×
09.05.2019
219.017.4d2a

Результат интеллектуальной деятельности: ПОЛУЧЕНИЕ НАНОРАЗМЕРНЫХ ПЛАТИНО-ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002378088
Дата охранного документа
10.01.2010
Аннотация: Изобретение относится к получению частиц платино-титановых сплавов нанометрового размера. Соединения данных металлов растворяют или суспендируют в жидкой инертной углеводородной среде с низким давлением пара, предпочтительно при температуре ниже температуры окружающей среды. Через жидкость барботируют восстанавливающий газ и воздействуют на нее ультразвуковыми колебаниями при температуре жидкости ниже окружающей среды для восстановления соединений до металлических частиц сплава платина-титан. Обеспечивается возможность осуществлять процесс как непрерывно, так и периодически, варьирование морфологией получаемых частиц. 8 з.п. ф-лы.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к приготовлению частиц платино-титановых сплавов нанометрового размера. Более конкретно, настоящее изобретение относится к использованию ультразвуковой энергии для воздействия на дисперсию или раствор платинового и титанового соединения(й)-предшественника(-ов) с целью получения маленьких частиц платино-титановых сплавов. Данные частицы могут быть использованы, например, в качестве катализатора.

Уровень техники настоящего изобретения

Стимулом к развитию экономически жизнеспособных топливных элементов, содержащих полимерную электролитную мембрану (ПЭМ), предназначенных для использования в автомобилях, является высокая стоимость платины, в настоящее время требующейся в катоде для каталитического восстановления кислорода. Различные катализаторы из платиновых сплавов демонстрировали улучшенные значения активности на единицу массы в отношении восстановления кислорода, и катализаторы из платино-титановых сплавов показали некоторые более обещающие значения активности. Кроме того, ожидается, что титановый компонент катализатора будет достаточно стабильным в кислотных условиях, встречающихся в топливном ПЭМ-элементе.

Чтобы быть эффективным в топливном элементе, катализаторы из платиновых сплавов должны быть приготовлены в виде наноразмерных частиц. Современные методы синтеза платино-титанового катализатора требуют нескольких жидких химических стадий с завершающим высокотемпературным восстановлением. Данная последняя стадия не является идеальной для получения наночастиц, поскольку имеет место спекание обоих металлов при температурах, требующихся для восстановления титана. Необходим лучший метод получения частиц платино-титанового сплава нанометрового размера.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение использует высокочастотные звуковые волны, приложенные к подходящей инертной жидкости, для индуцирования восстановления (разложения) суспендированного или растворенного соединения(й)-предшественника(-ов) платины и титана. Использование высокочастотного звука для индуцирования химических реакций иногда называют сонохимией. При осуществлении на практике настоящего изобретения подходящими являются металлоорганические соединения, соединения с органическими веществами и/или галоидные соединения платины и титана. Можно использовать одно исходное соединение-предшественник, содержащее в подходящей пропорции как платину, так и титан, или могут применяться отдельные соединения платины и титана. Большинство данных материалов являются твердыми веществами, которые могут быть суспендированы в виде частиц или растворены в жидкостях с низким давлением паров, однако некоторые соединения титана являются жидкостями. Как правило, особенно подходящими являются инертные углеводородные жидкости с низким давлением паров, такие как декалин, тетралин или тридекан. Жидкость удобно сохранять при температуре ниже окружающей среды, чтобы дополнительно уменьшить давление ее паров и минимизировать потерю реагента в процессе применения высокочастотного звука (ультразвука).

Высокочастотные звуковые волны, например около 20 кГц, генерируются в жидкости для получения кавитации. Непрерывно получаются небольшие пузырьки, которые расширяются и схлопываются. Условия предельной температуры и давления, созданные внутри и в непосредственной близости от схлопывающихся пузырьков, ведут к разложению соединений-предшественников платины и титана, в то время как высокие скорости охлаждения в окружающей массе жидкости дают очень маленькие частицы с метастабильной (возможно аморфной) структурой. Частицы имеют нанометровый размер и содержат смесь платины и титана. Для того чтобы избежать окисления маленьких металлических частиц, через жидкость барботируют восстанавливающий газ, такой как водород. Кроме того, жидкость может быть отдельно покрыта (находиться под слоем) инертным газом, таким как аргон. Исходные пропорции платины и титана влияют на их пропорции в образовавшихся в результате осажденных частицах.

