描述了在包含钛原子和氧原子的晶格内包含氟原子的晶体二氧化钛；这种二氧化钛非常适合用于固态电解质、燃料电池或电解池的复合膜的生产。前述二氧化钛可以用包括下面的步骤的方法来生产：(a)使钛矿与NH4HF2水溶液反应；(b)过滤由此得到的水分散体，随之发生固体残余物和包含钛盐的水溶液的分离；(c)由此得到的水溶液经历水解，所述水解包括pH6.5-8.0的第一步骤和pH9-11的第二步骤；(d)过滤由此得到的水分散体且固体残余物在约500℃，优选地约450℃的最高温度下经历高温水解。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及氟掺杂的二氧化钛(TiO2);这种二氧化钛可以有利地用于无机和/或有机复合膜(hybrid membrane)的生产。所得到的膜的特征在于质子传导率(protonconductivity)和机械性能比不包含掺杂的二氧化钛的类似系统所表现出来的质子传导率和机械性能好。而且，在PEMFC燃料电池中，与不包含掺杂的二氧化钛的类似系统相比，一些得到的无机/有机复合膜的质子传导率和性能较少受到脱水的损害。其还可以用于固态电解质的生产。
技术介绍
燃料电池是将供给到其内的反应物的化学能直接转化成电能的装置。燃料电池是本领域众所周知的且例如被描述在Cappadonia等在Ullmann ' sEncyclopedia ofIndustrial Chemistry, Fuel Cells, 2005,1-23, Wiley-VCH 中,其被包含在本文中用于参考。考虑到燃料电池是电化学装置而不是热机，因而其可以容易地实现非常高的效率，甚至比传统内燃机特有的效率高两倍。存在以其制造材料和以其最佳模式进行操作的温度为特征的许多不同家族的燃料电池。被最广泛研究的家族之一是包括聚合物电解质的燃料电池家族(质子交换膜燃料电池，PEMFC)。PEMFC在低温(T < 130°C )下操作且包括使两个多孔电极分开的能够传导质子的聚合物膜(质子交换膜，PEM)，反应物和反应产物可以扩散通过该聚合物膜(气体扩散层，GDL)。这些被用于促进涉及装置运行的电化学反应的电催化材料层覆盖。PEMFC是没有运动的部件、结构简单的安静的装置，其能够实现高的效率(甚至超过55%)且以高的能量和功率密度为特征。同时，PEMFC不产生细的粉末或污染物比如硫氧化物或氮氧化物(SOx和NOx)，且如果被供给有纯的氢气，它们的操作的唯一产物是水。所有这些特性使得PEMFC成为用于为交通工具或便携式电子设备比如多媒体阅读器、便携式计算机和其它设备提供功率，而不对环境造成任何损害的特别合适的装置。每一个PEMFC的芯是质子导电膜，通过该质子导电膜，在燃料氧化之后在阳极处得到的质子可以被输送至阴极，质子在阴极处与氧化剂的还原反应产物重新结合。氧化剂通常包括存在于空气中的氧气。在生产质子交换膜中，使用最多的材料是全氟化共聚物，比 如Nafion 、Hyflon_Ion、Dow聚合物及其它材料。所有这些材料包括全氟化聚合物主链，类似于Teflon 的全氟化聚合物主链，从该全氟化聚合物主链延伸了由以高酸度为特征的-SO3H基团封端的全氟醚侧链。这些材料能够传导质子，因为只要有水存在，在不同极性的区域中就存在显著的相分离。具有最高极性的区域包括水，其通过界定该区域的_50311基团变成强酸性。这些高极性区域被嵌在包括全氟化主链和全氟醚侧链的低极性基质中。质子传导发生在不同的极性区域在低极性基质中的波动之后接触的时候。当这发生时，存在质子以H3O+离子的形式从一个高极性区域到另一区域的远程迁移。上文所描述的全氟化共聚物典型地具有高的质子传导率和优良的化学稳定性。另一方面，它们是极其昂贵的且仅在它们被适当地复合时才能发挥其作用。最后，在防止反应物从一个电极渗透到另一个电极方面，全氟化共聚物通常并不总是成功的。存在于全氟化共聚物中的低极性区域和高极性区域的微观动力学是密切相关的。这个事实的一个结果是可以有效地操作全氟化共聚物的最高温度约为80-90°C ;超过这个温度，存在改变材料的微观结构的转变，造成其易于脱水和质子传导率的随之下降。在用于PEMFC的质子交换膜的领域中，研究的最主要目的之一包括在至少120-130°C的操作温度下使用没有被湿润的气态反应物。在这些条件下，设计更小且更紧凑的PEMFC系统是可能的，PEMFC系统还能够将从烃类的蒸汽重整过程中得到的“脏的”氢气用作燃料。还设想了其它家族的质子传导材料，这些材料包括聚醚砜磺酸酯、聚醚酮磺酸酯、磺化硅酮及其它材料。尽管在很多方面要优于全氟化共聚物，但是目前这些材料当中没有一种能够完全表现出他们的潜能且还需要大量的研究努力。用于获得具有比现在可得到的系统所提供的性能特征更好的性能特征的质子传导膜的策略之一是发展无机/有机的复合膜。这些膜包括能够传导质子的材料，比如例如Naf i on,其中纳米无机粉末，比如充当可能已经给予表面功能性的填料的氧化物和磷酸酯，被分散。得到的无机/有机的复合材料可以以优于传导质子的起始材料的机械性能为特征；它们的质子传导率可以较多地和较少地受操作它们的复合水平的影响。 