СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОИГОЛЬЧАТЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ НА ОСНОВЕ ОКСИДНЫХ ВОЛЬФРАМОВЫХ БРОНЗ Российский патент 2012 года по МПК B01J37/34 B01J37/03 B01J23/30 B01J23/02 C25B1/14 B82B3/00 

Описание патента на изобретение RU2456079C1

Изобретение относится к области высокотемпературной электрохимии и может быть использовано преимущественно для получения катализаторов окислительно-восстановительных процессов на основе ориентированных наноигольчатых структур оксидных вольфрамовых бронз, а также для изготовления ион-селективных элементов, электрохромных устройств, холодных катодов.

Электрохимический способ получения материала - игольчатых оксидных вольфрамовых бронз - известен. (а.с. СССР №1420079, опубл. 30.08.88, бюл. №32). В известном способе электролиз ведут в поливольфраматном расплаве при температуре 700°С и плотности тока на платиновом катоде 0.5 А/см2. Способ позволяет получать игольчатые структуры с размером игл 500-3000 мкм, кристаллы в виде кубов размером 1000-5000 мкм, а также мелкокристаллический порошкообразный осадок с размером зерна ≤10 мкм или ветвистые дендриты размером ≤100 мкм.

Известен способ получения игольчатых наноструктур оксидных вольфрамовых бронз (патент РФ №2354753, опубл. 10.05.2009, бюл. №13), согласно которому электролиз ведут с использованием платиновых анода и катода в импульсном потенциостатическом режиме при перенапряжении 170-300 мВ в расплаве, содержащем 30 мол.% K2WO4, 25 мол.% Li2WO4 и 45 мол.% WO3. В данном способе в качестве анода использовалась платиновая проволока, а в качестве электрода сравнения - платиновая фольга площадью 1 см2, полупогруженная в расплав. В этом случае осаждение кристаллов происходило на плоских торцах катодов из платиновой проволоки, диаметр которой составлял лишь доли миллиметра. Это не позволило провести массовую наработку наноигольчатых вольфрамовых бронз с целью использования их в качестве катализаторов. Попытки масштабировать процесс путем осаждения нанокристаллических осадков на платиновой фольге показали, что на ней формируется пленка нанометровой толщины, которую невозможно отделить от подложки. Это связано с влиянием структуры подложки (платиновая фольга имела текстуру (110)). Невозможность отделить полученный наноматериал от подложки является существенным препятствием для реализуемости изобретения в промышленном производстве.

Настоящее изобретение направлено на устранение этого недостатка. Для решения поставленной задачи заявленный способ включает электролиз в импульсном потенциостатическом режиме при перенапряжении 170-300 мВ в расплаве, содержащем 30 мол.% K2WO4, 25 мол.% Li2WO4 и 45 мол.% WO3, с использованием платинового анода, при этом процесс электроосаждения ведут на вольфрамовом катоде.

Благодаря структуре вольфрамового катода в заявленном электрохимическом способе получения катализатора в процессе электроосаждения образуется поликристаллический осадок наноигольчатого материала, который легко отделяется от подложки. Это свидетельствует в пользу технологичности способа и возможности его промышленного использования. Полученный материал имеет большую площадь рабочей поверхности, притом что он устойчив к агломерации.

Устойчивость к агломерации - важнейшее свойство пригодности материала для промышленного использования, так как она исключает при использовании потерю свойств, присущих наноразмерным материалам. Кроме того, полученный материал легко отмывается от электролита, при этом способ получения этого материала безопасен для окружающей среды, поскольку наноиглы не уходят вместе с промывной водой.

Новый технический результат, достигаемый заявленным способом, заключается в повышении его технологичности и пригодности к массовой наработке наноигольчатого катализатора окислительно-восстановительных процессов на основе оксидных вольфрамовых бронз.

Катализаторы получали электролизом расплава, содержащего 30 мол.% K2WO4 25 мол.% Li2WO4, и 45 мол.% WO3, с использованием платинового анода. На ячейку подавали импульс перенапряжения величиной 170-300 мВ, при этом на вольфрамовом катоде формировался поликристаллический осадок. Для исследования полученных образцов провели рентгеноструктурный анализ, а также анализ дисперсности на установке "RIGAKU" DNAX 2200PC. Морфологию осадков определяли с помощью электронного микроскопа JSM-5900 LV, а удельную поверхность - методом БЭТ на приборе СОРБИ 4.1.

