TW461925B - An electrode preparation process improved by applying ultrasound for ammonia ion detection - Google Patents

Description

46192? 五、發明說明（1) 發明領域 尤其是使用含浸還原法 本案係有關於一種電極的製程 製備一銨離子感測電極乂 發明背景 ^ ^ ^(lmpregnation-red!Jcti〇n method) Μ S術離：交換膜上，以製備成電極是-廣為應用 妗構，且可了所；備的電極是以膜狀的形體存在，屬平面 環境，亦能適用，戶斤用結構特殊之裝置或 離手交拖肢士 β B 在使用上有其方便性，此外，由於 類電極膚令用认13具有讓特定離子通過的特性，因此，該 類電is廣泛用於如咸浪丨哭卜 分析等'然而，由：質:僖：：電池、電解水以及電化學 還原法所製備之電桎的二处=，限制’使得應用傳統含浸 B立\ 電的效能無法有效提升。 起日波對於促進質量傳送有 地被應用在超音波洗淨#蓉良好.的政果，而且也成功 超音波之應用導人偟°σ上；有鑑於此，本發明將 浸還原製備電極方法中，利用超: 進而增進所製備電極的效能。叹還原法先天之缺陷，_ 發明概要 本案在於:^供一種製備雷 波以增加一金屬膜的面面程’該製程使用-超音 且提高該電極之一感测t面積形成於該電極之上’並 μ < ’該製程包括

£:\宗榮\弘先\修正版.口付 第4頁 46192^ 五、發明說明（2) 換膜；使用一含浸還原方法，形成該金屬膜於該離子交換 膜之上；以及使用該超音波在該含浸還原法進行中，該超 音波具有一頻率與一能量。 上述該電極之感測能力包括一電流靈敏度 (sensitivity)與一應答回復時間（recovery time)。該離 子父換膜為一 Nafion系列，包括：一 Nafion⑻NR5〇、—

Nafion(R) 117、一Nafion⑴ 324、一Nafion⑴ 417 以及— Nafion(R) 423。 上述電極的製程’其中該含浸還原方法包括：調製— 金屬溶液，該金屬溶液包括：白金、金以及銀溶液等' 該離子交換膜浸泡於該金屬溶液中持續一段時間，該第— 段時間為0到120分鐘’進行離子交換作用，產生—金 子交換薄膜；以及製備一還原溶液，將該金屬離子交 = 膜浸泡到該還原溶液中持續一第二段時間，該第二广睹/ 為〇到120分鐘，該還原溶液為一NaBH4溶液，進行1日、間 應，於該離子交換膜之上產生該金屬薄膜以形 上述電極的製程，其中該超音波的頻率範圍^。 kHζ ’ .能里範圍為〇到1 〇 〇〇 wa 11 s ;該電極係為二 可應用在一感測器、一燃料電池、一水電 電體， 分析。 > 电解以及一電化學 本案得藉由下列圖表及詳細說明，俾得一 尺冰入之了解： 圖一 ··本案製備電極的裝置圖；

Λ6 1 92Γ 五、發明說明（3) " —:-^ 3 :二ί案與傳統方法製備之電極的循環伏安圖。進行循 n貫驗的條件為：1MH2S〇4,25。匕 2v(vs g/AgCl)’ i〇〇mV/s 以及 1〇 cycies。 圖三：本案與傳統方法製備之電極應用作為感測器時，偵 測胺離子感測裝置圖； 、 圖四、.本案與傳統方法製備之電極應用作為感測器時，分 別偵測胺，子，所得電流變化情形。感測條件：0. 001Μ NH4OH, 25°c, latm, 〇.〇3V(vs. Ag/AgC 1) ^ 1 〇m 1/min flow rate ; 圖五.本案改變超音波能量製備之電極與傳統方法製備之 2極應用作為感測器時，分別偵測胺離子，所得電流雙 情形。感測條件：0.00lM NH4〇H，25〇c，latm， 〇.〇3v(vs. n〇w rate。’ =雷：用Pt⑴断Μ °』M含浸^ 、 β . a裝程中未加超音波，本案電極ι (-製程中# ：b-187.5 watts; c-225. 0 watts d-262 watts; e-300.0 watts; f-337. 5 watts； . ，一、本案改變超音波能量製備之電極與 電極’進行循環伏安實驗的結果。該循環伏安㈡：： ^1MH2S〇- 25^ -^^.2V(vs. Ag/AgC〇；^^ _ 第6頁 E:\宗榮\弘先\修正版.pt(j 46 1 92r 五、發明說明⑷ ^及 10 cycles。 内容說明： 以含浸還原法所製備 如感蜊器、燃料電池、 離子交換膜電極廣泛應用於 由於無論是金屬離子交拖$ 2以f電化學分析等。然而， 原劑還原金屬離子的過# ^父換膜或是還原溶液中還 應用原始含浸還原法所二：f到質量傳送的限制’使得 限’因而使效能無法有性表面面積的增加受 製裎中的質傳效果，以提古朽本發明在使用超音波增進 進所製備電極的效能。以車:佳實表面面積，進而增 早又佳貫鼽例結果說明。 貫施例之一、 :用美：杜邦公司出產之離子交換膜Nan〇n Μ，如 Ξ “ — U7失於-含浸還原槽内，自物 :口左入0.01M Pt(II)(NH4 )C12溶液，並且將該槽置於一 C水浴内30分鐘’使金屬離子交換至該Nan〇n ιΐ7表 面，而後，將該槽自水域中取出，排掉pt(丨丨^NH4+)C込溶 液，以去離子水沖洗後，注入NaBH4，進行還原反應，使 交換至Nafion 117表面之金屬離子在該臈上還原成一金屬 薄膜，即製備成一金屬-離子交換臈電極；在上述反應進 行之中，依設計施加超音波，傳統方法電極：a_製程中未 加超音波’本案電極（製程中有施加超音波）：b_187. 5 watts； c-225.0 watts ； d-262. 5 watts ； e-300. 0

