LAMINA CON RECUBRIMIENTO DE BRONCE METALICO DE PLATINO, PROCEDIMIENTODE OBTENCION Y SUS APLICACIONES.
Lámina con recubrimiento de bronce metálico de platino, procedimiento de obtención y sus aplicaciones.
La producción de los bronces metálicos del platino requiere de procedimientos químicos costosos que conducen a la producción de cantidades reducidas de estos compuestos y mezclas. La actual invención proporciona una lámina con recubrimiento de bronce metálico de platino y método para sintetizar estos compuestos, así como, para depositar estas mezclas en superficies grandes en forma de recubrimiento con un alto grado de especificidad, siendo este un factor determinante en aplicaciones concretas. El modo de obtención de los recubrimientos consiste en la reducción térmica parcial del dióxido de platino en atmósfera libre, acompañado de una difusión de los iones de sodio desde el substrato, ello permite el control de los componentes finales del recubrimiento. Este material se puede utilizar como catalizador de hidrogenación y como electrodo
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200802499.
Solicitante: CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS (CSIC)
INTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE-CNRS.
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: MADRID.
Inventor/es: ENDRINO ARMENTEROS,JOSE LUIS, HORWAT,DAVID.
Fecha de Solicitud: 27 de Agosto de 2008.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 15 de Noviembre de 2010.
Clasificación Internacional de Patentes:
- B01J23/50 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL. › B01J PROCEDIMIENTOS QUÍMICOS O FÍSICOS, p. ej. CATÁLISIS O QUÍMICA DE LOS COLOIDES; APARATOS ADECUADOS. › B01J 23/00 Catalizadores que contienen metales, óxidos o hidróxidos metálicos no previstos en el grupo B01J 21/00 (B01J 21/16 tiene prioridad). › Plata.
- B32B33/00 B […] › B32 PRODUCTOS ESTRATIFICADOS. › B32B PRODUCTOS ESTRATIFICADOS, es decir, HECHOS DE VARIAS CAPAS DE FORMA PLANA O NO PLANA, p. ej. CELULAR O EN NIDO DE ABEJA. › Productos estratificados caracterizados por propiedades particulares o características de superficie particulares, p. ej. por revestimientos de superficie particulares; Productos estratificados concebidos para casos particulares no cubiertos por una sola otra clase.
- C01G55/00 QUIMICA; METALURGIA. › C01 QUIMICA INORGANICA. › C01G COMPUESTOS QUE CONTIENEN METALES NO CUBIERTOS POR LAS SUBCLASES C01D O C01F (hidruros metálicos C01B 6/00; sales de oxácidos de halógenos C01B 11/00; peróxidos, sales de los perácidos C01B 15/00; tiosulfatos, ditionitos, politionatos C01B 17/64; compuestos que contienen selenio o teluro C01B 19/00; compuestos binarios del nitrógeno con metales C01B 21/06; azidas C01B 21/08; amidas metálicas C01B 21/092; nitritos C01B 21/50; fosfuros C01B 25/08; sales de los oxácidos del fósforo C01B 25/16; carburos C01B 32/90; compuestos que contienen silicio C01B 33/00; compuestos que contienen boro C01B 35/00; compuestos que tienen propiedades de tamices moleculares pero que no tienen propiedades de cambiadores de base C01B 37/00; compuestos que tienen propiedades de tamices moleculares y de cambiadores de base, p. ej. zeolitas cristalinas, C01B 39/00; cianuros C01C 3/08; sales del ácido ciánico C01C 3/14; sales de cianamida C01C 3/16; tiocianatos C01C 3/20; procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la preparación de elementos o de compuestos inorgánicos excepto anhídrido carbónico C12P 3/00; obtención a partir de mezclas, p. ej. a partir de minerales, de compuestos metálicos que son los compuestos intermedios de un proceso metalúrgico para la obtención de un metal libre C21B, C22B; producción de elementos no metálicos o de compuestos inorgánicos por electrólisis o electroforesis C25B). › Compuestos de rutenio, rodio, paladio, osmio, iridio o platino.
