Платиновый черный

Платиновая чернь ( Pt black ) — мелкодисперсный порошок платины с хорошими каталитическими свойствами. Название платиновая чернь получила из-за ее черного цвета. Он используется во многих отношениях; в качестве тонкопленочного электрода, мембранного катализатора топливного элемента или в качестве каталитического воспламенения горючих газов для «самозажигающихся» газовых ламп, духовок и горелок печей.

Использование

Тонкопленочный электрод

Платиновая чернь широко используется в качестве тонкой пленки, покрывающей твердую металлическую платину, образуя платиновые электроды для применения в электрохимии . Процесс покрытия платиновых электродов таким слоем платиновой черни называется «платинизацией платины». Платинированная платина имеет истинную площадь поверхности, намного превышающую геометрическую площадь поверхности электрода, и, следовательно, проявляет действие, превосходящее действие блестящей платины.

Мембранный катализатор топливных элементов

Платиновый черный порошок используется в качестве катализатора в топливных элементах с протонообменной мембраной . В обычной практике платиновую чернь либо распыляют с помощью ультразвукового сопла , либо горячим прессованием на мембрану или газодиффузионный слой. Суспензия платиновой черни и углеродного порошка в водно-этанольных растворах служит для оптимизации однородности покрытия, электропроводности, а в случае нанесения на мембрану - для предотвращения обезвоживания мембраны в процессе нанесения.

Каталитическое воспламенение горючих газов

Исторически во многих «самозажигающихся» газовых лампах, духовках и горелках для печей использовалась платиновая чернь, чтобы катализировать окисление небольшого количества газа, зажигая устройство без спичек или искры. Это особенно хорошо работает для добывающего , городского и древесного газа , которые содержат значительную долю газообразного водорода (H ₂ ), который особенно хорошо катализируется платиновой чернью.

Производство платинового черного порошка

Платиновый черный порошок можно получить из хлороплатината аммония путем нагревания при 500 °С в расплавленном нитрате натрия в течение 30 минут с последующим выливанием расплава в воду, кипячением, промывкой и восстановлением коричневого порошка (предположительно диоксида платины) газообразным водород до платиновой черни. ^[1]

Процесс платинирования металлической платины

Перед платинированием поверхность платины очищают погружением в царскую водку (50% раствор, т. е. 3 объема по 12 моль/кг HCl, 1 объем по 16 моль/кг HNO ₃ , 4 объема воды). ^[2]

Платинирование часто проводят из водного раствора 0,072 моль/кг платинохлористоводородной кислоты и 0,00013 моль/кг ацетата свинца , при плотности тока 30 мА/см. ² на срок до 10 минут. В ходе этого процесса на аноде выделяется хлор; Взаимодействие хлора с катодом предотвращается использованием подходящего разделения (например, стеклянной фритты ). ^[2]

Другой автор ^[1] рекомендует гальванотехнику с плотностью тока 5 мА/см. ² меняя полярность каждые 30 секунд в течение 15 минут.

После платинирования электрод следует промыть и хранить в дистиллированной воде. Электрод теряет свои каталитические свойства при длительном контакте с воздухом. ^{[ нужна ссылка ]}

Процесс гальванического нанесения платиновой черни на платину был изобретен Люммером и Курлбаумом, когда они не смогли воспроизвести покрытую ламповой сажей платиновую фольгу Лэнгли для болометров . ^[3]^[4]^[5]^[6] Когда платиновая чернь не прилипала к катоду, они обнаружили, что добавление около 1% сульфата меди к платинохлористоводородной кислоте в электролите улучшило результаты. Позже они обнаружили, что гораздо меньшая доля ацетата свинца работает лучше, чем сульфат меди.

Платиновая металлическая губка

Платиновая губка представляет собой пористую серовато-черную форму платины , которая может адсорбировать большое количество газа, такого как водород или кислород, что позволяет использовать ее в качестве катализатора во многих газовых реакциях, таких как окисление аммония. Его также можно использовать для воспламенения горючих газов. Он используется в качестве сырья для электронных приборов, химической промышленности и прецизионных сплавов. Его также можно использовать в качестве поверхностно-активного вещества . Он растворим в царской водке и образуется из массы металлических частиц.

