WO2004106241A1 - Diamantelektrode für elektrochemische anwendungen sowie verfahren zu ihrer herstellung und verwendung - Google Patents

Diamantelektrode für elektrochemische anwendungen sowie verfahren zu ihrer herstellung und verwendung Download PDF

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electrode according
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Lothar SCHÄFER
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    • C02F2201/46115—Electrolytic cell with membranes or diaphragms

Definitions

  • the invention relates to an electrode for electrochemical reactions, which has a reaction surface made of diamond. Furthermore, a method for producing such an electrode and a method for using it.
  • Conductive, boron-doped diamond electrodes have become increasingly important in electrochemistry in the past. Diamond electrodes are compared to those from e.g. glassy carbon or graphite awarded in several ways. The special properties include a large range of electrochemical potential in aqueous and non-aqueous media and high chemical and electrochemical stability.
  • Diamond electrodes can be used in analysis and synthesis. Diamond electrodes can be used particularly advantageously for the purification of waste water and for water disinfection. This is due to the high electrochemical overvoltage in the electrolysis of water. This creates extremely reactive species during operation of the diamond electrodes, such as. B. OH radicals and ozone with high current efficiency.
  • electrodes are currently being made different materials, such as metals or silicon, with a conductive, polycrystalline diamond layer.
  • metals or silicon with a conductive, polycrystalline diamond layer.
  • such electrodes have the disadvantage of limited chemical stability. Damaged areas or pores in the diamond layer expose the underlying body to the chemical attack of the reactants. In a chemically or electrochemically aggressive environment, this leads to the infiltration of the diamond layer or the dissolution of the less stable base material.
  • EP 1036861A1 discloses a diamond-coated electrode with a largely pore-free diamond layer.
  • the production comprises several seeding and growth steps, so that the production of large-area electrodes is still very complex.
  • the conversion rates in chemical synthesis are therefore still limited by the available electrode areas.
  • the object of the invention is therefore to develop a diamond electrode which has a high chemical resistance. Furthermore, large surfaces of these electrodes are to be provided with a few and simple process steps.
  • the object is achieved according to the invention by an electrode for electrochemical applications which has a reaction surface made of diamond, the electrode containing particles (1) which have at least one outside (2) made of conductive diamond, cf. 1 and 2.
  • An electrode for electrochemical applications in the sense of this invention is a device which can be connected to an electrical current or voltage source and on whose surface a chemical reaction takes place for analysis or synthesis purposes.
  • a synthesis in this sense is also the cleaning or disinfection of water by electrolysis.
  • particles of conductive diamond see FIG. 1c
  • particles (3) of a foreign material which is coated with conductive diamond (2), see FIG. 1a-lb
  • the large active surface is particularly advantageous compared to a coated, flat diamond electrode.
  • an electrode formed in this way in reactive media is insensitive to pores or cracks and flaking in the diamond layer, since the destruction of individual particles due to the large number of remaining particles does not significantly impair the function of the electrode.
  • the particles according to the invention have a size of approximately 5 ⁇ m to approximately 120 ⁇ m.
  • the lower limit is chosen such that a sufficient flow of the chemical compounds to be converted through the electrode is still made possible.
  • the upper limit results on the one hand from the fact that the ratio of the surface to the volume decreases with increasing particle size; in the case of approximately spherical particles, this decrease is proportional to 1 / r, where r denotes the radius of the particles.
  • manufacturing costs and costs also increase with increasing size, especially when a diamond body is used. It goes without saying that the particle size can be adapted to the particular synthesis and the flow mechanics of the reactor used.
  • Particles can be produced in a particularly simple manner by applying a conductive diamond layer to a base body as the core of the particle.
  • a conductive diamond layer to a base body as the core of the particle.
  • Known methods of activated chemical vapor deposition are particularly suitable for this.
  • Either a metal, an alloy, a ceramic or carbon is suitable as the material for the core.