Звуковую энергию применяют в течение времени, определенного для разложения металлических исходных соединений, содержащихся в жидкости. После остановки звуковых колебаний твердые фазы отделяют от жидкости и любые неорганические и органические соединения вымывают или удаляют растворением из металлических частиц. В зависимости от условий реакции восстановления металлические частицы могут быть аморфными или частично кристаллическими. Однако обычно их диаметр или наибольший размер частицы составляет менее примерно десяти нанометров. Такие частицы часто имеют подходящие каталитические свойства.

Данный сонохимический метод может быть использован на практике в виде периодического процесса или непрерывного процесса. Непрерывный процесс является особенно поддающимся масштабированию для производства значимых количеств маленьких частиц платины, или платинового и титанового сплава, или интерметаллического соединения. Морфология данных частиц может варьироваться путем изменения составов металлических исходных соединений и/или жидкой среды, а также физических условий сонохимической реакции. Более того, данный метод может позволить синтез наночастиц, которые меньше чем частицы, которые могут быть получены с использованием традиционных методов, благодаря низким температурам (<0°С) реакционной среды в процессе синтеза.

Другие цели и преимущества настоящего изобретения будут понятны из подробного описания конкретных вариантов осуществления, которые следуют далее.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

Настоящее изобретение является удобным низкотемпературным способом получения Pt-Ti катализаторов, имеющих частицы нанометрового размера. Использование Pt-Ti катализаторов позволит уменьшить содержание платины на катоде топливного элемента и таким образом сократит их стоимость. Двумя причинами постепенного отказа катода в топливном элементе являются углеродная коррозия и агломерация частиц Pt катализатора. Присутствие титана может предотвратить агломерацию частиц катализатора и таким образом улучшить срок службы катода.

В соответствии с настоящим изобретением платино-титановые сплавы синтезируют в кавитационном режиме, получая наноразмерные частицы сплавов совместным восстановлением титановых и платиновых молекулярных соединений. Титан и платина могут быть включены в одно и то же исходное соединение, разлагаемое с помощью звука, или могут быть использованы отдельные соединения данных металлов. Способ продемонстрирован на соединениях платины (II) и титана (IV). Однако считается возможным использовать соединения металлов в других окислительных состояниях, таких как платина (IV) и титан (III).

Примеры подходящих отдельных соединений титана и платины включают тетрахлорид титана (IV) - TiCl4, (дициклопентадиенил)титан дикарбонил - (C5H5)2Ti(CO)2, инденилтитан трихлорид - C9H7TiCl3 или этилат титана (IV) - Ti(OC2H5)4 и бис(этилендиамин)платина (II) дихлорид - [(NH2CH2CH2NH2)2Pt]Cl2, диметил(1,5-циклооктадиен)платина (II) - (CH3)2Pt(C8H12) или платина (II) ацетилацетонат - Pt(CH3COCHCOCH3)2. Восстанавливающим агентом является газообразный водород как в чистом виде, так и в комбинации или в смеси с инертным газом, таким как гелий или аргон.

Углеводородный растворитель с низким давлением пара подходит в качестве реакционной среды и он может быть охлажден до температур ниже температуры окружающей среды. Примерами подходящих углеводородных жидкостей являются тридекан, декалин или тетралин. Внутри реакционного сосуда поддерживают анаэробные условия потоком высокочистого газообразного аргона над поверхностью жидкости и в течение реакции восстановления через жидкую реакционную среду барботируют восстанавливающий газ (водород). Среднее давление внутри реакционного сосуда близко к атмосферному давлению на всем протяжении реакции. Реакционный сосуд охлаждают до температур ниже температуры окружающей среды для того, чтобы понизить давление пара реакционной среды и летучих исходных соединений, и для того, чтобы воздействовать на селективный захват реагентов в пузырьки, образованные в результате кавитации.

При синтезе платина- и титансодержащих частиц используется ультразвуковая энергия подходящей частоты и амплитуды. Частота обычно будет составлять выше примерно 16 кГц и будет зависеть от используемого конкретного звукогенерирующего устройства. Подходящим является генератор, производящий звуковую энергию с частотой примерно 20 кГц.

