Платиновая чернь ( Pt black ) — это тонкий порошок платины с хорошими каталитическими свойствами. Название платиновая чернь получила из-за своего черного цвета. Она используется во многих отношениях: как тонкопленочный электрод, катализатор мембраны топливного элемента или как каталитическое зажигание горючих газов для «самозажигающихся» газовых ламп, духовок и горелок плит.
Платиновая чернь широко используется в качестве тонкой пленки, покрывающей твердый платиновый металл, образуя платиновые электроды для применения в электрохимии . Процесс покрытия платиновых электродов таким слоем платиновой черни называется «платинированием платины». Платинированная платина имеет истинную площадь поверхности, значительно превышающую геометрическую площадь поверхности электрода, и, следовательно, проявляет действие, превосходящее действие блестящей платины.
Платиновый черный порошок используется в качестве катализатора в топливных элементах с протонообменной мембраной . В обычной практике платиновый черный порошок либо распыляется с помощью ультразвуковой форсунки , либо подвергается горячему прессованию на мембране или газодиффузионном слое. Суспензия платинового черного порошка и углерода в растворах этанола и воды служит для оптимизации равномерности покрытия, электропроводности, а в случае нанесения на мембрану — для предотвращения дегидратации мембраны во время нанесения.
Исторически многие «самозажигающиеся» газовые лампы, печи и горелки для плит использовали платиновую чернь для катализа окисления небольшого количества газа, зажигая устройство без спичек или искры. Это работает особенно хорошо для генераторного газа , городского газа и древесного газа , которые содержат значительную долю водорода (H2 ) , который особенно хорошо катализируется платиновой чернью.
Платиновый черный порошок можно изготовить из хлороплатината аммония путем нагревания при температуре 500 °C в расплавленном нитрате натрия в течение 30 минут, после чего расплав выливают в воду, кипятят, промывают и восстанавливают коричневый порошок (предположительно, диоксид платины) газообразным водородом до платиновой черни. [1]
Перед платинированием поверхность платины очищают погружением в царскую водку (50% раствор, т. е. 3 объема 12 моль/кг HCl, 1 объем 16 моль/кг HNO 3 , 4 объема воды) [2] .
Платинирование часто проводят из водного раствора 0,072 моль/кг хлороплатиновой кислоты и 0,00013 моль/кг ацетата свинца при плотности тока 30 мА/см 2 в течение до 10 минут. В процессе на аноде выделяется хлор; взаимодействие хлора с катодом предотвращается применением подходящего разделения (например, стеклянной фритты ). [2]
Другой автор [1] рекомендует проводить гальванопокрытие при плотности тока 5 мА/см2 , меняя полярность каждые 30 секунд в течение 15 минут.
После платинирования электрод следует промыть и хранить в дистиллированной воде. Электрод теряет свои каталитические свойства при длительном воздействии воздуха. [ необходима цитата ]
Процесс гальванического покрытия платиновой чернью платины был изобретен Луммером и Курлбаумом, когда они не смогли воспроизвести покрытые ламповой сажей платиновые фольги Лэнгли для болометров . [3] [4] [5] [6] Когда платиновая чернь не прилипала к катоду, они обнаружили, что добавление около 1% сульфата меди к хлорплатиновой кислоте в электролите улучшает результаты. Позже они обнаружили, что гораздо меньшая доля ацетата свинца работает лучше, чем сульфат меди.
Платиновая губка — пористая, серовато-черная форма платины , которая может адсорбировать большое количество газа, такого как водород или кислород, что позволяет использовать ее в качестве катализатора во многих газовых реакциях, таких как окисление аммония. Ее также можно использовать для воспламенения горючих газов. Ее используют в качестве сырья для электронных приборов, химической промышленности и прецизионных сплавов. Ее также можно использовать в качестве поверхностно-активного вещества . Она растворима в царской водке и образована из массы металлических частиц.
Он изготовлен из массы частиц платины со следующими характеристиками:
Его готовят путем погружения асбеста в хлорплатиновую кислоту или хлорплатинат аммония . Затем вещество сжигают для получения платиновой губки. В качестве альтернативы его можно изготовить путем сильного нагревания хлорплатината аммония . Его каталитические свойства варьируются в зависимости от специфики производства. [1]
В насыщенной водородом соляной кислоте блестящий платиновый электрод, как было замечено, принимает положительный потенциал по сравнению с платиновой чернью при нулевом чистом токе (+ 340 мВ при комнатной температуре). С повышением температуры до 70 °C разность потенциалов падает до нуля. [7] Причина этого не совсем ясна, хотя было предложено несколько объяснений.