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からなる電気化学 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、^[4]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ます。^[1]

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技術研究所のソチトル・ドミンゲス・ベネトンによって発明されました。この方法の欧州での特許は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]

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境界が確立されます。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、その導電部分（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。例えば、特定のカソード分極条件（例えば、−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、反応前線が流体力学的境界層全体に完全に発達します。これにより、電気化学界面で局所的な飽和条件が作成され、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]

2020年、ガス拡散電解結晶化プロセスは、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資金による優れたイノベーションとして紹介されました。 ^[7]