WO2018212005A1 - 電気化学的にゲルマンを製造する方法 - Google Patents

電気化学的にゲルマンを製造する方法 Download PDF

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    • C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing germane electrochemically.
  • germane As a raw material for producing the SiGe substrate, germane (GeH 4 ) is used, and it is expected that the amount of GeH 4 used will increase as the use of the SiGe substrate increases.
  • Patent Document 1 describes that GeH 4 can be produced electrochemically with high current efficiency by using a Cu alloy or Sn alloy as a cathode. ing.
  • Non-Patent Document 1 discloses that as a result of screening Pt, Zn, Ti, graphite, Cu, Ni, Cd, Pb, and Sn as cathodes used when electrochemically producing GeH 4 , Cd or Cu is present. It describes that it was optimal in terms of current efficiency and contamination.
  • Non-Patent Document 2 As a result of investigating a plurality of cathodes as cathodes used when electrochemically producing GeH 4 , the hydrogenation rate was 99% or more when Hg was used as the cathode. It is disclosed.
  • Cathode used in the Example of Patent Document 1 (McMaster-Carr Inc. bronze) is difficult to apply a method such as is present only effective element for surface plating or coating, etc., industrial GeH 4 Not suitable for production.
  • Cd or Cu used in Non-Patent Document 1 is used as a cathode, the current efficiency is lowered in a long-time reaction, which is unsuitable for an industrial continuous reaction.
  • the cathode (Hg) used in Non-Patent Document 2 has high toxicity and cannot be used for industrial reactions.
  • One embodiment of the present invention provides a method of electrochemically producing GeH 4 with stable current efficiency over a long period of time.
  • a configuration example of the present invention is as follows.
  • a method for producing germane electrochemically by energizing an electrolytic solution containing a germanium compound in an electrochemical cell having a diaphragm, an anode and a cathode containing palladium to generate germane at the cathode.
  • the electrolytic solution is an electrolytic solution containing germanium dioxide and an ionic substance.
  • the ionic substance is potassium hydroxide or sodium hydroxide.
  • GeH 4 can be produced electrochemically with stable current efficiency over a long period of time.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of the apparatus used in the examples.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between reaction time and current efficiency in the production method of Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between reaction time and current efficiency in the production method of Comparative Example 1.
  • An electrochemical method for producing GeH 4 according to an embodiment of the present invention includes a germanium compound in an electrochemical cell having a diaphragm, an anode, and a cathode containing palladium.
  • the electrolytic solution is energized to generate GeH 4 at the cathode to produce GeH 4 electrochemically.
  • GeH 4 can be efficiently produced electrochemically with a stable current efficiency over a long period of time. Therefore, by using GeH 4 obtained by this method, the SiGe substrate can be efficiently manufactured.
  • this method can be suitably used for industrial continuous reactions.
  • industrial reactions include reactions on a scale such that the electrolyte capacity is 500 to 2500 L, the number of cells is 30 to 150, and the current used is 100 to 300 A.
  • the continuous reaction means that the reaction is preferably carried out continuously for 20 to 200 hours, more preferably for 30 to 120 hours.
  • GeH 4 can be produced with a current efficiency of preferably 10 to 90%, more preferably 12 to 40%. Further, according to the present method, for example, when the reaction is continuously performed for 30 hours and the current efficiency at the reaction time of 10 hours in which the reaction is almost stable is 100%, the reaction time is 30 hours. The current efficiency can be maintained at 95% or more, more preferably 99% or more. In addition, the said current efficiency can be specifically measured by the method as described in the following Example.
  • the electrochemical cell is not particularly limited as long as it has a diaphragm, an anode, and the cathode, and a conventionally known cell can be used.
  • Specific examples of the cell include a cell in which an anode chamber including an anode and a cathode chamber including a cathode are separated using a diaphragm.
  • the cathode is not particularly limited as long as it contains Pd.
  • the cathode may be an electrode made of metal Pd, an electrode made of a Pd-based alloy containing Pd as a main component, or an electrode plated or coated with metal Pd or a Pd alloy.
  • Examples of the plated or coated electrode include an electrode obtained by plating or coating a metal Pd or Pd alloy on a substrate such as Ni.