Исследования показали, что полученный материал представляет собой порошок бронзы гексагональной структуры, состоящий из микрокристаллов, где каждый микрокристалл - ориентированная наноигольчатая структура. Все иглы имеют одну ориентацию и вытянуты в направлении <0001>. Толщина игл составляет порядка 30-100 нм. Удельная поверхность наработанного порошка, полученного при перенапряжении 200 мВ, составляет 0.92 м2/г. При этом экспериментальные данные о зависимости толщины и количества наноигл от электрохимических параметров позволяют предположить возможность управления процессом электролиза.

Поскольку оксидные вольфрамовые бронзы в качестве катализаторов используются в различных процессах органического и нефтехимического синтеза, и, в том числе, при перекисном окислении органических соединений, полученные нанокристаллические образцы исследовали на каталазную активность, которую определяли по степени превращения гидропероксида водорода в течение 30 минут при температуре 50°С.

Для сравнения по данной методике исследовали каталазную активность оксидных вольфрамовых бронз и других структур, которые тоже могут быть использованы в качестве катализаторов. Эти бронзы были также получены электролизом расплавов, но не являлись нанокристаллическими. Было показано, что каталазная активность образцов, полученных заявленным способом, в 5 и 10 раз выше, чем у порошков бронз кубической и тетрагональной структур соответственно.

Таким образом, заявленный способ является более технологичным и может быть использован для производственного получения нанокристаллического катализатора окислительно-восстановительных процессов на основе оксидных вольфрамовых бронз с высокой каталазной активностью.

Похожие патенты RU2456079C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОВИСКЕРНЫХ СТРУКТУР ОКСИДНЫХ ВОЛЬФРАМОВЫХ БРОНЗ НА УГОЛЬНОМ МАТЕРИАЛЕ 2013
  • Вакарин Сергей Викторович
  • Семерикова Ольга Леонидовна
  • Кондратюк Владимир Степанович
  • Сурат Сергей Александрович
  • Панкратов Александр Алексеевич
  • Плаксин Сергей Владимирович
  • Зайков Юрий Павлович
  • Петров Лев Алексеевич
  • Чупахин Олег Николаевич
RU2525543C1
Электрохимический способ формирования кристаллов оксидных вольфрамовых бронз из нановискеров (варианты) 2019
  • Вакарин Сергей Викторович
  • Семерикова Ольга Леонидовна
  • Косов Александр Валерьевич
  • Панкратов Александр Алексеевич
  • Плаксин Сергей Владимирович
  • Зайков Юрий Павлович
RU2706006C1
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЖНЫХ ГИБРИДНЫХ КАТАЛИТИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННОГО УГЛЕРОДА, СОДЕРЖАЩИХ НА ПОВЕРХНОСТИ ОКСИДНЫЕ ВОЛЬФРАМОВЫЕ БРОНЗЫ 2015
  • Вакарин Сергей Викторович
  • Семерикова Ольга Леонидовна
  • Косов Александр Валерьевич
  • Петров Лев Алексеевич
  • Микушина Юлия Владимировна
  • Шишмаков Андрей Борисович
  • Панкратов Александр Алексеевич
  • Плаксин Сергей Владимирович
  • Зайков Юрий Павлович
  • Чупахин Олег Николаевич
RU2579119C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИГОЛЬЧАТЫХ ОКСИДНЫХ ВОЛЬФРАМОВЫХ БРОНЗ 2007
  • Вакарин Сергей Викторович
RU2354753C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ ОКСИДНЫХ ВОЛЬФРАМОВЫХ БРОНЗ 2009
  • Вакарин Сергей Викторович
  • Меляева Александра Андреевна
  • Панкратов Александр Алексеевич
  • Кочедыков Виктор Анатольевич
  • Акашев Лев Александрович
  • Плаксин Сергей Владимирович
  • Зайков Юрий Павлович
RU2426822C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОВИСКЕРНЫХ СТРУКТУР ОКСИДА МЕДИ 2011
  • Вакарин Сергей Викторович
  • Меляева Александра Андреевна
  • Семерикова Ольга Леонидовна
  • Кондратюк Владимир Степанович
  • Панкратов Александр Алексеевич
  • Плаксин Сергей Владимирович
  • Зайков Юрий Павлович
RU2464224C1
Электрохимический способ получения нановискеров оксида меди 2019
  • Вакарин Сергей Викторович
  • Семерикова Ольга Леонидовна
  • Косов Александр Валерьевич
  • Панкратов Александр Алексеевич
  • Зайков Юрий Павлович
RU2747920C1
Электрохимический способ получения микрокристаллов вольфрам-молибденового сплава 2018
  • Вакарин Сергей Викторович
  • Семерикова Ольга Леонидовна
  • Косов Александр Валерьевич
  • Панкратов Александр Алексеевич
  • Зайков Юрий Павлович
RU2692543C1
Электрохимический способ обработки монокристаллических кремниевых пластин для солнечных батарей 2020
  • Вакарин Сергей Викторович
  • Семерикова Ольга Леонидовна
  • Косов Александр Валерьевич
  • Панкратов Александр Алексеевич
  • Трофимов Алексей Алексеевич
  • Леонова Анастасия Максимовна
  • Леонова Наталия Максимовна
  • Солодянкина Диана Михайловна
  • Зайков Юрий Павлович
RU2749534C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДЬСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА В ВИДЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОДЛОЖКИ С НАНЕСЕННЫМИ НА НЕЕ МИКРОЧАСТИЦАМИ МЕДИ 2014
  • Викарчук Анатолий Алексеевич
  • Грызунова Наталья Николаевна
  • Романов Алексей Евгеньевич
  • Денисова Алена Геннадьевна
  • Мальцев Андрей Владимирович
  • Шафеев Марат Равилович
RU2574629C1

