用于电解析氢的阴极

　　　　　　　　　　　　　　　　　　用于电解析氢的阴极

　　用于同时制备氯和碱的碱性盐水的电解以及次氯酸盐和氯酸盐产生的电化学工艺，是具有阴极析氢的工业电解应用的最典型的实例，但电极并不局限于任何特殊用途。在电解工艺工业中，竞争力与若干因素相关联，其主要是降低与工艺电压直接联系的能耗；这证明了降低后者的各个部件的许多努力是合理的，其中必须包含阴极过电压。利用由没有催化活性的耐化学的材料(例如碳钢)制成的电极自然可获得的阴极过电压长久以来被认为是可接受的。在特定情况下，市场仍然需要提高浓度的苛性产品，由于腐蚀问题这使得碳钢阴极的使用不可行；此外，能量成本的增加使得使用催化剂以便于阴极析氢是可取的。一种可能的解决方案是使用比碳钢更耐化学的镍基材，以及铂基催化涂层。这种类型的阴极通常由可接受的阴极过电压表征，但是呈现有限的有用寿命，这可能是由于涂层与基材差的附着。催化涂层与镍基材的附着的部分改进可通过向催化层的配制剂中添加稀土获得，该催化层任选地作为多孔的外层，其起到对下面的铂基催化层的保护功能；这种类型的阴极在正常的操作条件下足够耐用，然而在工业工厂故障的情况下不可避免地产生的偶然的电流反向后容易遭到严重损坏。

在一个方面，本发明涉及适合于在电解工艺中用作阴极的电极，包含由金属(例如镍)制成的基材，该基材设有由至少三个不同的层形成的催化涂层:与基材直接接触的包含铂的内层、至少一个由包含以元素计40-60重量％铑的氧化物的混合物组成的中间层、以及氧化钌基外层。内层中的铂主要以金属形式存在，然而尤其是在阴极析氢的操作条件下，尤其是在第一次使用之前，不排除铂或其一部分可以以氧化物的形式存在。外层仅由氧化钌层组成，除铑以外中间层的氧化物的混合物进一步包含10-30重量％钯和20-40重量％稀土；在一个实施方案中，稀土含量完全由镨组成。在本上下文中，术语氧化物的混合物表明在电极制备后，相关配制剂的元素主要以氧化物的形式存在；尤其在阴极析氢的操作条件下，不排除可以将这样的氧化物的一部分还原为金属或者其甚至形成氢化物(如在钯的情况下)。这种类型的配制剂以实质上降低的贵金属比负载给予的对电流反向的抵抗性，比最接近的现有技术配制剂高几倍。

本发明涉及一种用于制备电极的方法，其包括对金属基材施加Pt (NH3) 2 (NO3) 2 (二氨基二硝酸铂)的乙酸溶液的一个或多个涂层，随后在80-100°C下干燥、在450-600°C下热分解并且任选重复该循环直至实现所需负载(例如以金属计0.3-1.5g/m2的铂);对如此获得的内催化层施加包含硝酸铑和任选钯和稀土的硝酸盐的乙酸溶液的一个或多个涂层，随后在80-100°C下干燥、在450-600°C下热分解并且任选重复该循环直至实现所需负载(例如以Rh、Pd和稀土总和计的l_3g/m2);对如此获得的中间催化层施加亚硝酰基硝酸钌的乙酸溶液的一个或多个涂层，随后在80-100°C下干燥、在450-600°C下热分解并且任选重复该循环直至实现所需负载(例如以金属计2-5g/m2的铑)。

在所采用的制备条件中使用特定前体有利于形成具有特定排序的晶体晶格的催化剂，对活性、耐久性和对电流反向的抵抗性方面具有正面影响。