[發(fā)明專(zhuān)利]Fe3AlTa(Ru)型合金和其作為用于氯酸鈉的合成的電極材料或作為耐腐蝕涂層的用途

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380027068.2
• 申請(qǐng)日: 2013-04-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104471097A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅伯特·舒爾茲;西爾維奧·薩瓦
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 魁北克水電公司;彌爾技術(shù)公司
• 主分類(lèi)號(hào): C22C38/12
• 分類(lèi)號(hào): C22C38/12;C22C33/02;C22C38/06;C23C24/08;C25B11/04
• 代理公司: 中科專(zhuān)利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 柳春琦

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于Fe、Al、Ta和催化物種如Ru的新催化合金。

本發(fā)明還涉及這種催化合金作為用于氯酸鈉的合成的電極材料的用途。

技術(shù)背景

最近公開(kāi)了下式的納米晶合金

Fe_3-xAl_1+xM_yT_z

其中

M表示選自由以下各項(xiàng)組成的組的至少一種催化物種：Ru、Ir、Pd、Pt、Rh、Os、Re和Ag；

T表示選自由以下各項(xiàng)組成的組的至少一種元素：Mo、Co、Cr、V、Cu、Zn、Nb、W、Zr、Y、Mn、Cd、Si、B、C、O、N、P、F、S、Cl和Na；

x是大于-1并且小于或等于+1的數(shù)

y是大于0并且小于或等于+1的數(shù)

z是在0至+1之間的范圍內(nèi)的數(shù)

作為用于氯酸鈉的合成的有效陰極材料(參見(jiàn)CA?2,687,129和對(duì)應(yīng)的國(guó)際申請(qǐng)WO?2008/138148)。這些催化材料，當(dāng)作為用于氯酸鈉的電合成的陰極使用時(shí)，顯示非常低的陰極超電勢(shì)并且當(dāng)H₂釋放反應(yīng)在它們的表面發(fā)生時(shí)它們不吸附氫。這些材料還在氯酸鈉電解液中在典型的工業(yè)操作條件(NaClO₃：550g/l；NaCl：110g/l；NaCr₂O₇：3g/l；NaClO：1g/l；pH＝6.5和大約70℃的溫度)下顯示好的耐腐蝕性。

雖然這些Fe_3-xAl_1+xM_yT_z合金的耐腐蝕性在pH6.5非常好，在酸性條件下不是這樣的情況。標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)實(shí)踐頻繁使用酸洗以清潔電化學(xué)池和電極。為了進(jìn)行這種酸洗，通常使用濃度在3％(～1M)至9％(～3M)之間變化的HCl溶液。當(dāng)將上述合金與這種濃酸性溶液接觸時(shí)，它們可以被嚴(yán)重地?fù)p壞。實(shí)際上，這些新催化合金在HCl溶液中在低pH的耐腐蝕性不是十分好。

發(fā)明內(nèi)容

為解決該間題，記錄的發(fā)明人研究了新的配方并且出乎意料地發(fā)現(xiàn)小量的Ta至這些材料的加入可以使得這些新合金不僅在氯酸鹽電解液中，而且在酸性(HCl)溶液中也高度耐腐蝕，而不喪失關(guān)于氯酸鈉的電化學(xué)合成的任何性能。

Fe₃Al(Ru)合金通常是通常通過(guò)機(jī)械合成(mecanosynthesis)以納米晶形式制備的單一相固溶體。將釕和鋁化鐵的粉末混合物激烈地研磨數(shù)小時(shí)直至Ru催化元素進(jìn)入并且高度分散至鋁化鐵(Fe₃Al)的立方晶體結(jié)構(gòu)中。這樣形成的納米晶Fe₃Al(Ru)合金歸因于其高表面積和高度分散的電催化元素是高度活性的。

本發(fā)明的發(fā)明人通過(guò)研究多種三元相圖實(shí)際上發(fā)現(xiàn)，已知是好的耐腐蝕元素的Ta(鉭)在Fe-Al合金中十分可溶。因此，具有不同Ta濃度“t”的Fe₃Al(Ru)Ta_t可以非常簡(jiǎn)單地通過(guò)機(jī)械合成作為單一相材料制備，并且這些新合金不僅對(duì)氯酸鈉的電合成顯示好的電催化活性，而且還顯示在氯酸鈉電解液中以及在濃HCl溶液中好的耐腐蝕性。

因此，本發(fā)明的第一目標(biāo)是特征在于下式的合金：

Fe_3-xAl_1+xM_yT_zTa_t

其中：

M表示選自由以下各項(xiàng)組成的組的至少一種催化物種：Ru、Ir、Pd、Pt、Rh、Os、Re和Ag；

T表示選自由以下各項(xiàng)組成的組的至少一種元素：Mo、Co、Cr、V、Cu、Zn、Nb、W、Zr、Y、Mn、Cd、Si、B、C、O、N、P、F、S、Cl、Na和Ti；

x是大于-1并且小于或等于+1的數(shù)

y是大于0并且小于或等于+1的數(shù)

z是在0至+1之間的范圍內(nèi)的數(shù)

并且t是大于0并且小于或等于+1的數(shù)，優(yōu)選小于0.4并且更優(yōu)選小于或等于0.2

本發(fā)明的合金優(yōu)選是納米晶狀態(tài)。如果是納米晶，微晶小于100nm。合金還優(yōu)選是具有立方晶體學(xué)結(jié)構(gòu)的單一相材料，但依賴(lài)于x、y、z和t組成，也可以是多相。大部分情況下，這些合金是亞穩(wěn)的。換言之，當(dāng)在高溫加熱時(shí)它們分解或轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌臓顟B(tài)。但是再一次，它們依賴(lài)于x、y、z和t組成也可以是熱力學(xué)穩(wěn)定的。