Способ получения электрокаталитической композиции на основе полипиррола


 


Владельцы патента RU 2371453:

Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук (RU)

Описан способ получения электрокаталитической композиции на основе полипиррола, включающий полимеризацию пиррола в присутствии платинированной сажи и поверхностно-активной добавки, причем процесс ведут под действием радикального инициатора в органическом растворителе при температуре около 0°С, где в качестве радикального инициатора используют дициклогексилпероксидикарбонат, в качестве поверхностно-активной добавки берут продукт взаимодействия третичного амина (СН3)2NR (R - алифатический остаток С12-14) и окиси пропилена в этилцеллозольве, включающий ионную составляющую - четвертичное аммониевое основание (CH3)2RN+Rl(OH)-, где R1 - олигомеры окиси пропилена и неионную составляющую - олигомеры окиси пропилена, а в качестве органического растворителя - этилцеллозольв, после смешивания компонентов проводят вакуумирование смеси порядка 10-2 мм рт.ст., а в процессе инициирования на систему воздействуют акустическим полем с частотой 20-22 кГц, процесс полимеризации пиррола ведут до получения растворимой в органических растворителях электрокаталитической композиционной системы, в этом процессе электрокаталитическую композицию получают при следующем соотношении указанных компонентов, мас.%: пиррол 15-17; платинированная сажа 6-8; поверхностно-активная добавка 8-10, дициклогексилпероксидикарбонат 5-7; этилцеллозольв - остальное. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к технологии получения материалов для изготовления каталитических слоев в низкотемпературных топливных элементах с твердополимерным протонопроводящим электролитом.

В настоящее время известны исследования и процессы получения электрокаталитических композиций, из которых наиболее представительным является способ получения указанной композиции, включающий выбор компонентов, их соотношений, приготовление композиционной системы на основе порошков катализаторов, из которых готовят каталитические слои методом формования и спекания [Н.В.Коровин. «Топливные элементы и электрохимические установки». М., МЭИ, 2005, С.278].

Существенными и очевидными недостатками таких способов является низкая эффективность процесса получения электрохимических композиций и низкие удельные характеристики полученной композиции, что значительно сужает объем использования этих материалов.

Наиболее близким по физико-химической и технологической сущности является способ получения электрохимической композиции на основе полипиррола (ЭКП), включающий полимеризацию пиррола в присутствии платинированной сажи и поверхностно-активной добавки [К.Юттер и др. «Получение и свойства композиционных каталитических систем полипиррол-платина». Электрохимия, 2004, т.40 №3, с.359-368].

Существенным недостатком данного способа является ограниченность физико-химических параметров и низкие физико-химические показатели получаемой ЭКП за счет того, что-получаемый материал представляет собой нерастворимый продукт и его использование затруднено или вообще невозможно во времени регламентного хранения этого материала.

Технической задачей и положительным технологическим результатом данного изобретения является получение нового материала, обладающего более высокими характеристиками по физико-химическим и физико-техническим показателям при использовании для изготовления каталитических слоев в низкотемпературных топливных элементах с твердополимерным протонопроводящим электролитом и при этом обладающего растворимостью в органических растворителях электрокаталитической композиционной системы. Это в изобретении достигается за счет того, что способ получения электрокаталитической композиции на основе полипиррола включает полимеризацию пиррола в присутствии платинированной сажи и поверхностно-активной добавки, при этом процесс ведут под действием радикального инициатора в органическом растворителе при температуре около 0°С, где в качестве радикального инициатора используют дициклогексилпероксидикарбонат, а в качестве органического растворителя - этилцеллозольв, после смешивания компонентов проводят вакуумирование смеси порядка 10-2 мм рт.ст., а в процессе инициирования на систему воздействуют акустическим полем с частотой 20-22 кГц, процесс полимеризации пиррола ведут до получения растворимой в органических растворителях ЭКП.

В способе получения ЭКП в качестве поверхностно-активной добавки берут продукт взаимодействия третичного амина (CH3)2NR (R - алифатический остаток

C12-14) и окиси пропилена в этилцеллозольве, включающий ионную составляющую (четвертичное аммониевое основание (CH3)2RN+R1(OH)-, где R1 - олигомеры окиси пропилена) и неионную (олигомеры окиси пропилена).

