sin tur förorsakar en väsentlig minskning 1 reak- tionens effektivitet. Sådana strömomkastningar är inte ovanliga vid industriell utövning och förorsakas av läckströmmar under uppstartningar, avstängningar och strömavbrott. Förmåga att motstå dylika polarisa- tionsomkastningar är därför mycket viktig.

I» ,\ 10 15 20 25 30 35 '447 964 3 Avsevärda ansträngningar har gjorts för att över- vinna problemen med överspänning och stabilitet.

Problemen vid vissa tillämpningar kan delvis över- vinnas genom att utnyttja elektroder, som är gjorda av eller belagda med kompositioner av ädelmetaller, såsom platina, palladium, rutenium och liknande. Medan dessa material kan förbättra överspänningsvärdena, är de förknippade med problem i form av mycket hög kostnad och materialbrist samt svårighet vid till- verkningsprocedurerna. Några av de tidigare nämnda elektrodmaterialen är också mycket benägna för prest- andaförsämring genom atmosfärisk förorening eller "förgiftning" av vissa komponenter i reaktionsbland- ningen. Trots dessa problem har materialen funnit viss användning, eftersom de hittills varit de enda mate- rial som är lämpliga för vissa tillämpningar, t ex som elektroder för högtemperaturbränsleceller.

Före föreliggande uppfinning har försöken att eliminera användning av ädelmetaller inte visat sig helt framgångsrika. Så t ex har elektroder av stål och liknande genom elektroplätering belagts med olika material, som åstadkommer kristallina beläggningar.

Fastän sådana elektroder åstadkom en viss reducering av väteöverspänningen vid drift i en klor-alkalicell, var de utsatta för korrosion och försämring vid om- kastning av polarisationen. De amerikanska patent- skrifterna 4 033 837 och 4 105 531 beskriver elektro-. plätering av en legering av nickel (80-20 %), molybden (10-20 %) och vanadin (0,2-1,5 %) på en ledande elektrod för att åstadkomma ett material till användning som en klor-alkalikatod. Detta material hade en något lägre överspänning än obelagd stål, men led av försämring när det utsattes för ovänd polarisation.

Den amerikanska patentskriften 4 080 278 beskriver elektroder, som är belagda med en förening med den allmänna formeln A B O , där A är en alkali- eller x y z lantanoidmetall, B väljes från gruppen: Ti, W, Mo, Mn, 10 15 20 25 30 35 447å964 4 Co, V, Nb, Ta; O är syre. Föreningen blandas med en bindemetall och överdrages på en elektrodbas medelst tekniker, som inbegriper plasma~ och flamsprutning av pulvermaterial, vakuumförångning, katodförstoftning och explosionsbindning. I vissa fall kan tekniken enligt nämnda patentskrift resultera i amorfa belägg- ningar, men det är emellertid inte något ändamål med uppfinningen att framställa amorfa beläggningar och i själva verket synes det vara uppfinnarnas avsikt att återföra den amorfa beläggningen till kristallint tillstånd, eftersom sistnämnda patentskrift anger upp- hettning av de amorfa filmerna för att återföra dem till deras kristallina tillstånd. Vidare tillskrivs inga önskvärda egenskaper eller exempel pådetsålunda formade föremålet i det amorfa tillståndet eller vakuum- avsättningen.

Andra försök inbegriper material av typen "Raney"- metall, varvid avsättning av en flerkomponentsblandning följt av selektivt avlägsnande av en av komponenterna ger ett material med hög ytarea och förbättrade elektro- katalytiska egenskaper. Ett sådant förfarande beskrivs i amerikanska patentskriften 4 ll6 804. Det beskrivna förfarandet inbegriper plätering och flamsprutning av f skikt av nickel respektive aluminium på ett elektrod- substrat, följt av ett steg med upphettning av skikten för att förorsaka interdiffusion av metallerna. Det interdiffunderade aluminiumet lakas sedan för att ge en nickelbeläggning med hög ytarea i förhållande till volymen. Medan elektroderna enligt denna uppfinning uppvisar något sänkta överspänningar för elektrokemiska reaktioner, är processen mycket energiintensiv och det framställda föremålet är mycket mottagligt för försämring genom miljöpåverkan och måste följaktligen skyddas från kontakt med luften.