Ε·\宗榮\弘先\修正版· ptd 第7頁 46192^ 五、發明說明（5) watts ; f-337.5 watts;其中，超音波旦 :二統=小、溫度、幾何構型、超音波：射-大小可能 J液、還原溶液與製程進行時間等因素的不同而有所差屬 循产=離子交換膜電極之活性表面面積的测量常使用 9ycllc voltammetry) ’該循環伏安法的條件 以及l〇 cycles。結果如圖二所示，l g \ l〇0mV/s 氧…橫軸之間=== 於=:=7二正:;荷=:多寡，取決 沒雍％ —工 数重正比於—反應進行面積，該 反應進仃面積即為該電極活性表面面積（active 面U相同實驗情況下，該氧化峰越高，與橫軸之間 氧化的勃旦：氧化物氧化所提供之電荷數量越多，氧化物 所_、里越大，所以該電極活性表面面積越大，如該圖 ::雷ί案：法所製之電，之氧化峰，明顯高於傳統方法 極之氧化峰，由此可知，本案方法所製之電極，其 面面積大於傳統方法所製電極’較精確的數字可由 =下公式計算[j· H. Ye and ρ. s. Fedkiw.

Electrochim. Acta, 41, 221 (1996)]： 活性表面面積（cm2) (1) =表面電荷數（c) x l(cm2)/210( VC)

4 6 19 2? 五、發明說明（6)

比活性表面面積則暑jJ定、'本L * 冬活性表面面積除以3. 8 c m而得，詳 钿計异結果列於表一。 付 ^ 實施例之二、 器’2屬，子交換膜電極組裝成-感測 全声β斟雷代’乍電極，膜的另一面所接槽中置有白 金私疋對電極以及Ag/Ag(：1 , ^ .^ 1導入相同浪度之〇. ooiM ΜΗ40Η溶液，所得 ==圖四所示，由此圖可知，㈣方法所製之J亟 應用作為感測器時，其電流靈敏 ^ )明顯高於傳統方法所製電極(4.2"A)，而應=二 η"1。。1 U)則顯著少於傳統方法所製電極 實施例之三、 將使用本案方法製備，作贺趨^ 的電極，依實施例一3法组巧所加超音波能量不同 進仃感測，所得結果如圖四。由此圖可知，雖缺電極Π Κ增=小隨超音波的能量而變化、然而，使用本案 二：力二「氣備電極時施加超音&，所製備出來之電極無 :U ί電流靈敏度或是較短應答回復時間方面，均ΐ 於傳統方法所製備出來的電極。 愛 如上所述，本發明之製程係使用一超音波於含浸還原 4, 6 1 9 2 Γ 五、發明說明（7) 法製備一金屬-離子交換膜電極，由於該超音波具有促進 質量傳送的功用，使得該製程所製備之電極具有較大之活 性表面面積，如此可增進此電極之性能，-此乃本發明重點 之所在，為保護本創作心血於萬一，本案得由熟悉本技藝 之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範 圍所欲保護者。 -

ΕΛ宗榮\弘先\修正版.ptd 第10頁

Claims (1)

1. 使用一Naf ion⑴系列離子交換膜； π ^周/製一金屬溶液，將該Naf i〇n(R)系列離子交換膜浸泡 ;=金屬溶液令，施加超音波持續一第—段時間，進行離 子父^作用，產生一金屬離子交換薄膜；以及 、+製備一還原溶液’將該金屬離子交換薄膜浸泡到該還 原浴液中’施加超音波持續一第二時間，進行還原反應， 產生該金屬薄膜以形成該電極。 2. 如申請專利範圍第1項所述電極的製程，其中該銨離子 感測能力包括一電流靈敏度（Sens丨t i v丨ty )與一應答回復 時間（recovery time)。 3. 如申請專利範圍第1項所述電極的製程，其中該Nafi 〇n (R)系列包括：一Nafion(R)NR50、一Nafion(R)117、一 Naiion(R)324、一Nafion(R)417 以及一Nafion(R)423。 4. 如申請專利範圍第1項所述電極的製程，其中該金屬溶 液包括：白金、金、銀以及把.等溶液。 5. 如申請專利範圍第4項所述電極的製程，其中該金屬溶 液包括白金溶液。 6. 如申請專利範圍第1項所述電極的製程，其中該第一段 時間為0到1 2 0分鐘。 7.如申請專利範圍第1項所述電極的製程，其中該還原溶 液為一 N a B H4水溶液。

   E:\宗榮\弘先\修正版.Ptd 第11頁 4 6 19 2?· 申請專利範圍 段 8 ·如申請專利範圍第1項所述電極的製程，其中該第 時間為0到120分鐘。 9 ·如申請專利範圍第1項所述電極的製程，其中該超音波 的頻率範圍為5到1 〇〇 kHz。 士申明專利範圍第1項所述電化 π 其中該能量範圍為〇 干冷乳感測态的構造， η·如申請專利範圍 Watts。 導電體，可應用在 斤述電極的製程，該f* & _ 任〜感測、 VAi ,, 必电極係為— 一電化學分析。 燃料電池、一大Φ初 不電解以及