  • Silicon ceramics are particularly suitable as ceramics.
  • a carbon core it can consist of both graphite and diamond.
  • Well-available diamond from high-pressure synthesis or natural diamond dust is particularly suitable for a diamond core.
  • the material used for the core can be in the form of a solid particle or a hollow shape, for example a hollow ball or a cup-shaped body.
  • the diamond sheathing is applied to this basic body as a protective layer and reaction surface.
  • Conductive diamond layers such as are obtainable, for example, by doping with boron, are particularly preferred.
  • the thickness of the diamond layer is approximately 0.5 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • the lower limit of the layer thickness results from the requirement that the particles should have a sufficient cross section for the electrical power line.
  • the diamond layer should be as closed as possible as a protective layer for the base body made of metal, an alloy or a ceramic, see FIG.
  • the upper limit of the layer thickness is either limited by the particle size or by the effort required for diamond deposition.
  • a conductive base body for. B. made of niobium or titanium.
  • niobium or titanium In M.L. Terranova et al, Electrochemical behavior of electrodes assembled with titanium-containing diamond films, Diamond and Related Materials 10 (2001) 627, describe that in the case of flat diamond electrodes, the inclusion of particles of these
  • Metals can achieve sufficient conductivity.
  • a doped, conductive diamond layer is particularly preferred. This conductivity can be achieved, for example, by doping the diamond layer with boron. Preferred boron concentrations are between about 10 ppm and about 10000 ppm. Particularly preferred boron concentrations are between about 100 and about 6000 ppm. Since the boron content of the diamond surface also influences the chemical reaction taking place, the person skilled in the art will choose it according to the desired application.
  • One way of making electrical contact with the particles (1) is to place the particles in a housing (9) are introduced and means (4, 8) are provided which enable an electrical current to flow via the particles, see FIG. 2.
  • a filter frit or a spatially separated cell is particularly suitable as the housing.
  • the conductive particles are contacted with a feeder electrode (8).
  • a feeder electrode Either a flat steel sheet or several wires that protrude into the particle-filled area are suitable as feeder electrodes.
  • contacting with a diamond electrode is also considered, as described for example in EP 1036861A1.
  • this feeder electrode can be connected to a conventional current or voltage source.
  • (7) is formed and contains a working electrode (1,8) and the other chamber contains an electrolyte (5) and a counter electrode (4), one of the diamond electrodes (1) according to the invention being usable as the working electrode.
  • the chambers are separated by a diaphragm or an ion exchange membrane.
  • Membranes with a polytetrafluoroethylene base body with corresponding functional groups are particularly preferred.
  • One chamber contains a counter electrode and an electrolyte, which is adapted to the electrochemical reaction.
  • the second chamber contains the chemical compound intended for the reaction as well as the conductive particles with the diamond reaction surface according to the invention. These particles are electrically contacted by the feeder electrode. After switching on the current flow between The desired electrochemical reaction takes place against the counter electrode and working electrode.
  • the reaction is advantageously carried out at a current density of less than 2 A / cm 2, particularly preferably less than 1 A / cm 2.
  • a particular advantage of the diamond electrode according to the invention is the large active surface. This means that high absolute currents can be used even at low current densities. The turnover rate can thus be increased in line with washing.
  • the working chamber of the spatially separated cell can be equipped with a filter insert that retains the diamond particles, but allows the product of the reaction to flow away.
  • the method according to the invention is not limited to aqueous solutions.
  • the particles according to the invention for forming a diamond electrode for electrochemical reactions are produced in a hot wire CVD process.
  • basic bodies made of diamond dust with an average grain size of 50 ⁇ m are introduced into a CVD reactor.
  • the storage takes place on a temperature-resistant sheet, e.g. B. made of silicon or molybdenum.
  • the pressure in the process chamber during diamond deposition is approximately 10 to 100 mbar.
  • the Process gas contains 0.5 - 3% methane and 0.5 - 3% of a gaseous, boron-containing compound, preferably trimethyl borate, as a dopant in order to achieve the desired conductivity of the diamond particles.