Ytterligare en annan process beskrivs i den ameri- kanska patentskriften 3 926 844. Denna process inbe- griper avsättning av amorfa borider av nickel, kobolt 'P 10 15 20 25 30 35 447 964 5 eller järn genom reduktion av deras salter i ett vatten- haltigt bad. Fastän de sålunda framställda materialen är amorfa och uppvisar en viss elektrokatalytisk akti- vitet, har metoden begränsad användbarhet. Det kompo- sitionsområde som kan framställas genom denna metod är mycket begränsat på grund av de sammansättninge- restriktioner som pålägges genom de inbegripna pro- cessbetingelserna. Medan låg överspänning diskuteras, verkar det inte som om överspänningen ligger i omrâdet för den låga överspänningen enligt föreliggande upp- finning och de enda utföringsexempel som ges avser en temperatur av 20°C, vilket ligger väl under allmänna driftstemperaturer inom industrin, som ligger i om- rådet ßo-ao°c.

Medan de ovannämnda patentskrifterna diskuterar förbättringar jämfört med olika elektroder, inbe- gripet elektroder av mjukt kolstål, har elektroder av mjukt kolstâl hög överspänning, men förblir likväl den industriella standarden för klor-alkaliindustrin och för vätgasutveckling i allmänhet. De kända kristal- lina strukturerna har kristallplan och mikrokristal- lina gränser och dislokationer, som vardera ökar struk- turens korrosionsbenägenhet, eftersom korrosionsangrepp på strukturen initieras vid dylika ställen. Det verkar därför som om de tidigare försöken att förbättra elektrodprestanda i förhållande till elektroder av mjukt kolstål inte har varit framgångsrika, eftersom de kända elektroderna inte har accepterats i någon nämnvärd grad. 7 De amorfa materialen enligt föreliggande uppfinning kan framställas med en mängd olika sammansättningar i önskade strukturella konfigurationer så att de uppvisar optimal katalytisk aktivitet för givna processbetingelser.

Katalytisk aktivitet är en selektiv interaktion mellan de tillämpliga elektronkonfigurationerna hos katalysa- torn och de reagerande ämnena, vilket resulterar i ett tillstånd, som.tjänar till att styra en reaktion längs 447 964 UI 10 15 20 25 30 35 6 en önskad bana. Katalys är ett ytfenomen. Uppfinningen inbegriper att man skapar och formar amorfa material- kroppar, som uppvisar katalytiska egenskaper genom hela massan hos kropparna. Avvikande elektronkonfigu- rationer, såsom "dinglande" bindningar, mikrohålrum och andra oregelbundenheter, som återfinnes i litet antal på ytan av kristallina material, kan med andra ord planeras att uppträda i större antal genom massan hos den amorfa kroppen, varvid vart och ett kan vara katalytiskt aktiva säten. En metod att öka antalet aktiva säten i en amorf kropp är att utlaka eller för- ånga ett material, som är dispergerat genom en amorf flerkomponentskropp. Kroppar av amorft material kan fås att uppträda som en nästan oändlig yta när de göres på det sätt som skall beskrivas för föreliggan- de uppfinning. När sålunda atomer avlägsnas från ett amorft material genom utlakning eller förångning, resulterar detta i en mängd olika typer av exponerade ytsäten, varav ett stort antal är önskade aktiva typer, till skillnad från motsvarande behandling av kristallina material, där den exponerade ytarean är mycket mindre variabel och sålunda mindre benägen att alstra de önskade, mera katalytiskt aktiva ytarea- sätena. Borttagning av atomer under lakning eller förångning från den amorfa kroppen kvarlämnar inte bara hålrum, utan skapar aktiva säten, som inte kan erhållas genom att forma kroppen utan de atomer som sedan avlägsnas. Vidare kan dessa säten därefter modi- fieras genom tillsats av andra atomer nära dessa säten, som sedan bildar andra typer av katalytiska kroppar.

I enlighet med ett ytterligare drag hos uppfin- ningen behandlas de katalytiska kropparna av amorft material enligt uppfinningen företrädesvis genom upp- hettning till en temperatur, som inte kristalliserar materialen, utan som tillåter strukturell relaxation och rekonstruktion av den amorfa kroppen, vilket också förhöjer katalytisk aktivitet och reducerar överspän- KI! l0 15 20 25 30 35 447 964 7 ning vid elektrodapplikationer enligt uppfinningen vid hög strömtäthet. Dessa konformationsändringar kan också resultera i alstring av modifierad elektrontill- ståndstäthet, bättre utnyttjande av andra tillstånd och/eller förskjutning i Fermi-energin, vilket resul- terar i ytterligare ökningar i katalytisk aktivitet.