Данным способом ЭКП получают при следующем соотношении указанных компонентов, мас.%:

- пиррол 15-17
- платинированная сажа 6-8
- поверхностно-активная добавка 8-10
- дициклогексилпероксидикарбонат 5-7
- этилцеллозольв остальное

Получаемая данным способом электрокаталитическая композиция на основе полипиррола позволяет формировать каталитические слои, способность которых заключается в обеспечении возможности эффективного перехода электронов с катализатора во внешнюю цепь, при этом обеспечивается переход протонов до протонопроводящей твердополимерной мембраны и далее - в прикатодную область, в то время как в известных аналогичных композициях такой физико-химический процесс низкоэффективен.

При этом растворимость полученной композиции проверяют в органических растворителях типа хлороформа, хлористого метилена, этилцеллозольва, N-метилпирролидона.

Способ получения электрокаталитической композиции осуществляют следующим образом: берут пиррол, платинированную сажу марки VULCAN ХС-72 с весовым содержанием платины 19.6%, поверхностно-активную добавку (продукт взаимодействия третичного амина (CH3)2NR (R - алифатический остаток C12-14) и окиси пропилена в этилцеллозольве, включающий ионную составляющую (четвертичное аммониевое основание (CH3)2RN+R'(OH)-, где R' - олигомеры окиси пропилена) и неионную (олигомеры окиси пропилена)). Смесь охлаждают до 0°С и вводят радикальный инициатор - дициклогексилпероксидикарбонат в виде раствора в этилцеллозольве. Реакционную смесь дегазируют при вакуумировании около 10-2 мм рт.ст. и подвергают обработке акустическим полем с частотой 20-22 кГц, после чего полимеризацию проводят до получения растворимой электрокаталитической композиционной наносистемы.

Электрокаталитическая композиция растворима в хлороформе, хлористом метилене, этилцеллозольве и N-метилпирролидоне. Важной особенностью каталитической системы на основе растворимого полипиррола является газопроницаемость электрокаталитических покрытий, что необходимо для реализации топливных элементов с объемно-распределенной активной зоной.

Способ объясняется примерами осуществления.

Пример 1. Для реализации способа получения ЭКП используют стандартную аппаратуру, в частности реактор для синтеза ингредиентов; в его рабочую камеру загружают навески исходных компонентов в следующей последовательности: платинированная сажа 0.28 г; поверхностно-активная добавка, представляющая собой продукт взаимодействия третичного амина (CH3)2NR (R - алифатический остаток

C12-14) и окиси пропилена в этилцеллозольве 0.37 г; перегнанный в вакууме пиррол 0.70 г. Реакционную смесь и приготовленный отдельно раствор инициатора дициклогексилпероксидикарбоната 0.23 г в этилцеллозольве 3.0 г охлаждают до 0°С и вводят в реакционную смесь. После введения инициатора смесь дегазируют при вакуумировании порядка 10-2 мм рт.ст., а в процессе инициирования на систему воздействуют акустическим полем с частотой 20-22 кГц при 0°С в течение 30-40 мин. Процесс полимеризации сопровождается возникновением черной окраски раствора, характерной для полипиррола, и продолжается в течение 24 часов при 0°С.

ЭКП получена при следующем содержании и соотношении компонентов, мас.%: пиррол - 16, платиновая сажа - 7, поверхностно-активная добавка - 9, дициклогексилпероксидикарбонат - 6.5, этилцеллозольв - остальное.

После окончания процесса полимеризации из полученного продукта удаляют оставшийся непрореагировавший мономер пиррол и растворитель - этилцеллозольв. Полученный материал представляет собой ЭКП, растворимую в органических растворителях (хлороформ, хлористый метилен, этилцеллозольв, N-метилпирролидон). Раствор ЭКП в хлороформе используют для изготовления различными способами каталитических слоев в низкотемпературных топливных элементах с твердополимерным протонопроводящим электролитом.

Пример 2. В условиях примера 1 исследовалось получение ЭКП из указанных компонентов, соотношение которых было выбрано за пределами указанных мас.% при различных вариациях их мас.%; при этом свойства и качественные показатели полученного продукта (ЭКП) существенно ниже свойств ЭКП, полученной в условиях примера 1, что показывает точность подбора мас.% использованных компонентов для получения высокоэффективной электрокаталитической композиции на основе полипиррола.