  • the rest of the process gas supplied consists of hydrogen.
  • a seeding step of the particles preceding the diamond deposition by known processes is also possible, which e.g. are described in DE 4233085 C2 or in EP 1129233 B1.
  • the growth process is stopped.
  • the particles thus obtained can be used as electrode material without further treatment.
  • waste water 7 is to be cleaned of organic pollutants.
  • the second chamber which contains the diamond powder 1 according to the invention, is separated from the counterelectrode 4 by a cation exchange membrane (KAM) 6.
  • KAM cation exchange membrane
  • the contaminated wastewater 7 is introduced into this chamber from below.
  • An electrical voltage is applied between the counter electrode 4 and the feeder electrodes 8, so that a current density of approximately 10 amperes per cm 2 is established.
  • the oxidation of water on the diamond electrode forms OH radicals, which are organic substances such as B. phenols and complexing agents, decompose.
  • the wastewater cleaned in this way and the C0 2 formed during the reaction leaves the second chamber via an outlet.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrode (1, 8) für elektrochemische Umsetzungen, welche eine Reaktionsfläche aus Diamant aufweist, wobei die Elektrode (1, 8) Partikel (1) enhält, welche eine Aussenseite aus leitfähigem Diamant aufweisen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Elektrode (1, 8), bei welchem die Partikel (1) dadurch hergestellt werden, dass auf Grundkörper aus einem Metall, einer Legierung, einer Keramik, Graphit oder Diamant eine leitfähige Diamantschicht aus der Gasphase abgeschieden wird.

Description

Patentanmeldung:
Diamantelektrode für elektrochemische Anwendungen sowie Verfahren zu ihrer Herstellung und Verwendung
Anmelderin: Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten
Forschung e.V.
Die Erfindung betrifft eine Elektrode für elektrochemische Umsetzungen, welche eine Reaktionsfläche aus Diamant aufweist. Weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Elektrode und Verfahren zu ihrer Verwendung.
Leitfähige, bordotierte Diamantelektroden haben in der Vergangenheit eine steigende Bedeutung in der Elektrochemie erfahren. Diamantelektroden sind dabei gegenüber solchen aus z.B. glasartigem Kohlenstoff oder Graphit in mehrfacher Hinsicht ausgezeichnet. Zu den besonderen Eigenschaften zählen ein großer Bereich des elektrochemischen Potentials in wässrigen und nicht-wässrigen Medien und hohe chemische und elektrochemische Stabilität.
Diamantelektroden sind in der Analyse und der Synthese einsetzbar. Besonders vorteilhaft können Diamantelektroden zur Reinigung von Abwasser und zur Wasserdesinfektion eingesetzt werden. Dies beruht auf der hohen elektrochemischen Überspannung bei der Elektrolyse von Wasser. Dadurch entstehen beim Betrieb der Diamantelektroden äußerst reaktive Spezies, wie z. B. OH-Radikale und Ozon mit hoher Stromausbeute .
Für die großtechnische Umsetzung chemischer Substanzen sind jedoch große Elektrodenoberflächen notwendig. Um solch große Oberflächen zu erhalten, werden derzeit Elektroden aus unterschiedlichen Materialien, wie z.B. Metalle oder Silicium, mit einer leitfähigen, polykristallinen Diamantschicht versehen. Solche Elektroden weisen jedoch den Nachteil der eingeschränkten chemischen Stabilität auf. Durch Schadstellen oder Poren der Diamantschicht ist der darunter liegende Grundkörper dem chemischen Angriff der Reaktanten ausgesetzt . In einer chemisch oder elektrochemisch aggressiven Umgebung führt dies zur Unterwanderung der Diamantschicht bzw. zum Auflösen des weniger stabilen Grundkörpermaterials.