Den amorfa beläggningen hos elektroderna enligt uppfinningen avsättes företrädesvis genom vakuumav- sättning (dvs katodförstoftning, ångavsättning eller plasmaavsättning) med hänsyn till enkelhet och ekonomi i framställningen och också för att möjliggöra fram- ställning av vilket som helst önskat materialsamman- sättningsområde. I motsats härtill är, såsom nämnts tidigare, metoder för elektroplätering eller elektro- fniavsättning begränsade till användning av enbart vissa material och kompositioner. Vidare är det möjligt att uppnå elektrontillstånd i amorfa material som är unika, eftersom begränsningarna av kristallin symme- tri och stökiometri inte förefinnes däri. Dessutom tenderar det amorfa tillståndet hos dylika material också att medföra ökad korrosionshärdighet hos en given kropp, på grund av frånvaron av kristallplan och mikrokristallina gränser och dislokationer, som är ställen för initiering av korrosionsangrepp.

Karaktären hos en amorf film, som avsatts genom elektroplätering eller något motsvarande förfarande, skiljer sig väsentligt från den ovanliga sammansätt- ningsstrukturen hos de amorfa katalytiska kropparna enligt uppfinningen. På grund av de inneboende be- gränsningarna i tekniken kan den katalytiska aktivi- teten hos elektropläterade filmer inte enkelt optime- ras eller skräddarsys för att uppfylla specifika reak- tionsbetingelser, som är så viktigt för olika till- lämpningar av uppfinningen. Vid föreliggande uppfin- ning alstrar användningen av vakuumavsättning, speci- ellt samförstoftning eller sprutning, varvid de indi- viduella komponenterna som utgör den aktuella, amorfa Ln 10 15 20 25 30 35 447 964 8 katalytiska kroppen, allra helst riktas separat mot en substratyta med relativt låg temperatur vid indi- viduellt varierbara hastigheter, en stabil, väsentli- gen amorf komposition med nästan vilket som helst önskat komponentförhållande och med en mängd olika strukturella konfigurationer, som ej är i jämvikt.

En amorf komposition i enlighet med uppfinningen kan således göras mera katalytiskt aktiv för den inbe- gripna reaktionen. Detta är inte utan vidare möjligt vid de kända förfarandena för framställning av kata- lytiska kroppar, såsom de elektropläteringsförfaranden och andra förfaranden, som beskrivs i den amerikanska patentskriften 3 926 844.

Vid en elektrod för en elektrokemisk cell kan elek- troden enligt uppfinningen omfatta ett substrat, som kan ha en mängd olika konfigurationer, och företrädes- vis vara gjord av ettrelativt billigtmetall-eller icke-metallmaterial, samt ett ledande överdrag av en väsentligen amorf flerkomponentskomposition. Medan en mängd olika icke-metalliska material kan utnyttjas beträffande substratet, föredrages det att det är ett ledande substrat, såsom stål, titan, grafit, molybden, nickel eller koppar. Det i huvudsak amorfa, ledande överdraget omfattar en amorf flerkomponentsmaterial- legering eller komposition av minst två olika kompo- nenter, varav den ena kan vara en övergângsmetall.

Exempel på oädla övergângsmetaller, som kan användas, inbegriper vanadin, titan, krom, kobolt, nickel, niob, molybden och volfram. Kompositionen kan också inbe- gripa tvâ eller flera av övergångselementen enligt denna lista och/eller mindre mängder av ädla metaller, såsom platina, rutenium och palladium. Dessutom kan andra element än övergångselement sättas till komposi- tionen, såsom litium, bor, kol, kväve, syre, aluminium och kisel. Dessa ytterligare övergångselement eller andra element har till syfte att bibehålla den väsent- ligen amorfa karaktären hos den katalytiska kroppen 15 20 30 447 964 9 och att åstadkomma optimalt reaktiva, strukturella konfigurationcr, som oj är i jämvikt. Det exakta antalet, karaktären och procentandelarna av de kompo- nenter som utgör det ledande överdraget, beror på den särskilda tillämpning, för vilken den aktuella elektroden eller katalytiska kroppen är avsedd.