  • metal Pd is expensive, an electrode obtained by plating or coating metal Pd or a Pd alloy is preferable from the viewpoint of cost.
  • the shape of the cathode is not particularly limited, and may be any of a plate shape, a column shape, a hollow shape, and the like. Further, the size, surface area, etc. of the cathode are not particularly limited.
  • the anode is not particularly limited, and an anode conventionally used in electrochemical production of GeH 4 may be used.
  • An electrode made of a conductive metal such as Ni and Pt, and the conductive metal may be used.
  • An electrode made of an alloy containing the main component is preferable, and an electrode made of Ni is preferable from the viewpoint of cost.
  • the anode may be an electrode plated or coated with the conductive metal or an alloy containing the metal, as with the cathode.
  • the shape, size, surface area, etc. of the anode are not particularly limited as in the case of the cathode.
  • the diaphragm is not particularly limited, and a diaphragm that has been conventionally used in electrochemical cells and that can separate the anode chamber and the cathode chamber may be used.
  • various electrolyte membranes and porous membranes can be used.
  • the electrolyte membrane include polymer electrolyte membranes such as ion exchange solid polymer electrolyte membranes, specifically NAFION (registered trademark) 115, 117, NRE-212 (manufactured by Sigma-Aldrich).
  • the porous film porous ceramics such as porous glass, porous alumina and porous titania, porous polymers such as porous polyethylene and porous propylene, and the like can be used.
  • the electrochemical cell is divided into an anode chamber and a cathode chamber by the diaphragm, the O 2 gas generated at the anode and the GeH 4 generated at the cathode are not mixed, and the respective electrode chambers are mixed. It can be taken out from an independent outlet.
  • O 2 gas and GeH 4 are mixed, the O 2 gas and GeH 4 react with each other and the yield of GeH 4 tends to decrease.
  • GeH 4 is produced from an electrolytic solution containing a germanium compound.
  • the electrolytic solution is preferably an aqueous solution.
  • GeO 2 is preferable.
  • concentration be saturated with respect to the solvent, preferably water.
  • the electrolytic solution preferably contains an ionic substance in order to improve the conductivity of the electrolytic solution and promote the solubility of GeO 2 in water.
  • an ionic substance a conventionally known ionic substance used in electrochemistry can be used, but KOH or NaOH is preferable from the viewpoint of excellent effects. Among these, KOH is preferable because KOH aqueous solution is more excellent in conductivity than NaOH aqueous solution.
  • the concentration of KOH in the electrolytic solution is preferably 1 to 8 mol / L, more preferably 2 to 5 mol / L.
  • concentration of KOH is within the above range, an electrolytic solution having a high GeO 2 concentration can be easily obtained, and GeH 4 can be efficiently produced with high current efficiency.
  • concentration of KOH is less than the lower limit of the above range, the conductivity of the electrolyte solution tends to be low, a high voltage may be required for the production of GeH 4 , and the dissolved amount of GeO 2 in water Tends to decrease, and the reaction efficiency may decrease.
  • concentration of KOH exceeds the upper limit of the above range, a material having high corrosion resistance tends to be required as the material of the electrode or cell, which may increase the cost of the apparatus.
  • the magnitude of the current per unit area (current density) of the cathode when producing GeH 4 (when the current is applied) is excellent in the reaction rate, and can produce GeH 4 with high current efficiency. Therefore, it is preferably 30 to 500 mA / cm 2 , more preferably 50 to 400 mA / cm 2 .
  • the current density is in the above range, the amount of hydrogen gas generated by electrolysis of water can be appropriately controlled without reducing the generation rate of GeH 4 per unit time and the reaction efficiency.
  • the reaction temperature in (when generating the GeH 4) for producing a GeH 4 is excellent in reaction rate, in terms of such can be produced GeH 4 at a low cost, preferably 10 ⁇ 100 ° C., more preferably 15 to 40 ° C.
  • the power consumption for heating the cell can be appropriately controlled without reducing the reaction efficiency.
  • the reaction atmosphere (the gas phase portions of the anode chamber and the cathode chamber) when producing GeH 4 is not particularly limited, but is preferably an inert gas atmosphere, and nitrogen gas is preferable as the inert gas.
  • the electrolytic solution in the electrochemical cell may remain stationary, may be stirred, or may be separately circulated by providing another liquid tank.