Die EP 1036861A1 offenbart zur Lösung dieses Problems eine diamantbeschichtete Elektrode mit einer weitgehend porenfreien Diamantschicht. Die Herstellung umfasst jedoch mehrere Bekeimungs- und Wachstumsschritte, so dass die Herstellung großflächiger Elektroden nach wie vor sehr aufwendig ist. Die Umsetzraten in der chemischen Synthese sind daher weiterhin durch die verfügbaren Elektrodenflächen limitiert .
In M. Yoshimura et al . , Electrochemical characterisation of nanoporous honeycomb diamond electrodes, Diamond and Related Materials 10 (2001) 620, wird vorgeschlagen, zur Vergrößerung der aktiven Oberfläche der Diamantelektrode einen Grundkörper zu verwenden, der eine Wabenstruktur aufweist. Diese Waben weisen eine Größe von 60 x 500 nm auf und lassen sich durch Plasma-Ätzen des Substratmaterials erhalten. Nachteilig an diesem Verfahren ist neben dem zusätzlichen, aufwendigen Verfahrensschritt die Erhöhung der Kapazität der Elektrode um bis zu einen Faktor 400.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zu Grunde, eine Diamantelektrode zu entwickeln, die eine hohe chemische Beständigkeit aufweist. Weiterhin sollen mit wenigen und einfachen Verfahrensschritten große Oberflächen dieser Elektroden bereitgestellt werden. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Elektrode für elektrochemische Anwendungen, welche eine Reaktionsfläche aus Diamant aufweist, wobei die Elektrode Partikel (1) enthält, die mindestens eine Außenseite (2) aus leitfähigem Diamant aufweisen, vergl . Fig. 1 und 2.
Eine Elektrode für elektrochemische Anwendungen im Sinne dieser Erfindung ist dabei eine Einrichtung, welche mit einer elektrischen Strom- oder Spannungsquelle verbindbar ist und an deren Oberfläche eine chemische Reaktion zu Analyse- oder Synthesezwecken abläuft. Eine Synthese in diesem Sinne ist auch die Reinigung oder Desinfektion von Wasser durch Elektrolyse.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass Partikel aus leitfähigem Diamant, vergl. Fig. lc, oder Partikel (3) aus einem Fremdmaterial, das mit leitfähigem Diamant (2) beschichtet ist, vergl. Fig. la-lb, als Elektrode für elektrochemische Anwendungen verwendbar sind. Besonders vorteilhaft ist in diesem Fall die große aktive Oberfläche im Vergleich zu einer beschichteten, flächigen Diamantelektrode. Man spricht in diesem Fall auch von dreidimensionalen Elektroden.
Weiterhin ist eine derart gebildete Elektrode in reaktiven Medien unempfindlich gegenüber Poren oder Rissen und Abplatzungen in der Diamantschicht, da die Zerstörung einzelner Partikel bedingt durch die große Zahl von verbleibenden Partikeln die Funktion der Elektrode nicht wesentlich beeinträchtigt.
Falls Diamant als Grundkörper (3) der Partikel (1) verwendet wird, sind die Partikel besonders gut gegen chemische Angriffe geschützt, da sich der Grundkörper auch bei Beschädigung der außenliegenden Diamantbeschichtung nicht auflöst. Die erfindungsgemäßen Partikel weisen eine Größe von etwa 5 μm bis etwa 120 μm auf. Dabei ist die Untergrenze derart gewählt, dass noch ein ausreichender Durchfluss der umzusetzenden chemischen Verbindungen durch die Elektrode ermöglicht wird. Die Obergrenze ergibt sich zum einen daraus, dass das Verhältnis der Oberfläche zum Volumen mit wachsender Partikelgröße abnimmt; bei etwa kugelförmigen Partikeln ist diese Abnahme proportional zu 1/r, wobei r den Radius der Partikel bezeichnet . Andererseits steigen auch Herstellungsaufwand und Kosten mit wachsender Größe, insbesondere wenn ein Grundkörper aus Diamant verwendet wird. Es versteht sich von selbst, dass die Partikelgröße an die jeweilige Synthese und die Strömungsmechanik des verwendeten Reaktors anpassbar ist.