Vid en föredragen utföringsform av uppfinningen inbegriper, såsom nämnts tidigare, det väsentligen amorfa, ledande överdraget ursprungligen laknings- bara komponenter, såsom aluminium, litium eller zink, som därefter utlakas och kvarlämnar en film med stor ytarea i förhållande till volymen. Dessutom är det högeligen önskvärt vid vissa tillämpningar, speciellt efter lakning, att det amorfa ledande över- draget glödgas. Glödgningsoperationen kan ske i en evakuerad omgivning eller under omgivningsbetingelser.

De föredragna amorfa kompositionerna enligt uppfin- ningen är särskilt fördelaktiga i det att de lämp- ligen kan glödgas i normal omgivning. Vissa tidigare material kräver upphettning i evakuerad eller inert omgivning, vilket är mindre önskvärt. Såsom förklaras tidigare kan man, istället för att utlaka en av de ytterligare komponenterna, även avlägsna dessa kompo- nenter medelst andra metoder än lakning, såsom genom förångning, varvid förângningsbetingelserna inte försämrar den aktuella amorfa blandningen. Efter av- lägsnandeav enkomponent genom lakning eller förång- ning kan en annan komponent även tillsättas till krop- pen, vilken komponent reagerar med de exponerade säte- na för att ge ovanliga strukturella konfigurationer, som i annat fall inte kan erhållas.

Föreliggande uppfinning är också tillämplig på elektroder och andra katalytiska kroppar, vid vilka hela kroppen omfattar en katalytiskt aktiv matris.

Det är följaktligen ett första ändamål med upp- finningen att åstadkomma en katalytisk kropp, som 10 15 20 25 30 35 447 964 10 på ett substrat inbegriper en väsentligen amorf kompo- sition av minst två vakuumavsatta komponenter, av vilka åtminstone en är ett övergångs-metallelement, känneteck- nad därav, att kompositionen har en strukturell konfigu- ration med närordning utan jämvikt, vilket resulterar i ett antal katalytiskt aktiva säten i kompositionen, och att kompositionen består av minst två element, inbe- gripet minst en övergångsmetall från den grupp som består av Ti, V, Cr, Co, Ni, Nb, Mo, Ta, W eller Rh, och even- tuellt minst ett element från den grupp som består av Li, B, C, N, O, Al, Si, Ru, Pt Och Pd.

Ett andra ändamål med uppfinningen är att åstad- komma ett sätt att framställa en katalytisk kropp, känne- tecknad därav, att minst två komponenter, av vilka åtmin- stone en är ett övergångsmetallelement, vakuumavsättes på en yta vid en tillräckligt låg temperatur och på ett sådant sätt och i sådana mängder att av komponenterna skapas en stabil, väsentligen amorf komposition, som har en strukturell konfiguration med närordning utan jämvikt, vilket resulterar i ett antal katalytiskt aktiva säten i kompositionen, och att de komponenter som vakuum- avsättes inbegriper minst en övergångsmetall från den grupp som består av Ti, V, Cr, Co, Ni, Nb, Mo, Ta, W eller Rh, och eventuellt minst ett element från den grupp som består av Li, B, C, N, O, Al, Si, Ru, Pt och Pd. ' Ett tredje ändamål med uppfinningen är användning av den katalytiska kroppen som en elektriskt ledande, yttre beläggning hos en elektrod i en elektrokemisk cell.

Dessa och andra ändamål och fördelar med uppfin- ningen framgår av den efterföljande beskrivningen och patentkraven.

Den föredragna utföringsformen enligt uppfinningen kommer nu att beskrivas genom exempel med hänvisning till de bifogade ritningarna. På dessa visar fig l en typisk ström-spänningskurva för en konventionell 15 20 25 30 35 447 964 ll sandblästrad vätgaselektrod av mjukt kolstål jämfört med katalytiska kroppar enligt olika utföringsformer av uppfinningen. Fig 2 visar en typisk ström-spännings- kurva för en sandblästrad nickelelektrod för syrgas- utveckling jämfört med en utföringsform av en kataly- tisk kropp enligt uppfinningen. Fig 3 är en tabell, som visar överspänningsegenskaperna och Tafel-lutningar för de olika utföringsformerna av katalytiska kroppar som anges i tabellen. " Vid den form av uppfinningen som har sin största användbarhet vid formning av katalytiska kroppar för elektrokemiska tillämpningar, erhålles den mest kata- lytiskt aktiva kroppen genom ett flerstegsförfarande.