  • the other liquid tank is provided and circulated, the change in the concentration of the reaction solution becomes relatively small, the current efficiency can be stabilized, and the GeO 2 concentration on the electrode surface is kept high, and the reaction rate is increased. Improvement can be expected. For this reason, it is preferable to circulate the said electrolyte solution in an electrochemical cell.
  • ⁇ GeH 4 production equipment> This method is not particularly limited as long as the electrochemical cell is used.
  • a power source measuring means (FT-IR, pressure gauge (PI), integrating meter, etc.),
  • An apparatus having a conventionally known member such as a nitrogen gas (N 2 ) supply path, a mass flow controller (MFC), or an exhaust path can be used.
  • N 2 nitrogen gas
  • MFC mass flow controller
  • Example 1 A vinyl chloride electrochemical cell having the anode chamber and the cathode chamber separated by a diaphragm as shown in FIG. 1 was prepared using the following materials.
  • Cathode 0.5 cm ⁇ 0.5 cm ⁇ 0.5 mm thick Pd plate
  • Anode 2 cm ⁇ 2 cm ⁇ 0.5 mm thick Ni plate
  • Diaphragm Nafion (registered trademark) NRE-212 (manufactured by Sigma Aldrich) )
  • Electrolyte solution Liquid obtained by dissolving GeO 2 at a concentration of 90 g / L in a 4 mol / L KOH aqueous solution.
  • Electrolyte solution introduction amount into the cathode chamber 100 mL ⁇
  • Amount of electrolyte introduced into the anode chamber 100 mL
  • Standard electrode A silver-silver chloride electrode is installed at the cathode
  • the gas phase portions of the anode chamber and the cathode chamber were purged with nitrogen gas (N 2 ), and then the power source was Hz-5000 manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd., and current was maintained at ⁇ 100 mA for 37 hours.
  • the current density at this time was 174 mA / cm 2 .
  • the reaction temperature was 15 to 22 ° C.
  • the total amount of the outlet gas generated by the reaction (a gas containing GeH 4 and hydrogen gas) is measured, and by using FT-IR, the total amount of the outlet gas is The GeH 4 concentration of was measured. From these measurement results, the amount of GeH 4 generated was calculated.
  • the current efficiency was calculated based on the following formula from the amount of GeH 4 generated in the last one hour at a specific reaction time and the amount of electricity applied, and the current efficiency was defined as the current efficiency for one hour of reaction time. Similarly, the current efficiency for each reaction time was calculated. The results are shown in FIG. From the results of FIG. 2, no decrease in current efficiency was observed in the reaction for 37 hours.
  • Current efficiency (%) [Electric amount (C / min) ⁇ 60 (min) ⁇ 100] corresponding to generation of GeH 4 of the generated amount (mmol / min) / 100 Total applied electric amount (C / min) ⁇ 60 (min)]
  • Example 1 The reaction was performed under the same conditions as in Example 1 except that a Cd plate of 1 cm ⁇ 1 cm ⁇ 0.5 mm thickness was used as the cathode, and the applied current was changed to ⁇ 200 mA for 24 hours. The result of the current efficiency calculated in the same manner as in Example 1 is shown in FIG. From the results shown in FIG. 3, when the reaction time exceeded 12 hours, a decrease in current efficiency was observed.
  • the current efficiency about 16% (when the reaction time is 10 hours when the reaction is almost stable) can be determined as the current efficiency during normal reaction, and even if the reaction exceeds 30 hours, the current efficiency is It did not drop.