В соответствии с описанием изобретения, в частности, изложенного в Примере 1 и 2, растворимость полученной электрокаталитической композиции проверяют в растворителях:

- хлороформ,

- хлористый метилен,

- эталцеллозольв,

- 2-метилпирролидон,

при этом растворимость исследовали в объеме 1 литра каждого отдельного растворителя, подбирая к этому оъему растворителя определенное количество ЭКП для ее полного растворения, что позволило получить следующие результаты растворимости:

- в хлороформе 42,3 г/л,
- в хлористом метилене 37,8 г/л,
- в этилцеллозольве 34,2 г/л.
- в 2-метилпирролидоне 32,6 г/л

Физико-химические показатели полученного материала - ЭКП:

Пример 1 Пример 2
мощность 20 мВт/см2 10.8 мВт/см2
напряжение 330 мВ 240 мВ
плотность тока 60 мА/сут2 44,7 мА/см2

Таким образом, полученные данные но ЭКП на основании изложенной сущности и приведенного Примера 1, 2 позволяют сделать однозначный вывод о выборе оптимального состава композиции, правильности выполнения операций по его получению.

1. Способ получения электрокаталитической композиции на основе полипиррола, включающий полимеризацию пиррола в присутствии платинированной сажи и поверхностно-активной добавки, отличающийся тем, что процесс ведут под действием радикального инициатора в органическом растворителе при температуре около 0°С, где в качестве радикального инициатора используют дициклогексилпероксидикарбонат, в качестве поверхностно-активной добавки берут продукт взаимодействия третичного амина (CH3)2NR (R - алифатический остаток
C12-14) и окиси пропилена в этилцеллозольве, включающий ионную составляющую - четвертичное аммониевое основание (CH3)2RN+Rl(OH)-, где R1 - олигомеры окиси пропилена, и неионную составляющую - олигомеры окиси пропилена, а в качестве органического растворителя этилцеллозольв, после смешивания компонентов проводят вакуумирование смеси порядка 10-2 мм рт.ст., а в процессе инициирования на систему воздействуют акустическим полем с частотой 20-22 кГц, процесс полимеризации пиррола ведут до получения растворимой в органических растворителях электрокаталитической композиционной системы, в этом процессе электрокаталитическую композицию получают при следующем соотношении указанных компонентов, мас.%:

Пиррол 15-17
Платинированная сажа 6-8
Поверхностно-активная добавка 8-10
Дициклогексилпероксидикарбонат 5-7
Этилцеллозольв Остальное

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что растворимость полученной композиции проверяют в органических растворителях: хлороформ, хлористый метилен, этилцеллозольв, N-метилпирролидон.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способу получения термостойких гетероциклических полимеров, предназначенных для использования в качестве связующих для термостойких угле-, стекло- и органопластиков, в качестве основы для клеев, герметиков, заливочных компаундов, лакокрасочных покрытий.

Изобретение относится к способу получения полимерного материала из полимеров или из композиции, содержащей полимеры, представляющих собой смеси плавящихся эфиров олиготриазина с 4-18 кольцами линейной и разветвленной структуры, к полимерному материалу, и к его использованию, к продуктам в виде изделий, и к способу их производства.

Изобретение относится к сопряженным полимерам, а именно к сополимерам пиридинов и виниловых эпоксидных соединений, обладающих электропроводными и парамагнитными свойствами, и способу их получения.

Изобретение относится к полимерам, содержащим в основной цепи пиррольные фрагменты, которые могут быть использованы для изготовления термостойких волокон, пленок, адгезионных материалов и других изделий для электронной и полупроводниковой промышленности, и к способу их получения.

Изобретение относится к области химии полимеров, а именно к области получения жидкого модифицированного 2,2-бис(4-цианатофенил)-пропана, блочная полициклотримеризация которого в процессе термообработки приводит к формированию высокопрочной теплостойкой полициануратной полимерной матрицы, содержащей в узлах полимерной сетки 1,3,5-триазиновые циклы.

