[发明专利]微通道中的无电镀敷

说明书

相关申请

本申请要求2005年10月13日提交的临时专利申请系列号第60/727,112 号的利益。

发明领域

本发明涉及金属的无电镀敷，尤其是在微通道设备中进行的金属无电 镀敷。本发明还涉及在微通道中进行反应的方法。

前言

近年来，在工业和学术方面对微通道器件表现出了极大的兴趣。人们之所 以产生这些兴趣是因为微技术的优点包括如下：减小尺寸，提高生产率，能按 一定尺寸排列任意所需能力的系统(即″增加数量(number up)″)，提高传热和 提高传质。Gavrilidis等已经提供了包括微反应器(微通道设备的子集)的某些研 究成果的综述，参见《微设计反应器的技术和应用(Technology And Applications Of Microengineered Reactors)》Trans.IchemE，第80卷，A部分， 第3-30页(2002年1月)。

尽管人们已经进行了极大的努力来制造适于工业应用的微通道设备， 但是据报导，在微反应技术中，具有长期机械和化学稳定性的催化剂涂层的 制备仍然是个复杂的问题。参见Degussa ScienceNewsletter 15，2006。

本专利申请中描述的发明说明了在无电条件下施加在微通道内的涂层 显示即使在极端条件下也显著提高的稳定性，另外还有其它改进。

无电涂层是人们公知的，已经有一些关于微通道中无电涂层的报导。 无电金属涂层已经长期为人所知，在以下文献对其进行了综述：Mallory等 的″无电镀敷基础和应用(Electroless Plating Fundamentals&Applications)，″ American Electroplaters Society(1990)，Chepuri等的″铂族金属的化学和电化 学沉积及其应用(Chemical and electrochemical depositions of platinum group metals and their applications)，″Coord.Chem.Rev.，第249卷，第613-631页 (2005)。Yekimov等在美国专利第6,361,824号中报道了在通过极薄的玻璃板 的微通道上的银无电镀层。所述微通道的长度可为50-1000微米(μm)。据报 道，在涂敷过程中，微通道必须水平对齐。Yekimov等还报导了为了避免堵 塞，玻璃板的上表面和下表面需要是无阻挡的。即使将微通道限制于这些极 短的长度之内，据报道金属银镀层的厚度也为30-50纳米。Tonkovich等在美 国专利第6,508,862号中描述了一些实施例，其中沉积Pd的无电层，并提出 在微通道中用作吸着剂的用途。Tonkovich等在美国公开专利申请系列号第 20050244304号中描述了在微通道中的无电镀敷。

本发明的一个方面涉及一种改进的无电镀敷Rh的方法。这些年来，人 们进行了大量的努力，以通过无电镀敷形成Rh镀层。德国专利第DE2607988 号(1977)报道了使用亚硝酸胺铑(即(NH₃)_xRh(NO₂)_y)无电铑镀浴的一个例 子，该镀浴中使用肼作为还原剂，使用氢氧化铵作为配位剂。所述亚硝酸胺 铑是通过氯化铑与过量的亚硝酸钠和氢氧化铵反应制备的。类似地，美国专 利第6455175号(2002)包括了用于Rh无电镀敷的组合物，其使用亚硝酸胺 铑、氢氧化铵和水合肼。在此专利中，亚硝酸胺铑是通过K₃[Rh(NO₂)₃Cl₃] 与NH₄OH反应合成的。对于这两种方法，Rh还原过程过快，以致产生大量 气泡。还观察到溶液中Rh沉淀。这些镀敷工艺由于形成气泡和Rh沉淀，因 此对于涂敷微通道器件来说是不实用的。另外，气泡会促进Rh涂层的不均 匀性。Rh沉淀还造成高成本，这是因为Rh很昂贵。