Свойства платиновой губки
КАС	7440-6-4
Формула веса	195.08
Чистота	Pt≥99.9%
Появление	Черный порох
Температура плавления	1769°С
Точка кипения	3827°С
Плотность	5,78 г/мл
Растворимость	Растворим в царской водке ; Нерастворим в воде и неорганических кислотах.

Он состоит из массы частиц платины со следующими характеристиками:

Содержание платины (Pt): ≥99,9%
Содержание железа (Fe): ≤0,005%
Удельная площадь поверхности: 40～60м ²/г
Размер частиц: < 10 нм
Опасный код: F
Опасный уровень: R11
Уровень безопасности: S16
Номера ООН: 3089

Его готовят путем погружения асбеста в платинохлористоводородную кислоту или хлороплатинат аммония . Затем вещество сжигают для получения платиновой губки. Альтернативно его можно получить путем сильного нагревания хлорплатината аммония . Его каталитические свойства варьируются в зависимости от специфики производства. ^[1]

Потенциал платинированной платины по сравнению с блестящей платиной

В насыщенной водородом соляной кислоте блестящий платиновый электрод принимает положительный потенциал по сравнению с потенциалом платиновой черни при нулевом токе (+ 340 мВ при комнатной температуре). При повышении температуры до 70 °С разность потенциалов падала до нуля. ^[7] Причина этого не совсем ясна, хотя было предложено несколько объяснений.

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Миллс, А., «Морфология пористой платины: платинированная, губчатая и черная», Platinum Metals Review, 51, 1 января 2007 г. https://www.technology.matthey.com/pdf/52-pmr-jan07.pdf
^ Перейти обратно: ^а ^б Д.Т. Сойер, А. Собковяк, Дж.Л. Робертс-младший, «Электрохимия для химиков, 2-е издание», John Wiley and Sons, Inc., 1995.
^ Фелтэм, AM; Спиро, М. (1971). «Платинированные платиновые электроды». Химические обзоры . 71 (2): 177–193. дои : 10.1021/cr60270a002 .
^ Ламмер, О.; Курльбаум, Ф. (1892). «Болометрические исследования» . Анналы физики и химии . 46 :204.
^ Ламмер, О.; Курльбаум, Ф. (1894). «Болометрические исследования единицы света» . Протоколы заседаний Королевской прусской академии наук в Берлине : 229.
^ Курльбаум, Ф.; Ламмер, О. (1895). «О новой платиновой легкой части Физико-технического рейхсанштальта» . Переговоры Немецкого физического общества в Берлине . 14 (3):56.
↑ DJIves, GJ Janz, «Эферентные электроды, теория и практика», Academic Press, 1961, стр.88.

[mills-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с Миллс, А., «Морфология пористой платины: платинированная, губчатая и черная», Platinum Metals Review, 51, 1 января 2007 г. https://www.technology.matthey.com/pdf/52-pmr-jan07.pdf

[Sawyer-2] Перейти обратно: ^а ^б Д.Т. Сойер, А. Собковяк, Дж.Л. Робертс-младший, «Электрохимия для химиков, 2-е издание», John Wiley and Sons, Inc., 1995.

[Felt1971-3] Фелтэм, AM; Спиро, М. (1971). «Платинированные платиновые электроды». Химические обзоры . 71 (2): 177–193. дои : 10.1021/cr60270a002 .

[Lumme1892-4] Ламмер, О.; Курльбаум, Ф. (1892). «Болометрические исследования» . Анналы физики и химии . 46 :204.

[Lumme1894-5] Ламмер, О.; Курльбаум, Ф. (1894). «Болометрические исследования единицы света» . Протоколы заседаний Королевской прусской академии наук в Берлине : 229.

[Kurl1895-6] Курльбаум, Ф.; Ламмер, О. (1895). «О новой платиновой легкой части Физико-технического рейхсанштальта» . Переговоры Немецкого физического общества в Берлине . 14 (3):56.

[7] DJIves, GJ Janz, «Эферентные электроды, теория и практика», Academic Press, 1961, стр.88.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]