- C23C14/00 C […] › C23 REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO QUIMICO DE LA SUPERFICIE; TRATAMIENTO DE DIFUSION DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL; MEDIOS PARA IMPEDIR LA CORROSION DE MATERIALES METALICOS, LAS INCRUSTACIONES, EN GENERAL. › C23C REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO DE MATERIALES METALICOS POR DIFUSION EN LA SUPERFICIE, POR CONVERSION QUIMICA O SUSTITUCION; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL (fabricación de productos revestidos de metal por extrusión B21C 23/22; revestimiento metálico por unión de objetos con capas preexistentes, ver las clases apropiadas, p. ej. B21D 39/00, B23K; metalización del vidrio C03C; metalización de piedras artificiales, cerámicas o piedras naturales C04B 41/00; esmaltado o vidriado de metales C23D; tratamiento de superficies metálicas o revestimiento de metales mediante electrolisis o electroforesis C25D; crecimiento de monocristales C30B; mediante metalización de textiles D06M 11/83; decoración de textiles por metalización localizada D06Q 1/04). › Revestimiento por evaporación en vacío, pulverización catódica o implantación de iones del material que constituye el revestimiento.
- C23C16/00 C23C […] › Revestimiento químico por descomposición de compuestos gaseosos, no quedando productos de reacción del material de la superficie en el revestimiento, es decir, procesos de deposición química en fase vapor (pulverización catódica reactiva o evaporación reactiva en vacío C23C 14/00).
- H01M4/00 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01M PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej. BATERÍAS, PARA LA CONVERSION DIRECTA DE LA ENERGIA QUIMICA EN ENERGIA ELECTRICA. › Electrodos.
Clasificación PCT:
- B01J23/50 B01J 23/00 […] › Plata.
- B32B33/00 B32B […] › Productos estratificados caracterizados por propiedades particulares o características de superficie particulares, p. ej. por revestimientos de superficie particulares; Productos estratificados concebidos para casos particulares no cubiertos por una sola otra clase.
- C01G55/00 C01G […] › Compuestos de rutenio, rodio, paladio, osmio, iridio o platino.
- C23C14/00 C23C […] › Revestimiento por evaporación en vacío, pulverización catódica o implantación de iones del material que constituye el revestimiento.
- C23C16/00 C23C […] › Revestimiento químico por descomposición de compuestos gaseosos, no quedando productos de reacción del material de la superficie en el revestimiento, es decir, procesos de deposición química en fase vapor (pulverización catódica reactiva o evaporación reactiva en vacío C23C 14/00).
- H01M4/00 H01M […] › Electrodos.
Fragmento de la descripción:
Lámina con recubrimiento de bronce metálico de platino, procedimiento de obtención y sus aplicaciones.
Sector de la técnica
La presente invención se engloba en el campo técnico de los catalizadores para la hidrogenación que tiene importantes aplicaciones en la industria farmacéutica, petroquímica y alimentaria, como también, en el campo técnico de los electrodos para células de combustible.
Estado de la técnica anterior
La hidrogenación es un tipo de reacción química cuyo resultado final visible es la adición de hidrógeno (H2) a otro compuesto. El objeto habitual de esta reacción son los compuestos orgánicos insaturados, como alquenos, alquinos, cetonas, nitrilos y aminas. El proceso de la hidrogenación necesita de catalizadores metálicos, puesto que sin su presencia el H2 no conseguiría reaccionar con ningún compuesto orgánico a velocidades apreciables. La mayoría de las hidrogenaciones se producen mediante la adición directa de hidrógeno diatómico bajo presión y en presencia necesariamente de un catalizador. Un ejemplo típico de esta reacción es la adición de hidrógeno en dobles enlaces, convirtiendo alquenos en alcanos.
