[发明专利]活性阴极及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有良好附着性能和使用寿命长的活性阴极及其制备方法，该阴极特别适合盐水的稳定电解。

在电解工业中，降低能量消耗是非常重要的。特别是将相当多的注意力投到降低槽电压上。

采用由贵金属氧化物制的不溶性金属电极作为阳极与采用离子交换膜的盐水电解工业化相结合，几乎能完全消除造成槽电压升高的一些主要因素。在另一方面，迄今为止一直采用低碳钢作为阴极，导致300-400mv高的氢超电压。最近采用包括不锈钢、镍和镀镍的材料代替碳钢。然而，为了达到降低氢的超电压的目的，这些替代物仍有一些缺点。

为了降低因增加表面面积而产生的超电压，已经尝试过一些方法，例如包括从合金沉积物中洗提出某些成分的方法、包括等离子喷射颗粒材料的方法和包括悬浮液电镀的方法。然而，由这些方法制备的阴极的缺点是，阴极的表面粗糙，可能损坏离子交换膜，并且在降低槽电压的效果上也还不足。

最近主要采用的一种降低阴极超电压的方法，包括采用铂金属或其氧化物涂敷镍基底作为催化剂成分。已知采用铂金属氧化物涂敷的实例包括如下方法：一种方法针含有铂金属氧化物的溶液涂敷到被加热的金属基底上，然后焙烧被涂敷的材料以在其表面上制成钌等氧化物(JP-B-55-22556(此处所用的词“JP-B”系指“已审定的日本专利申请”))；一种方法包括通过悬浮液电镀将钌等氧化物的粉末附着到含镍基底表面上(JP-B-59-48872、JP-B-60-13074)；一种方法包括制成金属例如镍和钌的复合氧化物(JP-A-59-232284(此处所用的词“JP-A”系指“未审定的公布的日本专利申请”))。由这些方法制备的阴极，氢的超电压低，氢的超电压几乎不受电解液中的杂质例如铁的影响。然而，由于这些方法包括采用不稳定的氧化物作为阴极，由此所制的阴极没有足够的耐久性，因而其缺点是运行时间往往缩短。

在另一方面，已知一种阴极，它包括铂金属，特别是在由镍等制成的基底上化学沉积的铂或其合金(JP-A-57-23083)。这种阴极的氢超电压低，耐久性长，但其缺点是易被电解液中的杂质例如铁中毒。换句话说，这种铂涂敷的阴极对电解液中的杂质，特别是铁离子是非常敏感的。因此，涂敷铂的阴极甚至能在铁离子的存在量小到不超过1ppm的情况下丧失其氢超电压低的功效。然而，由于大多数的电解装置及其管道是由含铁的材料制成的，所以要避免铁离子在电解液中的存在是极其困难的，这不可避免地会引起阴极的恶化。

为了克服这些困难，有人提出一种用于电解的阴极，它包括涂敷在阴极上的催化剂层，该催化剂层包含铂金属、铂金属氧化物和铂金属氢氧化物中的至少一种，和铈、铈氧化物和铈氢氧化物中的至少一种(JP-B-6-33492)。一般说来，铈在化学上是活泼的，因此它几乎不能在苛性钠溶液中存在。又由于铈的电导率低，所以它无疑能增加前述涂层的电阻。因此，将铈作为盐水电解的阴极催化剂是行不通的。然而，当与前述的铂金属成分混合制成复合涂层时，铈成分在高浓度的碱中是极其稳定的，能制成氢超电压低的阴极涂层，该涂层具有极好的耐久性、抗中毒性和足够的电导率。这大概是因为涂层中的铈成分形成难溶于高浓度碱中的氢氧化铈，并提高铁在铂金属成分上沉积反应的超电压的缘故。

然而，由于上述具有高活性和抗铁中毒性的阴极只能用多孔的催化剂层涂敷在其基底上，所以在催化剂涂层和基底之间的附着性能还较差。因此，含有的铂金属成分和铈成分的催化剂涂层能从基底上剥落或能部分地从基底上脱落。当现出这些缺陷时，会使基底暴露在碱浓度高的水溶液中并受到腐蚀，显著地降低电极的使用寿命。此外基底也能溶解在碱浓度高的水溶液中，增加产品中杂质的含量。

因此本发明的目的是提供一种活性阴极，其催化剂涂层不容易剥落或不容易成片脱落，能有效地利用其特有的高活性和抗中毒性以及提供制备这种活性阴极的方法。

根据以下的详细说明和一些实施例会明显地体现本发明的上述目的。

本发明的上述目的是通过制备一种活性阴极实现的，该活性阴极包括具有表面的导电基底、在导电基底表面上形成的包含镍氧化物的隔层、和在隔层上形成的催化剂层，该催化剂层包含至少一种选自镧系金属氧化物和氢氧化物的镧成分，和至少一种选自铂族金属和银以及其氧化物和氢氧化物的铂成分。

本发明的上述目的也可采用一种制备活性阴极的方法来实现，该方法包括先在导电的基底表面上形成包含氧化物的隔层，然后在隔层的表面上形成催化剂层，该催化剂层包括至少一种选自镧系金属氧化物和氢氧化物的镧成分，和至少一种选自铂族金属和银以及其氧化物和氢氧化物的铂成分。