Såsom skall beskrivas i detalj i det följande, bildas i det första steget av förfarandet en väsentligen amorf legering eller komposition av minst två element, företrädesvis genom ångavsättningsteknik, på ett före- trädesvis sandblästrat metallsubstrat. Såsom antytts tidigare, inbegriper legeringen eller kompositionen minst en metall och minst en och företrädesvis minst två andra metaller eller element. Så t ex kan den amorfa strukturella kompositionen till en elektrod eller en elektrodbeläggning, som skall användas i en typisk elektrolyscell, som används för att alstra en gas, så- som syre eller väte, inbegripa nickel och ett annat material, såsom molybden eller titan, vartill sätts ett utlakningsbart material, såsom aluminium eller zink.

Det lakningsbara eller förångningsbara materialet av- lägsnas sedan. Den erhållna kroppen kan sedan värme- behandlas, såsom genom glödning, eller kan ett annat material tillsättas för att reagera med de säten, var- ifrån det lakningsbara eller förångningsbara materialet avlägsnats.

I fig 1 visar kurva nr l strömtäthetsegenskaperna som en funktion av överspänningsvärdena för en konven- tionell elektrod av mjukt kolstâl som används inom industrin. Fastän de olika, tidigare kända elektroderna 10 15 20 25 30 35 447 964 12 anges vara väsentligt förbättrade i förhållande till elektroder av mjukt kolstål, utnyttjar huvuddelan av industrin fortfarande elektroder av mjukt kolstål för vätgasutveckling, vilket tyder på att elektroderna enligt den tidigare tekniken inte har tillräckligt förbättrade prestanda jämfört med de grundläggande elektroderna av mjukt kolstål. Den i fig l visade elektroden av mjukt kolstål var väl rengjord genom sandblästring för att ge densamma bästa prestanda.

Den visar likväl en effektiv mättnadsströmtäthet av ca 2 kA/m2.

Kurva nr 2 visar uppträdandet hos en arnorf, vakuum- avsatt elektrod, som har sammansättningen Mo40Ni60.

Förbättringen i prestanda jämfört med elektroden av mjukt kolstål visas genom minskningen i överspän- ning för samma strömtätheter. Likaså har mättnads- strömtätbeten ökat, vilket indikerar ökningen i antal och önskad typ av katalytiskt aktiva säten.

Kurva nr 3 visar uppträdandet hos en lakad, amorf, vakuumavsatt elektrod, som har en avsatt sammansättning motsvarande Mo40Ni40Al20. Den ytterligare ökningen i det önskade antalet av katalytiskt aktiva säten visas av de förbättrade prestanda hos ström-spänningsegen- skaperna. ökningen i antalet katalytiskt aktiva säten erhålles delvis som ett resultat av den ökning i för- hållandet yta till volym som erhålles genom avlägs- nandet av en betydande mängd aluminium från elektrod- kroppen.

Kurva nr 4 visar den förbättring av ström-spän- ningsegenskaperna som erhålles för vätgasutveckling vid höga strömtätheter genom att glödga elektroden enligt kurva nr 3. Vid vissa industriella tillämp-7 ningar och föreliggande vätgasutvecklingstillämpningar arbetar man typiskt vid en strömtäthet av mellan 1,5 och 3 kA/m2. Denna begränsning pålägges delvis genom den effektiva strömtäthetsmättnaden hos de för när- varande använda elektroderna av mjukt kolstål. För _ . -..__..._.._._, 10 15 20 25 30 35 447 964 13 ökad produktionshastighet eller för användningar, vid vilka en separator, såsom ett diafragma, är fäst till elektroden genom upphettning till temperaturer av ca 350°C, sker typiskt en försämring under värmebehand- lingen av kända elektroder av annat slag än stål.

Elektroden enligt kurvan nr 4, som värmebehandlats vid 350°C, visar inget tecken på strömtäthetsmättnad ens vid 10 kA/m2, vilket är mycket önskvärt för ökad produktionshastighet. De ökade hastigheterna medger minskad kapitalinvestering, eftersom ett färre antal celler kan producera samma produktmängd.