El catalizador de Adams, es una mezcla compuesta de platino, óxido de platino (PtO) y el bronce metálico del platino que responde a la formula NaxPt3O4. Es usado de manera preferente en buen número de aplicaciones debido a que su actividad catalítica es uniforme. Sin embargo, es el bronce metálico del platino NaxPt3O4, el que a diferencia de los otros componentes del catalizador de Adams no se descompone durante la hidrogenación, de ahí su alto grado de aceptación por la industria química a lo largo de los años [J. Wäser, E.D. McClanahan Jr, The Journal of Chemical Physics 19 (1951) 413].
Otra de las aplicaciones de los bronces metálicos de platino son las celdas de combustible. Las celdas de combustible se proyectaron para ser utilizadas como fuente de energía en los vehículos eléctricos y en otros varios usos. Se trata básicamente de un dispositivo que convierte la energía de una reacción química en potencia eléctrica y que a diferencia de una batería, puede generar energía mientras se la provea de sus dos elementos combustibles, el hidrógeno y el oxígeno. Pero en la práctica, la corrosión y la degradación de los materiales que forman los electrodos, así como la de otros componentes de la celda, ponen un límite a su vida útil. Por esto, en la actualidad existe un alto grado de interés entre investigadores y técnicos en el desarrollo de nuevos electrodos más resistentes y duraderos. En un estudio comparativo hecho entre varios materiales candidatos a ser electrodos en las celdas alcalinas recargables [Journal of Power Sources, 36 (1991) 323-339] se demostró que los electrodos de bronce metálico del platino, NaxPt3O4, cumplían con los requisitos necesarios para su empleo; esto es, presentaban una alta conductividad eléctrica, así como, del mismo modo, presentan una alta resistencia a la corrosión química, a la oxidación y a la reducción electroquímica, y también, tienen una alta actividad electro-catalítica bifuncional. A pesar de ello, el estudio indica igualmente que para la utilización industrial del bronce metálico del platino como electrodo, es necesaria su preparación en forma de láminas delgadas de superficie mayor a la que hoy en día se consigue.
La fabricación de la fase NaxPt3O4 es, por tanto, de un alto interés industrial. Sin embargo, este compuesto sólo se ha podido fabricar por química convencional mediante reacciones en estado sólido. En un documento [Inorganic Chemistry 13 (1974) 1377] se describe la reacción en estado sólido entre el PtO2 y el Na2CO3 en una región estrecha de temperaturas (500-550ºC) por tratamientos largos usando crisoles de platino. En otro documento [Solid State Communications, Vol. 106, No. 2, 95-100, 1998] se describe la síntesis de cristales del tipo NaxPt3O4 mezclando H2Pt(OH)6 y compuestos de sodio dentro de una reducida cápsula de oro a presión alta y a 700ºC, durante 3 horas. En ambos documentos se manifiesta que la preparación del bronce metálico de platino mediante este procedimiento resulta costosa y poco eficaz.
Como se ha comprobado, los métodos hasta ahora descritos en la bibliografía para la fabricación del bronce metálico de platino, NaxPt3O4, no permiten al sector industrial alcanzar su fabricación en forma de lámina delgada, con el área demandada por las aplicaciones antes reseñadas, u otras que puedan surgir en el futuro. Por lo tanto, existe en la técnica actual una necesidad que procedimiento presentado en esta memoria de invención trata de resolver.
Descripción de la invención
Un aspecto de presente invención lo constituye una lámina con recubrimiento superficial de
en adelante lámina de la invención, donde X, Y, y Z son las fracciones molares, respectivamente, del platino (Pt), oxido de platino (PtOy) y bronce metálico de platino (NaxPt3O4) y donde la suma de los tres valores es la unidad, y que comprende:
a) un substrato conductor iónico de sodio, y
b) una capa de X Pt + Y PtOy (0<y<3) + Z NaxPt3O4 (0.1<x<1).
Un aspecto particular de la invención lo constituye la lámina de la invención donde el substrato conductor iónico de sodio de a) pertenece, a título ilustrativo y sin que limite el alcance de la invención, al siguiente grupo: beta-alúmina de sodio, el silicato de sodio, silicato de sodio y calcio y los Nasicons (sodium superionic conductors).