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Abstract

隔膜、陽極およびパラジウムを含む陰極を有する電気化学セル中で、ゲルマニウム化合物を含む電解液に通電して、陰極においてゲルマンを発生させて、電気化学的にゲルマンを製造する方法。

Description

電気化学的にゲルマンを製造する方法
　本発明は、電気化学的にゲルマンを製造する方法に関する。
　従来、半導体デバイスの高速化・低消費電力化は、該デバイスの微細化等によって達成されてきたが、さらなる高速化・低消費電力化のための技術として、ＳｉＧｅ基板などの歪シリコンが注目されている。
　該ＳｉＧｅ基板を作製する際の原料として、ゲルマン（ＧｅＨ4）が使用されており、ＳｉＧｅ基板の使用の増加に伴い、ＧｅＨ4の使用量も増加すると予想される。
　このようなＧｅＨ4の製造方法として、例えば、特許文献１には、陰極として、Ｃｕ合金またはＳｎ合金を使用することで、ＧｅＨ4を高い電流効率で電気化学的に製造できたことが記載されている。
　また、非特許文献１には、電気化学的にＧｅＨ4を製造する際に用いる陰極として、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｔｉ、グラファイト、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｄ、Ｐｂ、Ｓｎをスクリーニングした結果、ＣｄまたはＣｕが電流効率や汚染等の点で最適であったことが記載されている。
　さらに、非特許文献２には、電気化学的にＧｅＨ4を製造する際に用いる陰極として複数の陰極を調査した結果、陰極としてＨｇを使用した場合に、水素化率が９９％以上になったことを開示している。
特開２０１２－５２２３４号公報
Turygin et. al., Inorganic Materials, 2008, vol.44, No.10, pp.1081-1085 Djurkovic et. al., Glanik Hem. Drustva, Beograd, 1961, vol.25/26, pp.469-475
　前記特許文献１の実施例で用いている陰極（McMaster-Carr社製の青銅）は、メッキやコーティング等で表面にだけ有効な元素を存在させるといった方法を適用し難く、工業的なＧｅＨ4の製造には不向きであった。
　また、前記非特許文献１で用いているＣｄやＣｕを陰極として使用すると、長時間の反応では電流効率が低下し、工業的な連続反応には不向きであった。
　さらに、前記非特許文献２で用いている陰極（Ｈｇ）は毒性が高く、工業的な反応には使用できなかった。
　本発明の一実施形態は、長期間にわたって安定的な電流効率でＧｅＨ4を電気化学的に製造する方法を提供する。
　本発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、下記製造方法等によれば、前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
　本発明の構成例は以下の通りである。
　［１］　隔膜、陽極およびパラジウムを含む陰極を有する電気化学セル中で、ゲルマニウム化合物を含む電解液に通電して、陰極においてゲルマンを発生させて、電気化学的にゲルマンを製造する方法。
　［２］　前記電解液が、二酸化ゲルマニウムとイオン性物質とを含む電解液である、［１］に記載の製造方法。
　［３］　前記イオン性物質が、水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムである、［２］に記載の製造方法。
　［４］　前記イオン性物質が水酸化カリウムであり、前記電解液中の水酸化カリウムの濃度が１～８ｍｏｌ／Ｌである、［２］または［３］に記載の製造方法。
　［５］　前記通電の際の陰極の電流密度が３０～５００ｍＡ／ｃｍ2である、［１］～［４］のいずれかに記載の製造方法。
　［６］　前記ゲルマンを発生させる際の反応温度が１０～１００℃である、［１］～［５］のいずれかに記載の製造方法。