Реферат патента 2012 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОИГОЛЬЧАТЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ НА ОСНОВЕ ОКСИДНЫХ ВОЛЬФРАМОВЫХ БРОНЗ

Изобретение относится к способам получения катализаторов. Описан способ получения наноигольчатых катализаторов окислительно-восстановительных процессов на основе оксидных вольфрамовых бронз, включающий электролиз в импульсном потенциостатическом режиме при перенапряжении 170-300 мВ в расплаве, содержащем 30 мол.% K2WO4, 25 мол.% Li2WO4 и 45 мол.% WO3, с использованием платинового анода, притом что процесс электроосаждения ведут на вольфрамовом катоде. Технический результат - повышение технологичности способа и пригодности к массовой наработке наноигольчатого катализатора окислительно-восстановительных процессов на основе оксидных вольфрамовых бронз.

Формула изобретения RU 2 456 079 C1

Способ получения наноигольчатых катализаторов окислительно-восстановительных процессов на основе оксидных вольфрамовых бронз, включающий электролиз в импульсном потенциостатическом режиме при перенапряжении 170-300 мВ в расплаве, содержащем 30 мол.% K2WO4, 25 мол.% Li2WO4 и 45 мол.% WO3 с использованием платинового анода, при том, что процесс электроосаждения ведут на вольфрамовом катоде.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2012 года RU2456079C1

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИГОЛЬЧАТЫХ ОКСИДНЫХ ВОЛЬФРАМОВЫХ БРОНЗ 2007
  • Вакарин Сергей Викторович
RU2354753C2
Способ получения оксидных вольфрамовых бронз 1984
  • Барабошкин Алексей Николаевич
  • Калиев Кабир Ахметович
  • Бабенко Евгений Викторович
  • Вакарин Сергей Викторович
  • Абрамов Юрий Александрович
  • Минина Людмила Валентиновна
SU1298259A1
Способ покрытия тел вольфрамом посредством электролиза расплавленных солей 1924
  • И.А.М. Ван Лимпт
SU3568A1
Способ управления электроприводом поворота экскаватора 1979
  • Каминская Дора Абрамовна
  • Розенцвайг Аркадий Бениоминович
  • Ольховиков Борис Васильевич
  • Авакова Валентина Алексеевна
  • Садовников Евгений Михайлович
  • Ушаков Леонтий Иванович
SU899805A1
Устройство внутреннего крепления зеркала 1985
  • Сеславинский Игорь Алексеевич
  • Григорьева Елизавета Ивановна
SU1275351A1
Устройство для управления работой @ -секционного электрофильтра 1987
  • Чуприков Виктор Константинович
  • Нагорный Виктор Владимирович
  • Джус Николай Ильич
  • Эпштейн Лев Давыдович
  • Пантелеев Анатолий Георгиевич
SU1452593A1

RU 2 456 079 C1

Авторы

Вакарин Сергей Викторович

Меляева Александра Андреевна

Семерикова Ольга Леонидовна

Кондратюк Владимир Степанович

Панкратов Александр Алексеевич

Зайков Юрий Павлович

Петров Лев Алексеевич

Микушина Юлия Владимировна

Шишмаков Андрей Борисович

Чупахин Олег Николаевич

Даты

2012-07-20Публикация

2010-11-02Подача