In besonders einfacher Weise lassen sich Partikel herstellen, indem auf einen Grundkörper als Kern des Partikels eine leitfähige Diamantschicht aufgebracht wird. Dazu eignen sich insbesondere bekannte Verfahren der aktivierten chemischen Gasphasenabseheidung (chemical vapour deposition, CVD) .
Als Material für den Kern eignet sich entweder ein Metall, eine Legierung, eine Keramik oder Kohlenstoff. Als Keramiken eignen sich insbesondere Siliciumkeramiken. Wird ein Kohlenstoffkern verwendet, kann dieser sowohl aus Graphit als auch aus Diamant bestehen. Für einen Diamantkern eignet sich insbesondere gut verfügbarer Diamant aus der Hochdrucksynthese oder auch natürlicher Diamantstaub.
Das für den Kern verwendete Material kann dabei in Form eines massiven Partikels oder einer Hohlform vorliegen, beispielsweise einer Hohlkugel oder einem becherförmigen Körper.
Auf diese vorbezeichneten Grundkörper wird die Umhüllung aus Diamant als Schutzschicht und Reaktionsfläche aufgebracht. Besonders bevorzugt sind dabei leitfähige Diamantschichten, wie sie z.B. durch Dotierung mit Bor erhältlich sind.
In einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt die Dicke der DiamantSchicht etwa 0,5 μm bis 5 μm. Die Untergrenze der Schichtdicke ergibt sich dabei aus der Forderung, dass die Partikel einen hinreichenden Querschnitt für die elektrische Stromleitung aufweisen sollen. Darüber hinaus soll die Diamantschicht als Schutzschicht für den Grundkörper aus Metall, einer Legierung oder einer Keramik möglichst geschlossen sein, vergl. Fig. la. Die obere Grenze der Schichtdicke ist entweder durch die Partikelgröße limitiert oder durch den erforderlichen Aufwand der Diamantabscheidung.
Um die erforderliche Leitfähigkeit der Partikel sicherzustellen, kann ein leitfähiger Grundkörper, z. B. aus Niob oder Titan, verwendet werden. In M.L. Terranova et al, Electrochemical behaviour of electrodes assembled with Ti- containing diamond films, Diamond and Related Materials 10 (2001) 627, wird beschrieben, dass sich bei flächigen Diamantelektroden durch den Einschluss von Partikeln dieser
Metalle eine hinreichende Leitfähigkeit erzielen lässt.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung einer dotierten, leitfähigen Diamantschicht. Diese Leitfähigkeit lässt sich durch beispielsweise durch Dotierung der Diamantschicht mit Bor erzielen. Bevorzugte Borkonzentrationen liegen dabei zwischen etwa 10 ppm und etwa 10000 ppm. Besonders bevorzugte Borkonzentrationen liegen zwischen etwa 100 und etwa 6000 ppm. Da der Borgehalt der Diamantoberfläche auch die ablaufende chemische Reaktion beeinflusst, wird der Fachmann diesen entsprechend der gewünschten Anwendung wählen.
Eine Möglichkeit zur elektrischen Kontaktierung der Partikel (1) besteht darin, dass die Partikel in ein Gehäuse (9) eingebracht werden und Mittel (4,8) vorgesehen sind, die einen elektrischen Stromfluss über die Partikel ermöglichen, vergl. Fig. 2. Als Gehäuse eignet sich insbesondere eine Filterfritte oder eine räumlich getrennte Zelle.
Um den Stromfluss über die Partikel sicherzustellen, erfolgt die Kontaktierung der leitfähigen Partikel mit einer Feederelektrode (8) . Als Feederelektrode eignet sich entweder ein flaches Stahlblech oder mehrere Drähte, die lanzenartig in den partikelgefüllten Raumbereich ragen. In einer elektrochemisch besonders aggressiven Umgebung kommt auch die Kontaktierung mit einer Diamantelektrode in Betracht, wie sie beispielsweise in der EP 1036861A1 vorbeschrieben ist. Diese Feederelektrode ist in jedem Fall mit einer üblichen Strom- oder Spannungsquelle verbindbar.