　本発明の一実施形態によれば、長期間にわたって安定的な電流効率でＧｅＨ4を電気化学的に製造することができる。
図１は、実施例で用いた装置の概略模式図である。 図２は、実施例１の製造方法における反応時間と電流効率との関係を示す図である。 図３は、比較例１の製造方法における反応時間と電流効率との関係を示す図である。
≪電気化学的にＧｅＨ4を製造する方法≫
　本発明の一実施形態に係る電気化学的にＧｅＨ4を製造する方法（以下「本方法」ともいう。）は、隔膜、陽極およびパラジウムを含む陰極を有する電気化学セル中で、ゲルマニウム化合物を含む電解液に通電して、陰極においてＧｅＨ4を発生させて、電気化学的にＧｅＨ4を製造する。
　本方法によれば、長期間にわたって安定的な電流効率で効率的にＧｅＨ4を電気化学的に製造することができる。従って、本方法で得られたＧｅＨ4を用いることで、ＳｉＧｅ基板を効率的に製造することもできる。
　本方法は、前記効果を奏するため、工業的な連続反応に好適に用いることができる。
　このような工業的な反応としては、例えば、電解液容量が５００～２５００Ｌで、セル数が３０～１５０個、使用する電流が１００～３００Ａといったような規模の反応が挙げられる。
　また、前記連続反応としては、反応を、好ましくは２０～２００時間、より好ましくは３０～１２０時間連続して行うことをいう。
　本方法によれば、好ましくは１０～９０％、より好ましくは１２～４０％の電流効率でＧｅＨ4を製造することができる。
　また、本方法によれば、例えば３０時間連続的に反応させた場合であって、反応がほぼ安定領域となる反応時間１０時間時の電流効率を１００％とした場合、該反応時間３０時間時の前記電流効率を、好ましくは９５％以上、より好ましくは９９％以上に維持することができる。
　なお、前記電流効率は、具体的には、下記実施例に記載の方法で測定することができる。
＜電気化学セル＞
　前記電気化学セルとしては、隔膜、陽極および前記陰極を有すれば特に制限されず、従来公知のセルを用いることができる。
　該セルとしては、具体的には、陽極を含む陽極室と、陰極を含む陰極室とを隔膜を用いて隔てたセル等が挙げられる。
＜陰極＞
　前記陰極は、Ｐｄを含めば特に制限されない。
　該陰極は、金属Ｐｄからなる電極やＰｄを主成分とするＰｄ基合金からなる電極であってもよいし、金属ＰｄまたはＰｄ合金をメッキまたはコーティングした電極であってもよい。
　前記メッキまたはコーティングした電極としては、Ｎｉ等の基材に金属ＰｄまたはＰｄ合金をメッキまたはコーティングした電極等が挙げられる。
　これらの中でも、金属Ｐｄは高価であるため、コストの面からは、金属ＰｄまたはＰｄ合金をメッキまたはコーティングした電極であることが好ましい。
　前記陰極の形状は特に制限されず、板状、柱状、中空状等のいずれであってもよい。
　また、前記陰極の大きさ、表面積等も特に制限されない。
＜陽極＞
　前記陽極としては、特に制限されず、電気化学的にＧｅＨ4を製造する際に従来用いられてきた陽極を用いればよいが、ＮｉおよびＰｔ等の導電性金属からなる電極、該導電性金属を主成分とする合金からなる電極等が好ましく、コストの面から、Ｎｉからなる電極が好ましい。
　また、前記陽極は、陰極と同様に、前記導電性金属または該金属を含む合金をメッキまたはコーティングした電極を使用してもよい。
　前記陽極の形状、大きさ、表面積等も、前記陰極と同様に特に制限されない。
＜隔膜＞
　前記隔膜としては、特に制限されず、電気化学セルに従来用いられてきた、陽極室と陰極室とを隔てることが可能な隔膜を用いればよい。
　このような隔膜としては、種々の電解質膜や多孔質膜を用いることができる。
　電解質膜としては、高分子電解質膜、例えばイオン交換固体高分子電解質膜、具体的には、ＮＡＦＩＯＮ（登録商標）１１５、１１７、ＮＲＥ－２１２（シグマアルドリッチ社製）等が挙げられる。
　多孔質膜としては、多孔質ガラス、多孔質アルミナ、多孔質チタニア等の多孔質セラミックス、多孔質ポリエチレン、多孔質プロピレン等の多孔質ポリマー等を用いることができる。