Высокоинтенсивный ультразвуковой источник или мешалка с большим сдвиговым усилием создает микроскопические пузырьки внутри реакционной среды с диаметрами, лежащими в диапазоне от 10 до 200 мкм со временем жизни примерно одна микросекунда. Температуры и давления в пузырьках могут достигать соответственно 5000 К и 2 кбар. Каждый пузырек окружен оболочкой предельно горячей жидкости с толщиной от 2 до 10 мкм, в которой температура может достигать 2000 К. В данных условиях в жидкой среде платиновые и титановые молекулярные соединения восстанавливаются до соответствующих металлов и образуются наноразмерные частицы сплава из-за очень высоких скоростей охлаждения, достигаемых в данном процессе. Размер и морфологию частиц можно варьировать селективным регулированием, например, состава жидкой среды, состава или концентрации исходных соединений в реакционной среде, температуры среды в реакционном сосуде или продолжительности и интенсивности (амплитуды) ультразвуковых импульсов.

Экспериментальные данные

Pt-Ti сплавы синтезировали сонохимически из TiCl4 и Pt(CH3COCHCOCH3)2 исходных соединений в токе чистого газообразного водорода в декалине. Рентгенограммы (РСА) и данные химического анализа показывают разупорядоченный сплав Pt3Ti с размером кристаллитов примерно семь нанометров. Электрохимические испытания показали, что активность сплава в отношении восстановления кислорода была очень близка к активности чистой платины и что не происходит окисления платины для потенциалов до 1,2 В.

Реакционную смесь, содержащую примерно эквимолярные количества титана и платины, готовили в инертной атмосфере непосредственно перед использованием. Пятьдесят миллилитров смеси получали добавлением 0,5 мл 1М TiCl4 в толуоле к 40 мл декалина, содержащего 0,1967 г ацетилацетоната Pt(II), растворенного в 0,5 мл толуола. Добавляли еще декалин так, чтобы довести объем до 50 мл. Образовавшаяся в результате желто-оранжевая смесь содержала значительное количество тонкодиспергированных твердых частиц или коллоидный материал, который не осаждался с легкостью.

30 мл данной смеси помещали в ячейку для обработки ультразвуком, т.е. стеклянный сосуд с водяной рубашкой, имеющий отверстие для ультразвукового рупора и несколько других отверстий для подачи газа, добавления раствора и измерения температуры. Через смесь барботировали водород и над жидкостью поддерживали аргоновую подушку.

Ячейка обеспечивалась охлаждением с помощью охлаждающей циркуляционной бани. Температура реакционной смеси составляла в начале -8°С, однако быстро поднялась до примерно 5°С в процессе обработки ультразвуком. Смесь подвергали воздействию колебательной энергии мощностью 225 Вт при 20 кГц (ультразвуковая) с рабочим циклом 0,1 сек ″вкл.″ до 0,4 сек ″выкл.″. Обработку ультразвуком продолжали по данной схеме до тех пор, пока не набиралось время в состоянии ″вкл.″ 5,3 часа. Данную смесь центрифугировали и твердые вещества собирали и промывали толуолом.

Предпочтительные технические характеристики синтеза конкретного сплава или интерметаллического соединения титана и платины в подходящих случаях разрабатывают путем варьирования условий и составов на основе реактора периодического действия малого масштаба. Предпочтительная периодическая реакция с ее конкретным исходным соединением(-ями)-предшественником(-ами), составом жидкой среды, температурой жидкой среды, составом и потоком восстанавливающего газа и ультразвуковой частотой и интенсивностью может быть масштабирована до подходящей производственной мощности. Данный способ может также проводиться на непрерывной основе при протекании потока жидкой среды и исходных соединений вокруг или мимо ультразвукового генератора.