I fig 2 visar kurva nr l strömtäthetsegenskaperna som en funktion av överspänningsvärdena för en ren- gjord och sandblästrad nickelelektrod för syrgasut- veckling. En betydande minskning i överspänningsvärdet Aför strömtätheterna erhålles med en amorf, vakuum- avsatt syreelektrodkropp, som har en avsatt samman- sättning av Ti20Ni60Al20. Kroppen lakades därefter och värmebehandlades. Vid exempelvis en strömtäthet av l kA/m2 minskas överspänningen jämfört med nickel- elektroden från ca 255 mV till ll0 mV.

Tabellen i fig 3 visar flera specifika exempel på kompositioner, behandlingar och ström-spännings- uppträdande hos katalytiska kroppar§ Exempel l-10 i tabellen beskrives med avseende på vätgasutveckling och exempel ll beskrives med avseende på syrgasut- veckling. Mätningen av de överspänningar som visas i fig 3 gjordes med användning av en glascell, som hade ett membran vilket separerade anodkammaren från katod- kammaren. För katoden användes en känd area av den samförstoftade katoden i kontakt med elektolyten.

Katoden och anoden anslöts elektriskt med användning av en reglerbar spänningskälla. En Luggin-kapillär i katodkammaren anslöts till en mättad kalomelreferens- elektrod, som i sin tur anslöts till testelektroden genom en voltmeter. För att bestämma katodens över- spänning, pålades en spänning genom spänningskällan 10 15 20 25 30 35 447 964 14 mellan anoden och testkatoden så att strömtätheter upp till 10 kA/m2 erhölls. Strömtätheten begränsades inte genom mättnad av kropparna, utan genom den använda testutrustningen. Överspänningen beräknades med använd- ning av Tafel-ekvationen: n = ß 109 I/I där n = överspänningen (mV), ß ll lutningen hos Tafel- H strömutbytesdensitet, dvs ström vid överspänningen 0, och I = täthet.

Medan processbetingelserna för avsättning av de kurvan i mV/dekad av ström, IO uppmätt ström- valda amorfa kompositionerna kan variera mycket, beskrivs i det följande ett exempel på ett avsätt- ningsförfarande. När den katalytiska kroppen skall in- begripa ett substrat, varpå de beskrivna materialen belägges, behandlas substratet företrädesvis först genom sandblästring, som ökar beläggningens adhesion till substratet. Sandblästring kan ske med slipmedels- korn av olika storlekar och med olika tryck eller med varierande kraft.

Därnäst kan filmerna eller beläggningen av det aktiva materialet bildas genom samförstoftning i ett konventionellt radiofrekvensförstoftningssystem, såsom det som tillverkas av The Veeco Company. Härvid binds ett mål till en platta, som är gjord av ett av de ma- terial som skall avsättas. Den andra önskade komposi- tionen och lakningsmaterialen fästs till målet i önskade mängder. Alternativt kan separata mål,som är gjorda av eller har materialen därpå, användas sam- tidigt. Substraten, som kan ha formen av ett metall- nät, sträckmetall, metallplåt eller trådar, placeras på en hållare, som är anordnad på avstånd från målet eller målen, en sträcka, vilken bestäms av avsätt- ningsparametrarna. Den önskade kompositionen och strukturen hos materialen kan regleras på lämpligt sätt 10 15 20 25 30 35 447 964 15 genom att justera avsättningsparametrarna.

Förstoftningsmaskinen evakueras först till ett vakuumtryck av ca l x 10-6 Torr för att skapa ett bakgrundsvakuum. Argon inläckes i maskinen för att 3 Torr till Torr, vilket bestäms genom avläsning på en alstra ett arbetstryck av ca 4 x l0_ 5 x 1o'3 Pirani-vakuummätare. Materialytorna hos substrat- målet eller -målen rengöres sedan genom för-förstoft- ning under en kort tidsperiod. Därefter samförstoftas materialen på substratet eller substraten under den tid som är nödvändig för att erhålla den önskade tjock- leken, viken typiskt uppgår till ca l0O0Å. till 2 um.

Substrattemperaturerna under förstoftningsoperationen hålles tillräckligt låga för att säkerställa en amorf avsättning.

Efter avsättningen av de amorfa materialen kan den katalytiska kroppen därefter lakas om så önskas för en särskild tillämpning. Efter avlägsnande av ett element kan de aktiva säten, som exponerats genom lak- ning eller förångning ha andra element tillsatta eller införlivade för att skapa andra strukturella konfigu- rationer och orienteringar. Dessa nya strukturella konfigurationer är inte desamma som de som skulle er- hållas om de tillsatta elementen ursprungligen sam- avsattes.