　本発明の一実施形態では、隔膜により、電気化学セルを陽極室と陰極室とに分けるため、陽極で発生するＯ2ガスと陰極で発生するＧｅＨ4とを混合させず、それぞれの電極室の独立した出口から取り出すことができる。
　Ｏ2ガスとＧｅＨ4とが混合すると、Ｏ2ガスとＧｅＨ4とが反応して、ＧｅＨ4の収率が低下する傾向にある。
＜ゲルマニウム化合物を含む電解液＞
　本方法では、ゲルマニウム化合物を含む電解液からＧｅＨ4を製造する。
　該電解液は、好ましくは水溶液である。
　前記ゲルマニウム化合物としては、ＧｅＯ2が好ましい。
　前記電解液中のＧｅＯ2の濃度は、高い方が反応速度が速くなり、効率的にＧｅＨ4を合成できるため、溶媒、好ましくは水に対する飽和濃度にすることが好ましい。
　前記電解液は、電解液の導電性を向上させ、ＧｅＯ2の水への溶解性を促進させるために、イオン性物質を含むことが好ましい。
　該イオン性物質としては、電気化学に用いられる従来公知のイオン性物質を用いることができるが、前記効果に優れる等の点から、ＫＯＨまたはＮａＯＨが好ましい。これらの中でも、ＫＯＨ水溶液は、ＮａＯＨ水溶液に比べより導電性に優れるため、ＫＯＨが好ましい。
　前記電解液中のＫＯＨの濃度は、好ましくは１～８ｍｏｌ／Ｌ、より好ましくは２～５ｍｏｌ／Ｌである。
　ＫＯＨの濃度が前記範囲にあると、ＧｅＯ2濃度の高い電解液を容易に得ることができ、高い電流効率でＧｅＨ4を効率的に製造することができる。
　ＫＯＨの濃度が前記範囲の下限未満であると、電解液の導電性が低くなる傾向にあり、ＧｅＨ4の製造に高電圧が必要になる場合があり、また、ＧｅＯ2の水への溶解量が低下する傾向にあり、反応効率が低下する場合がある。一方、ＫＯＨの濃度が前記範囲の上限を超えると、電極やセルの材質として耐食性の高い材質が必要になる傾向にあり、装置のコストが高くなる場合がある。
＜反応条件＞
　本方法において、ＧｅＨ4を製造する際（前記通電の際）の陰極の単位面積当たりの電流の大きさ（電流密度）は、反応速度に優れ、高い電流効率でＧｅＨ4を製造できる等の点から、好ましくは３０～５００ｍＡ／ｃｍ2、より好ましくは５０～４００ｍＡ／ｃｍ2である。
　電流密度が前記範囲にあると、単位時間当たりのＧｅＨ4の発生速度や反応効率を低下させることなく、水の電気分解による水素ガスの発生量を適度に制御することもできる。
　ＧｅＨ4を製造する際（ＧｅＨ4を発生させる際）の反応温度は、反応速度に優れ、低コストでＧｅＨ4を製造できる等の点から、好ましくは１０～１００℃、より好ましくは１５～４０℃である。
　反応温度が前記範囲にあると、反応効率を低下させることなく、セルの加熱のための電力消費を適度に制御することもできる。
　ＧｅＨ4を製造する際の反応雰囲気（陽極室および陰極室の気相部分）は特に制限されないが、不活性ガス雰囲気であることが好ましく、該不活性ガスとしては、窒素ガスが好ましい。
　本方法では、電気化学セル中の前記電解液は、静止させたままでもよいし、撹拌してもよいし、別途他の液槽を設けて循環流通させてもよい。
　前記他の液槽を設けて循環流通させた場合、反応液濃度の変化が相対的に小さくなり、電流効率の安定化が期待できるとともに、電極表面のＧｅＯ2濃度が高く保たれ、反応速度の向上が期待できる。このため、電気化学セル中の前記電解液は循環流通させることが好ましい。
＜ＧｅＨ4の製造装置＞
　本方法では、前記電気化学セルを用いれば特に制限されないが、該セル以外に、例えば、図１に示すような、電源、測定手段（ＦＴ－ＩＲ、圧力計（ＰＩ）、積算計等）、窒素ガス（Ｎ2）供給路、マスフローコントローラー（ＭＦＣ）、排気路など、従来公知の部材を有する装置を用いることができる。
　また、図示しない、前述の循環流路等を有する装置を用いてもよい。
　以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
［実施例１］
　以下の材料を用い、図１に示すような、隔膜で陽極室と陰極室とを隔てた塩化ビニル製電気化学セルを作製した。
　・陰極：０．５ｃｍ×０．５ｃｍ×厚さ０．５ｍｍのＰｄ板
　・陽極：２ｃｍ×２ｃｍ×厚さ０．５ｍｍのＮｉ板
　・隔膜：ナフィオン（登録商標）　ＮＲＥ－２１２（シグマアルドリッチ社製）