Несмотря на то что настоящее изобретение описано в терминах конкретных примеров, следует понимать, что другие варианты осуществления могут быть легко применены специалистами в данной области. Объем настоящего изобретения должен ограничиваться только следующими ниже пунктами формулы изобретения.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 21-30 из 79.
20.11.2013
№216.012.82a0

Узел боковой двери транспортного средства

Предложена боковая дверь транспортного средства, содержащая фиксирующий механизм (2, 22), выполненный с возможностью взаимодействия и зацепления с фиксирующим элементом, расположенным на коробке двери. Узел боковой двери дополнительно имеет привод (3, 14, 23) для расфиксирования фиксирующего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499116
Дата охранного документа: 20.11.2013
27.11.2013
№216.012.84db

Топливозаправочное устройство

Топливозаправочное устройство (1) состоит из заправочной головки (2) и распложенной между топливным баком и заправочной головкой (2) заливной трубы (3), имеет другую направляющую трубу (7; 23) с передним в направлении ввода концом (8) и с задним в направлении ввода концом (9), которая...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499689
Дата охранного документа: 27.11.2013
10.12.2013
№216.012.8835

Сиденье автомобиля с фиксирующейся откидной частью спинки и система сиденья с таким сиденьем

Группа изобретений относится к сиденью автомобиля. Сиденье (4) автомобиля со спинкой (28), которая выполнена с возможностью поворота из вертикального используемого положения в горизонтальное неиспользуемое положение. Спинка (28) имеет откидную часть (36, 38) спинки, которая в неиспользуемом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500551
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.01.2014
№216.012.9503

Способ и система управления устройством управления текучей средой на основе изучения датчика положения

Изобретение раскрывает способ управления устройством управления текучей средой, в частности, для двигателя внутреннего сгорания, оборудованного датчиком положения, имеющим номинальную характеристическую кривую (А), представляющую заданную зависимость между допустимым диапазоном значений...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503841
Дата охранного документа: 10.01.2014
20.01.2014
№216.012.9788

Способ оказания помощи при вождении водителю автомобиля в условиях, близких к пределу устойчивости

Изобретение относится к способу оказания помощи при вождении водителю автомобиля. Способ оказания помощи при вождении водителю автомобиля включает три этапа. Первый этап - отслеживание одного количественного показателя, выбранного из бокового скольжения транспортного средства, погрешности в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504491
Дата охранного документа: 20.01.2014
20.02.2014
№216.012.a19a

Переключающее устройство для коробки передач автомобиля

Изобретение относится к переключающему устройству для коробки передач автомобиля. Переключающее устройство включает рукоятку (1) переключения, на которой блокирующий элемент (11) блокирует движение рукоятки (1) переключения из положения, соответствующего передачи переднего хода, в положение,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507085
Дата охранного документа: 20.02.2014
27.02.2014
№216.012.a5fe

Обдуватель для пассажира

Изобретение касается обдувателя (1) для пассажира для передней части салона автомобиля. Обдуватель содержит сопло (2), которое содержит на стороне выхода воздуха регулируемые пластины (3), элемент (4) управления для регулировки пластин, отдельную заглушку (5) для элемента управления. Заглушка и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002508209
Дата охранного документа: 27.02.2014
27.03.2014
№216.012.aed1

Уплотнительная система и всасывающий воздуховод для двигателей внутреннего сгорания автомобиля, содержащий такую уплотнительную систему

Изобретение может быть использовано в уплотнительных системах для соединения трубчатых деталей автомобиля. Уплотнительная система для соединения трубчатых деталей автомобиля содержит штуцер (26), расположенную радиально снаружи штуцера (26) соединительную насадку (22) преимущественно трубчатой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510468
Дата охранного документа: 27.03.2014
27.05.2014
№216.012.ca90

Задняя рама для автомобиля и кузов автомобиля с такой задней рамой

Изобретение относится к задней раме (1) для автомобиля и кузову автомобиля с такой рамой. Рама содержит балку, профильную часть балки, которая имеет основание и несколько плеч, выступающих из основания, и изготовлена из металлического литья, а также предусмотренный для прикрепления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517622
Дата охранного документа: 27.05.2014
20.08.2014
№216.012.ec55

Мост с подвеской колес на продольных рычагах для автомобиля

Группа изобретений относится к машиностроению. Мост (101) жестко на изгиб, но упруго на кручение соединяет два продольных рычага (102). Торсионный профиль (103) моста содержит промежуточный участок (106), два концевых участка (107) и два переходных участка (108), соединяющих концевые участки с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526309
Дата охранного документа: 20.08.2014
+ добавить свой РИД