Изобретение относится к области высокомолекулярной химии, а именно к области получения гетероциклического термореактивного полимера, содержащего в основной цепи 1-(о-цианофенил)-3-иминоизоиндольные фрагменты, обеспечивающие образование высокопрочной, тепло- и термостойкой полимерной матрицы в процессе термообработки полимера при 200-400°С.

Изобретение относится к области получения высокопрочных термостойких негорючих композиционных материалов - стекло и углепластиков на основе полимерного связующего, которые могут быть использованы для изделий авиационной техники - лопаток компрессоров, огнезащитных экранов, теплоизолирующих прокладок, воздухозаборников и т.п.

Изобретение относится к смеси блок-олигомеров, содержащей по меньшей мере три разных соединения формулы (I), отличающихся значением n, где n=3-15, R1 означает водород или C1-C8 алкил, R2 означает C2-C12 алкилен, А означает -N(R4)(R5) или группу формулы (II), R4 и R5 означают водород, C1-C18 алкил или C2-C4 алкил, замещенный группой OH-, C1-C8 алкокси, или -N(R4)(R5) означает группу формулы (III); Y означает -O-; X означает >N-R6, R6 означает C1-C18 алкил или группу формулы (IV), R=R6, B=A, в индивидуальных структурных единицах соединения формулы (I) радикалы B, R, R1 и R2 имеют одинаковые или разные значения.

Изобретение относится к области технической химии по разделу полимерных материалов, а точнее к способу получения марганецсодержацих макрогетероциклических полимеров полигексазоцикланов.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу изготовления особых окислительных агентов, которые в смесях с исходными соединениями предназначены для получения проводящих полимеров и обеспечивают большую длительность полимеризации с повышением качества покрытия, а также к смесям, содержащим подобные окислительные агенты, и их применению для изготовления конденсаторов с твердым электролитом и проводящих покрытий.

Изобретение относится к электролитическому конденсатору, содержащему слой способного к оксидированию металла, слой оксида этого металла, твердый электролит и контакты, причем в качестве твердого электролита используются политиофены с повторяющимися структурными единицами общей формулы (I) Также описан электропроводящий слой с удельной электропроводностью, по меньшей мере, 150 См/см, используемый, например, в качестве антистатического покрытия, прозрачного нагревательного элемента, твердого электролита электролитических конденсаторов, а также для металлизации сквозных отверстий печатных плат и т.п.

Изобретение относится к 2,2'-ди(3,4-алкилендиокситиофен)ам общей формулы (I), где A, R и х имеют указанные в описании значения, которые предназначены для получения электропроводных или полупроводных соединений и ценных полупродуктов для -конъюгированных полимеров.

Изобретение относится к полимерному материалу, обладающему оптически детектируемым откликом на изменение нагрузки (давления), включающему полиуретановый эластомер, адаптированный для детектирования изменения нагрузки, содержащий алифатический диизоцианат, полиол с концевым гидроксилом и фотохимическую систему, включающую флуоресцентные молекулы для зондирования расстояния, модифицированные с превращением в удлиняющие цепь диолы, в котором мольное соотношение диолов и полиолов находится в диапазоне от приблизительно 10:1 до около 1:2, а фотохимическая система выбрана из группы, состоящей из системы эксиплекса и резонансного переноса энергии флуоресценции (FRET).

Изобретение относится к способу получения содержащей комплекс поли(3,4-диалкокситиофена) и полианиона водной дисперсии и к полученной таким способом водной дисперсии.

Изобретение относится к нейтральным политиофенам общей формулы (I) где R1 и R 2 независимо друг от друга означают водород или алкил с 1-9 атомами углерода, причем в случае, когда R 1 означает водород, R2 также может быть СН2-O-R3, где R3 означает водород или алкил с 1-9 атомами углерода, циклоалкил или аралкил, и n означает число от 2 до 200,растворимым в органических растворителях и свободным от органически связанного галогена.

Изобретение относится к способу получения растворов, содержащих замещенные в случае необходимости политиофены в безводных или с низким содержанием воды органических растворителях, к самим растворам и их применению в технике.

Изобретение относится к области получения ненасыщенных олигоарилэфиркетонов, которые могут быть использованы для получения термостойких полимеров в различных областях техники.

Изобретение относится к области химии полимеров, а именно к способам получения полимеров стирола и его сополимеров с другими виниловыми мономерами и с диенами. .
Наверх