Una realización particular de la invención el substrato conductor iónico de sodio de a) es silicato de sodio y calcio.
Otro aspecto de la presente invención lo constituye un procedimiento de obtención de láminas con recubrimiento superficial de
en adelante procedimiento de la invención, donde X, Y, y Z son las fracciones molares, respectivamente, del platino (Pt), oxido de platino (PtOy) y bronce metálico de platino (NaxPt3O4) y donde la suma de los tres valores es, lógicamente, la unidad, que comprende las siguientes etapas:
a) la deposición de un dióxido de platino en un substrato conductor iónico de sodio, y
b) un tratamiento térmico en atmósfera libre a una temperatura en el rango de 500 a 650ºC, preferentemente entre 530 y 630ºC, y durante 1 a 24 horas.
Un aspecto particular de la invención lo constituye el procedimiento de la invención donde el substrato conductor iónico de sodio de a) pertenece, a título ilustrativo y sin que limite el alcance de la invención, al siguiente grupo: beta-alúmina de sodio, el silicato de sodio, silicato de sodio y calcio y los Nasicons (sodium superionic conductors).
Otro aspecto particular de la invención lo constituye el procedimiento de la invención donde la deposición del dióxido de platino de a) se lleva a acabo mediante una técnica perteneciente, a título ilustrativo y sin que limite el alcance de la invención, al siguiente grupo: PVD (deposición física en fase de vapor), CVD (deposición química en fase de vapor), y deposición electroquímica.
Otra realización particular de la invención lo constituye el procedimiento de la invención donde la deposición del dióxido de platino de a) se lleva a acabo mediante PVD (deposición física en fase de vapor).
Otro aspecto es el uso de la lámina de la invención como catalizador y para la fabricación de electrodos.
La presente invención se basa en que los inventores han observado que es posible obtener láminas con recubrimiento superficial de
Reivindicaciones:
1. Lámina con recubrimiento superficial de
donde X, Y, y Z son las fracciones molares, respectivamente, del platino (Pt), oxido de platino (PtOy) y bronce metálico de platino (NaxPt3O4) y donde la suma de los tres valores es la unidad, y caracterizado porque comprende:
a) un substrato conductor iónico de sodio, y
b) una capa de X Pt + Y PtOy (0<y<3) + Z NaxPt3O4 (0.1<x<1).
2. Lámina según la reivindicación 1 caracterizada porque el substrato conductor iónico de sodio de a) pertenece al siguiente grupo: beta-alúmina de sodio, el silicato de sodio, silicato de sodio y calcio y los Nasicons (sodium superionic conductors).
3. Lámina según la reivindicación 1 caracterizada porque el substrato conductor iónico de sodio de a) es silicato de sodio y calcio.
4. Procedimiento de obtención de láminas según las reivindicaciones 1 a la 3 caracterizado porque comprende las siguientes etapas:
a) la deposición de un dióxido de platino en un substrato conductor iónico de sodio, y
b) un tratamiento térmico en atmósfera libre a una temperatura en el rango de 500 a 650ºC, preferentemente entre 530 y 630ºC, y durante 1 a 15 horas.
5. Procedimiento según la reivindicación 4 caracterizado porque el substrato conductor iónico de sodio de a) pertenece al siguiente grupo: beta-alúmina de sodio, el silicato de sodio, silicato de sodio y calcio y los Nasicons (sodium superionic conductors).
6. Procedimiento según la reivindicación 4 caracterizado porque la deposición del dióxido de platino de a) se lleva a acabo mediante una técnica perteneciente al siguiente grupo: PVD (deposición física en fase de vapor), CVD (deposición química en fase de vapor), y deposición electroquímica.
7. Procedimiento según la reivindicación 4 caracterizado porque la deposición del dióxido de platino de a) se lleva a acabo mediante PVD (deposición física en fase de vapor).
8. Uso de la lámina según las reivindicaciones 1 a la 3 como catalizador y para la fabricación de electrodos.
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