För vissa tillämpningar följs avlägsnandet av ett element av värmebehandling såsom glödgning. Värmebe- handlingen kan ske i vilken som helst önskad omgivning för att selektivt erhålla den önskade typen av kata- lytiskt aktiva säten.

Alternativt kan de katalytiska, amorfa kropparna formas genom att spruta en separat ström av varje material med reglerade hastigheter för att kombineras på en sval yta i den önskade konfigurationen. Den så bildade materialmassan kan avlägsnas från ytan och lakas, förångas och/eller värmebehandlas, såsom be- skrivits ovan. 447 964 16 p Den katalytiska kroppen enligt uppfinningen kan användas som elektrod för tillverkning av H2, C12, NaOH, syre och klorater, osv, eller som elektroder i bränsleceller eller för andra ändamål, vid vilka mekaniskt stabila, korrosionshärdiga, och/eller höge- ligen ledande katalytiska material är önskvärda.

De katalytiska kropparna är användbara som katalysa- torer vid andra kemiska förfaranden än som elektroder för att erhålla fördelarna med uppfinningen. .w

Claims (11)

10 15 20 25 30 35 447 964 17 PATENTKRAV

1. l. Katalytisk kropp, som på ett substrat inbegriper en väsentligen amorf komposition av minst två vakuumav- satta komponenter, av vilka åtminstone en är ett övergångs- metallelement, k ä n n e t e c k n a d därav, att kompositionen har en strukturell konfiguration med när- ordning utan jämvikt, vilket resulterar i ett antal katalytiskt aktiva säten i kompositionen, och att kompo- sitionen består av minst två element, inbegripet minst en övergångsmetall från den grupp som består av Ti, V, Cr, Co, Ni, Nb, Mo, Ta, W eller Rh, och eventuellt minst ett element från den grupp som består av Li, B, C, N, O, Al, Si, Pt och Pd.

2. Katalytisk kropp enligt kravet l t e c k n a d därav, att den väsentligen amorfa kompo- sitionen består av en väsentligen amorf legering, som Ru, k ä n n e - inbegriper minst två olika övergångsmetaller.

3. Katalytisk kropp enligt kravet l eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att kroppen har ett substrat, som inbegriper minst ett ämne, från den grupp som består av stål, nickel, titan, grafit, molybden eller koppar.

4.Sätt att framställa en katalytisk kropp, k ä n - n e t e c k n a t därav, att minst två komponenter, av vilka åtminstone en är ett övergångsmetallelement, vakuumavsättes på en yta vid en tillräckligt låg tempe- ratur och på ett sådant sätt och i sådana mängder att av komponenterna skapas en stabil, väsentligen amorf kom- position, som har en strukturell konfiguration med när- ordning utan jämvikt, vilket resulterar i ett antal kata- lytiskt aktiva säten i kompositionen, och att de kompo- nenter som vakuumavsättes inbegriper minst en övergångs- metall från den grupp som består av Ti, V, Cr, Co, Ni, Nb, Mo, Ta, W eller Rh, och eventuellt minst ett element från den grupp som består av Li, B, C, N, O, Al, Si, Ru, Pt och Pd. LFI 447 964 18

5. Sätt enligt kravet 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att minst två komponenter riktas som separata strömmar samtidigt mot ytan A

6. Sätt enligt kravet 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att i komponenterna som vakuumavsättes på ytan inbegripes en komponent, som efter vakuumavsättningen selektivt avlägsnas från kompositionen.

7. Sätt enligt kravet 6, k ä n n e t e c k n a t därav, att komponenten, som selektivt avlägsnas från kompositionen, utgör minst ca 10 atom% av den ursprung- liga kompositionen.

8. Sätt enligt kravet 6 eller 7, k ä n n e t e c k - n a t därav, att en ytterligare komponent sätts till kompositionen efter avlägsnandet av den tidigare kompo- nenten.

9. Sätt enligt något av kraven 6-8, k ä n n e - t e c k n a t därav, att den avsatta kompositionen därefter värmebehandlas för att relaxera och/eller modifiera kompositionens strukturella konfiguration med närordning utan jämvikt för att förbättra den katalytiska aktiviteten.

10. Användning av en katalytisk kropp enligt något av kraven l-3 som en elektriskt ledande, yttre belägg- ning hos en elektrod i en elektrokemisk ce

11. ll.