　・電解液：４ｍｏｌ／ＬのＫＯＨ水溶液に９０ｇ／Ｌの濃度でＧｅＯ2を溶解させた液体
　・陰極室への電解液導入量：１００ｍＬ
　・陽極室への電解液導入量：１００ｍＬ
　・標準電極：銀－塩化銀電極を陰極に設置
　得られた電気化学セルにおける、陽極室および陰極室の気相部分を窒素ガス（Ｎ2）でパージした後、電源として、北斗電工（株）製Ｈｚ－５０００を用い、－１００ｍＡで３７時間電流を印加することで、電気化学的にＧｅＨ4を製造した。このときの電流密度は、１７４ｍＡ／ｃｍ2であった。
　なお、電流の印加の際に電気化学セルの温度をコントロールしなかったところ、反応温度は１５～２２℃であった。
　陰極室の出口ガスを、積算計を用いて測定することで、反応により生じた出口ガス全量（ＧｅＨ4および水素ガスを含むガス）を測定し、ＦＴ－ＩＲを用いることで、出口ガス全量中のＧｅＨ4濃度を測定した。これらの測定結果から、ＧｅＨ4の発生量を算出した。
　ある特定の反応時間において直近１時間のＧｅＨ4の発生量と、印加した電気量とから、下記式に基づいて電流効率を算出し、該電流効率を反応時間１時間の電流効率とした。同様にして、各反応時間の電流効率を算出した。結果を図２に示す。
　図２の結果から、３７時間の反応で、電流効率の低下は見られなかった。
　電流効率（％）＝［前記発生量（ｍｍｏｌ／ｍｉｎ）のＧｅＨ4が発生するのに相当する電気量（Ｃ／ｍｉｎ）×６０（ｍｉｎ）×１００］／［印加した全電気量（Ｃ／ｍｉｎ）×６０（ｍｉｎ）］
［比較例１］
　陰極として１ｃｍ×１ｃｍ×厚さ０．５ｍｍのＣｄ板を使用し、印加する電流を－２００ｍＡで２４時間に変更した以外は実施例１と同様の条件で反応を行った。
　実施例１と同様にして算出した電流効率の結果を図３に示す。
　図３の結果から、反応時間が１２時間を超えると、電流効率の低下が見られた。
　図２によれば、電流効率＝１６％程度（反応がほぼ安定領域となる反応時間１０時間時）が平常反応時の電流効率と判断でき、３０時間を超えて反応しても、電流効率は低下しなかった。
　一方、図３は、反応時間＝１０時間における電流効率を頂点とする山型の図であり、反応時間が１０時間を超えると、電流効率が減少し続けた。従って、比較例１で用いた陰極（Ｃｄ板）は、長時間の反応には耐えられず、陰極を交換する頻度や陰極をメンテナンスする頻度を多くする必要があるため、Ｃｄ板は、工業的な反応には不向きであると考えられる。
　また、比較例１では、陰極板の単位面積当たりの電流負荷量、つまり電流密度（２００ｍＡ／（１ｃｍ2＋１ｃｍ2＋（１×０．０５×３））＝９３ｍＡ／ｃｍ2）が、実施例１（１００ｍＡ／（０．２５ｃｍ2＋０．２５ｃｍ2＋（０．５×０．０５×３））＝１７４ｍＡ／ｃｍ2）に比べ小さく、比較例１は実施例１に比べマイルドな条件であるにもかかわらず、反応時間１０時間頃から電流効率が低下し続けているが、実施例１では３０時間以上経過しても電流効率は低下することが無かった。
　なお、前記電流密度の計算において、「×３」としているのは、一つの面が、固定治具で隠れていることによる。

Claims (6)

  1. 　隔膜、陽極およびパラジウムを含む陰極を有する電気化学セル中で、ゲルマニウム化合物を含む電解液に通電して、陰極においてゲルマンを発生させて、電気化学的にゲルマンを製造する方法。
  2. 　前記電解液が、二酸化ゲルマニウムとイオン性物質とを含む電解液である、請求項１に記載の製造方法。
  3. 　前記イオン性物質が、水酸化カリウムまたは水酸化ナトリウムである、請求項２に記載の製造方法。
  4. 　前記イオン性物質が水酸化カリウムであり、前記電解液中の水酸化カリウムの濃度が１～８ｍｏｌ／Ｌである、請求項２または３に記載の製造方法。
  5. 　前記通電の際の陰極の電流密度が３０～５００ｍＡ／ｃｍ2である、請求項１～４のいずれか１項に記載の製造方法。
  6. 　前記ゲルマンを発生させる際の反応温度が１０～１００℃である、請求項１～５のいずれか１項に記載の製造方法。
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