传导质子的无机/有机复合膜是本领域已知的且被描述在例如下面的文章中DiNoto 等，Journal of Power Sources,178(2008) 561-574 ；Di Noto 等，Journal of PowerSources, 187 (2009) 57-66 ;Chen 等，Journal ofMembrane Science, 307 (2008) 10-20 ;所有的文章被引入用于参考。包含离子交换膜的燃料电池还被描述在US7713899、US7661542和US2008/0248356中，所有的文章被包含到本文中用于参考。对于在PEMFC中的应用，技术上非常感兴趣的基于与上文所描述的那些非常相似的功能元件的另一个家族的装置是PEM电解池(质子交换膜电解池)的装置。PEM电解池本质上为PEM燃料电池，其通过电解过程，通过将电能和供给到其中的水转化成具有高纯度(超过99. 9%)的氢气和氧气，相反地运行。仅当特定的应用需要纯的气体时，PEM电解池被用于生产纯的气体，因此避免了需要将气体存储在经历用于高压的高度易燃气体的严格的安全标准的沉重的气罐中。PEM电解池的芯包括与用于PEMFC的相同的质子交换膜；用于制造膜的材料必须具有最佳的质子传导率和高的化学和电化学稳定性。PEM电解池是本领域已知的且例如被描述在Spiegel,Designing &Building FuelCells, 2007，346-348，McGraw-Hill 和Grot, FluorinatedIonomers，2008，113-116, WilliamAndrew Inc.中，所有的文章被包含在本文中用于参考。W02005/090235和W02006/077203描述了未掺杂的二氧化钛的生产。氟掺杂的二氧化钦被描述在Li 等，Journalof Fluorine Chemistry, Elsevier,第 126 卷，第 1,69-77页，2005 ;Todorova 等，Material Science andEngineering, Elsevier,第 152 卷，第 1-3页,50-54, 2008 ;Czoska 等，Journalof Physical Chemistry,第 112 卷，8951-8956, 2008 ；US5597515 ；W02009/113045 专利技术描述现已意外发现，根据本专利技术的包含氟掺杂的TiO2的无机/有机复合膜具有优于本领域已知的无机/有机复合膜的离子传导率和机械性能。形成本专利技术的主题的包含氟掺杂的TiO2的膜可以传导质子，但也可以传导非质子的离子(例如NR本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.06 IT TV2010A0001141.晶体二氧化钛颗粒，其具有小于500nm的平均粒径和按重量计在O.5到5%之间，优选地在1. O到4%之间的氟含量。2.根据权利要求1所述的颗粒，其特征在于，它们具有在10到500nm之间，优选地在 50到300nm之间的平均粒径。3.根据权利要求1所述的颗粒，其特征在于，它们包含羟基、铵阳离子和氮氧化物。4.根据权利要求1所述的颗粒，其特征在于，它们具有按重量计在O.2到8%之间，优选地在O. 3到7. 5%之间，甚至更优选地在2. 5到7%之间的氮含量，和按重量计在O. 05到 4%之间，优选地在O. 08到3%，甚至更优选地在1. 5到2. 5%之间的氢含量。5.根据权利要求1所述的颗粒，其特征在于，所述氟基本上存在于它们的表面上。6.根据权利要求1所述的颗粒，其特征在于，至少80%，且优选地至少90%的所述氟存在于所述颗粒的表面层中，所述表面层具有在O. 3到20nm之间,优选地在O. 6到IOnm之间的平均厚度。7.根据权利要求5或6所述的颗粒，其特征在于，羟基存在于它们的表面上。8.根据权利要求1所述的颗粒，其特征在于，所述二氧化钛呈锐钛矿的形式。9.用于生产含氟原子的晶体二氧化钛的方法，包括下面的步骤(a)使含铁的钛矿石与NH4HF2水溶液反应；(b)过滤由此得到的水分散体，随之发生固体残余物和包含钛盐的水溶液的分离；(c)由此得到的所述水溶液经历水解，此水解包括PH6.5-8.0的第一步骤和 ρΗ9· 0-11.0的第二步骤；(d)过滤由此得到的水分散体且所述固体残余物在约500°C，优选地约450°C的最高温度下经历高温水解。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(a)在100-110°c下，优选地在 104-106°C下，甚至更优选地在约105°C下进行，和/或持续40-80分钟之间的时间段。11.根据权利要求9所述的方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：莫罗·贝蒂奥尔，法比奥·巴塞托，
申请(专利权)人：百利通有限公司，
类型：
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。