Besonders bevorzugt ist ein Reaktor (9) mit zwei Kammern und
Mitteln (6) zur Trennung dieser Kammern, wobei eine dieser
Kammern zur Aufnahme der umzusetzenden chemischen Verbindung
(7) ausgebildet ist und eine Arbeitselektrode (1,8) enthält und die andere Kammer einen Elektrolyt (5) und eine Gegenelektrode (4) enthält, wobei als Arbeitselektrode eine der erfindungsgemäßen Diamantelektroden (1) verwendbar ist.
Bei einer solchen räumlich getrennten Zelle werden die Kammern durch ein Diaphragma oder -eine Ionenaustauschermembran getrennt. Besonders bevorzugt sind Membranen mit einem Polytetrafluorethylen-Grundkörper mit entsprechenden funktionellen Gruppen. Die eine Kammer enthält eine Gegenelektrode und einen Elektrolyt, der auf die elektrochemische Reaktion angepasst wird. Die zweite Kammer enthält die zur Umsetzung vorgesehene chemische Verbindung sowie die leitfähigen Partikel mit der erfindungsgemäßen Reaktionsfläche aus Diamant. Diese Partikel werden durch die Feederelektrode elektrisch kontaktiert. Nach Einschalten des Stromflusses zwischen Gegenelektrode und Arbeitselektrode findet die gewünschte elektrochemische Reaktion statt .
Vorteilhaft wird die Umsetzung bei einer Stromdichte von weniger als 2 A/cm2, besonders bevorzugt von weniger als 1 A/cm2 durchgeführt. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Diamantelektrode liegt in der großen aktiven Oberfläche . Damit können auch bei geringer Stromdichte hohen absolute Ströme eingesetzt werden. Somit kann die Umsatzrate wuschgemäß gesteigert werden.
Besonders hohe Umsatzraten ergeben sich dadurch, dass die chemische Verbindung, die umgesetzt werden soll, die Elektrode durchströmt . Dazu kann die Arbeitskammer der räumlich getrennten Zelle mit einem Filtereinsatz ausgerüstet werden, der die Diamantpartikel zurückhält, jedoch das Produkt der Reaktion abfließen lässt. Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf wässrige Lösungen beschränkt.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
ERSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
In einem ersten Ausführungsbeispiel werden die erfindungsgemäßen Partikel zur Bildung einer Diamantelektrode für elektrochemische Umsetzungen in einem Heißdraht-CVD-Verfahren hergestellt. Dazu werden Grundkörper aus Diamantstaub mit einer mittleren Korngröße von 50 μm in einen CVD-Reaktor eingebracht. Die Lagerung erfolgt dabei auf einem temperaturbeständigen Blech, z. B. aus Silicium oder Molybdän.
Der Druck in der Prozesskammer während der DiamantabScheidung beträgt etwa 10 bis 100 mbar. Das Prozessgas enthält 0.5 - 3 % Methan und 0.5 - 3 % einer gasförmigen, borhaltigen Verbindung, vorzugsweise Trimethylborat, als Dotierstoff um die gewünschte Leitfähigkeit der Diamantpartikel zu erzielen. Der Rest des zugeführten Prozessgases besteht aus Wasserstoff. Durch Heizen des in der Kammer installierten Wolframdrahtes werden die Bestandteile der Gasatmosphäre in der Kammer aktiviert und Diamant auf den Grundkörpern abgeschieden.
Möglich ist auch ein der DiamantabScheidung vorhergehender Bekeimungsschritt der Partikel nach bekannten Verfahren, welche z.B. in der DE 4233085 C2 oder in der EP 1129233 Bl beschrieben sind.
