ガス拡散電気結晶化

ガス拡散電気結晶化（GDEx）は、ガス拡散電極において、ガス（酸素など）の電気化学的還元によって生成された中間体と溶液（または分散液）中の金属イオンの反応沈殿に基づく電気 化学的プロセスである。^{[1] [2] [3]これは、}金属または半金属を固体沈殿物に回収したり、ナノ粒子のライブラリを合成したりするために使用できる。^{[4 ]}

歴史

ガス拡散電気結晶化法は、2014年にベルギーのフランダース工科大学のソチトル・ドミンゲス・ベネトンによって発明されました。欧州におけるこの法の特許は2015年に申請され、その有効期限は2036年と予想されています。 ^[5]

プロセス

ガス拡散電気結晶化は、多孔質ガス拡散電極で電気化学的に駆動されるプロセスであり、液体溶液、酸化ガス、および導電性電極の間に三相界面が確立されます。溶解した金属イオン（例：CuCl ₂、ZnCl ₂ ）を含む液体溶液は、ガス拡散電極を備えた電気化学セルを流れ、その導電部（通常は多孔質層）と接触します。酸化ガス（例：純粋なO ₂ 、空気中のO _{2 、CO 2}など）は、カソードとして機能するガス拡散電極上の疎水層を通過します。ガスが電気触媒として機能する導電性層（例：親水性活性炭）に拡散した後、ガスは電気化学的に還元されます。たとえば、特定のカソード分極条件（たとえば、-0.145 VSHE）を課すことによって、O ₂は、2 電子（2 e ^–）移動プロセスで H ₂ O ₂に、 4 電子（4 e ^{– ）移動プロセスで H} ₂ O に還元されます。このプロセスでは、OH ^–も生成されます。これが起こると、カソード多孔性内で急激な局所 pH と局所電解質酸化還元電位の変化が発生します。水酸化イオンがバルク電解質に広がると、系統的な pH の上昇が電解質バルクで一貫して明らかになります。やがて、少量の H ₂ O ₂が生成されます。定常状態では、反応前線が流体境界層全体に完全に発達します。これにより、電気化学的界面で局所的な飽和状態が生成され、操作変数に応じて金属イオンが準安定相または安定相で沈殿します。酸素が酸化ガスである場合、ガス拡散電気結晶化のメカニズムは、ガス拡散電極を使用した酸化支援アルカリ沈殿として説明されています。^[6]

栄誉

2020年、ガス拡散電気結晶化プロセスは、白金族金属の二次回収への応用により、欧州委員会のイノベーションレーダーによってEUが資金提供する優れたイノベーションとして紹介されました。^[7]

参考文献

1. Prato, Rafael; van Vught, Vincent; Chayambuka, Kudakwashe; Pozo, Guillermo; Eggermont, Sam; Fransaer, Jan; Dominguez-Benetton, Xochitl (2020). 「ガス拡散電極を用いた材料ライブラリの合成」. Journal of Materials Chemistry A. 8 ( 23): 11674– 11686. doi : 10.1039/D0TA00633E .
2. プラート、ラファエル;ヴァン・ヴフト、ヴィンセント。サム・エッガーモント。ポゾ、ギレルモ。マリン、ピラール。ジャン・フランサー;ドミンゲス＝ベネトン、ソチトル（2019）。 「制御可能な酸化鉄ナノ粒子の電気合成におけるガス拡散電極」。科学的報告書。9 (1): 15370。ビブコード:2019NatSR...915370P。土井：10.1038/s41598-019-51185-x。PMC 6814830。PMID  31653872。 
3. ポゾ、ギレルモ;デ・ラ・プレサ、パトリシア。プラート、ラファエル。モラレス、アイリーン。マリン、ピラール。ジャン・フランサー;ドミンゲス＝ベネトン、ソチトル（2020）。 「電気化学的に作られたスピン転移ナノ粒子」。ナノスケール。12 (9): 5412–5421 .土井: 10.1039/C9NR09884D。PMID  32080699。
4. Pozo, Guillermo; van Houtven, Diane; Fransaer, Jan; Dominguez-Benetton (2020). 「ガス拡散電気結晶化による結晶性スコロダイトとしてのヒ素固定化」.反応化学と工学. 5 (6): 1118– 1128. doi : 10.1039/D0RE00054J .
5. EP 3242963、Dominguez Benetton、Xochitl、Alvarez Gallego、Yolanda、Porto-Carrero、Christof他、「金属または半金属元素の反応生成物を調製するための電気化学的プロセス」、2015年発行 
6. Eggermont, Sam; Prato, Rafael; Dominguez-Benetton, Xochitl; Fransaer (2021). 「ガス拡散電極を用いたナノ粒子の酸化促進アルカリ沈殿」. Reaction Chemistry and Engineering . Advance Article (6): 1031– 1041. doi : 10.1039/D0RE00463D .
7. 「ガス拡散電気結晶化（GDEx）による白金族金属（PGMS）の回収」。