Electrochemical chlorine evolution at sol-gel derived mixed oxide electrocatalyst coatings

Abstract

Die Effizienzverbesserung der Elektrodenbeschichtungen spielt eine kritische Rolle bei der Reduzierung des Energieverbrauchs (z.B. der Überspannung) für die elektrolytische Chlorentwicklung. Die Effizienzabhängigkeit der Oxidbeschichtung wurde systematisch in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung, der Oberflächenbeschaffenheit und der Phasenstruktur untersucht. Die Multikomponent-Beschichtung RuTiMOx wurde im Sol-Gel Verfahren hergestellt, wobei der Anteil von M=Ir, Sn, V die katalytische Effizienz erheblich verbesserte. Die undurchlässigen und rissfreien Beschichtungen, die durch ein kontrolliertes Beschichten/Trocknen-Verfahren erhalten wurden, sollen die Passivierung des Ti-Substrats verhindern. Es wurden Nano-Poren infolge eines Leaching-Verfahrens aus einer Lantan-haltigen Oxidmatrix erhalten, die eine höchst zugängliche Oberfläche bieten. Mittels einer solvothermalen Kristallisierung des Ru-O-Ti-Xerogels wurde eine neue, in-situ-verstärkte Rutil-RuxTi1-xO2/Anatas-TiO2 Struktur erhalten, die eine erhöhte katalytische Aktivität aufweist. Die Entwicklung der Cl2-Gasblasen auf RuTiMOx/Ti-Elektroden wurde in einem ersten Ansatz durch die Analyse des blaseninduzierten Potentialrauschens mit Hilfe der Wavelet-Transformation untersucht.

Performance improvement in electrode coatings plays a critical role in reducing energy consumption (i.e., overpotential) in the electrolytic chlorine production. The performance dependence on the chemical composition, surface morphology and phase structure of the oxide coatings has been investigated systematically. The multi-component RuTiMOx system prepared by the sol-gel route improved effectively the catalytic performance with M = Ir, Sn, V. The impermeable crack-free coatings obtained by controlling the coating/drying process are expected to protect the Ti-substrate against passivation. Nano-pores created by lanthanum leaching from the La-containing oxide matrix provided highly accessible surface. A novel in-situ supported rutile RuTiO2/anatase TiO2 structure with enhanced catalytic activity was achieved by the solvothermal crystallization of the Ru-O-Ti xerogel. Cl2 bubble evolution behaviour at the RuTiMOx/Ti electrodes has been studied in a first approach by analyzing the bubble-induced potential noise using wavelet transform.