Nachdem die Grundkörper mit einer DiamantSchicht von 1 bis 2 μm überwachsen sind, wird der Wachstumsprozess abgebrochen. Die so erhaltenen Partikel können ohne weitere Behandlung als Elektrodenmaterial eingesetzt werden.
ZWEITES AUSFUHRUNGSBEISPIEL
In einem zweiten Ausführungsbeispiel sollen Abwässer 7 von organischen Schadstoffen gereinigt werden. Dazu wird ein
Reaktor gemäß Figur 2 verwendet . Die Kammer der Gegenelektrode 4 wird dabei von einem Elektrolyten 5 durchströmt . Beispielhaft wird verdünnte Schwefelsäure (H2S04) verwendet.
Die zweite Kammer, die das erfindungsgemäße Diamantpulver 1 enthält, ist durch eine Kationenaustauschermembran (KAM) 6 von der Gegenelektrode 4 getrennt. In diese Kammer wird das belastete Abwasser 7 von unten eingeleitet. Zwischen der Gegenelektrode 4 und den Feederelektroden 8 wird eine elektrische Spannung angelegt, so dass sich eine Stromdichte von etwa 10 Ampere pro cm2 einstellt. Durch die Oxidation von Wasser an der Diamantelektrode bilden sich OH-Radikale, die organische Substanzen, wie z. B. Phenole und Komplexbildner, zersetzen. Das so gereinigte Abwasser und das bei der Umsetzung entstehende C02 verlässt die zweite Kammer über einen Auslauf.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrode für elektrochemische Anwendungen, welche eine Reaktionsfläche aus Diamant aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode Partikel (1) enthält, welche eine Außenseite (2) aus leitfähigem Diamant aufweisen.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähigen Partikel eine Größe von etwa 5 μm bis etwa 120 μm aufweisen.
3. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel aus einem Grundkörper (3) aus einem Metall, einer Legierung, einer Keramik oder Kohlenstoff und einer Hülle (2) aus Diamant bestehen.
4. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Diamantschicht eine Dicke von etwa 0.5 μm bis etwa 5 μm aufweist
5. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Diamantschicht eine Dicke von etwa 1 μm bis etwa 3 μm aufweist .
6. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Diamant einen Borgehalt von etwa 10 ppm bis etwa 10000 ppm aufweist.
7. Elektrode nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Diamant einen Borgehalt von etwa 100 ppm bis etwa 6000 ppm aufweist.
8. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel in ein Gehäuse eingebracht sind und Mittel vorgesehen sind, welche einen elektrischen Stromfluss über die Partikel ermöglichen.
9. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähigen Partikel dadurch hergestellt werden, dass auf Grundkörper aus einem Metall, einer Legierung, einer Keramik, Graphit oder Diamant eine Diamantschicht aus der Gasphase abgeschieden wird.
10. Reaktor (9) welcher zur Aufnahme einer umzusetzenden chemischen Verbindung (7) ausgebildet ist und Mittel (8) enthält, welche eine Stromzufuhr ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass als Arbeitselektrode eine Diamantelektrode (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 verwendbar ist.
11. Reaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kammern und Mittel (6) zur Trennung dieser Kammern vorgesehen sind, wobei eine Kammer eine Gegenelektrode (4) enthält und zur Aufnahme eines Elektrolyten (5) ausgebildet ist und die andere Kammer eine Feederelektrode (8) und eine Diamantelektrode (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 enthält und zur Aufnahme einer umzusetzenden chemischen Verbindung (7) ausgebildet ist .
12. Verfahren zur elektrochemischen Umsetzung einer chemischen Verbindung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit der chemischen Verbindung in Kontakt gebracht und mit einer Spannung beaufschlagt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die chemische Verbindung die Elektrode durchströmt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung bei einer Stromdichte von weniger als 2 A/cm2, besonders bevorzugt von weniger als 1 A/cm2 erfolgt.
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