[发明专利]碳质基材和产生氟的电解用电极

说明书

技术领域

本发明涉及在与氟或氟化物接触时难以引起插层反应且适宜于形成金刚石薄膜的碳质基材，和可在电解法中使用的氟电解用电极，所述电解法使用了含有氟化物离子的电解浴，特别地，涉及具有金刚石结构的氟电解用电极，其即使以高电流密度操作，也可以抑制阳极效应的发生，不产生由电极消耗导致的淤渣(sludge)，且四氟化碳气体的产生少，可以持续进行稳定的电解。

背景技术

从化学稳定性的角度考虑，使用了碳质基材的电极已被适宜地用于含有氟化物离子的电解浴中。

作为在使用含有氟化物离子的电解浴来电解合成含氟物质时所使用的碳电极，在专利文献1、专利文献2中已有报道。产生氟气的电解也同样在使用碳电极。近来，氟气在半导体领域中作为清洗气体、蚀刻气体或塑料材料的表面改性技术，预期有非常大的市场，可以预测其使用量的增大，由高电流密度引起供给量的增大不可缺少。但是对于碳电极，由于阳极效应导致极化，因此在高电流密度下操作困难。

作为上述问题的解决方法，专利文献3、专利文献4公开了下述电极，其通过将化学性质稳定、电位窗宽的导电性金刚石被覆在碳电极上，从而可以在高电流密度下进行电解操作以及长时间稳定地高效合成氟化合物。

专利文献1：日本特开平02-047297号公报

专利文献2：日本特开平05-005194号公报

专利文献3：日本特开2006-249557号公报

专利文献4：日本特开2006-097054号公报

发明内容

但是，当使用碳质基材来电解合成含氟物质时，如果使用通常的碳质基材，则有时由于碳结晶的结构破坏或电解液的浸透而引起插层反应。可能会由于该插层反应而产生碳质基材自身特性的降低或破坏，或者在形成金刚石薄膜时，因碳质基材的膨润而产生薄膜的破裂或剥离。

进而，即使是被导电性金刚石被覆时，由于导电性金刚石为多结晶，因而也难以连小缺陷也没有地完全被覆基材整体。对于没有被覆部分的碳质基材，由于结晶性扩大而引起插层反应，又由于电解液浸透到碳质基材中而造成导电性金刚石发生剥离的问题。

因此，本发明的目的在于提供碳质基材、以及由密合性良好的导电性金刚石膜被覆的产生氟的电解用电极，所述碳质基材可以抑制因插层反应导致的碳结晶的结构破坏或电解液的浸透，且适宜于形成金刚石薄膜。

本发明的碳质基材是下述碳质基材，其特征在于，在含有氟化物离子的电解浴中，电解时氟化石墨的形成比电荷转移型的层间化合物优先产生。另外，本发明的碳质基材，其具有复合曲线，该复合曲线具有至少2条以上的(002)衍射线，且具备面间隔不同的微晶。特别地，X射线衍射图形中，优选在2θ＝10°～30°中出现的(002)衍射线的形状为非对称，且至少含有以2θ＝26°为中心的衍射线和2θ比26°低的角度的衍射线这2条图形成分。另外，对于上述碳质基材，优选以上述2θ＝26°为中心的上述衍射线的存在比例相对于2θ＝10°～30°的(002)衍射线的总面积为30％以上。另外，优选上述碳质基材含有得自X射线衍射的层间距离d₀₀₂为0.34nm以上的结晶，且含有微晶尺寸Lc₀₀₂为20nm以下的衍射线。另外，上述碳质基材优选为各向同性碳材料。进而，优选本发明的碳质基材通过在填料中使用中间相微球并利用冷等压成形法(cold isostatic pressing method)来制作。而且，上述碳质基材的显气孔率优选为5～30体积％。当在这种碳质基材上被覆导电性金刚石薄膜作为电极使用时，没有金刚石结构的部分不会因氟离子的插层反应而引起组织破坏，表面被氟化而形成电化学惰性，由于电解仅发生在金刚石结构的导电性金刚石薄膜部分，因此可以进行长时间稳定的操作。

本发明的氟电解用电极，在上述碳质基材上形成有导电性金刚石薄膜。即，优选在碳质基材上被覆导电性金刚石薄膜，所述碳质基材具有复合曲线，该复合曲线具有至少2条以上的(002)衍射线，且具备面间隔不同的微晶。

另外，优选在碳质基材上被覆导电性金刚石薄膜，所述碳质基材在X射线衍射图形中，在2θ＝10°～30°中出现的(002)衍射线的形状为非对称，且至少具有以2θ＝26°为中心的衍射线和2θ比26°低的角度的衍射线这2条图形成分。

另外，被覆了导电性金刚石薄膜的碳质基材优选是以下的基材。具体来说，碳质基材的以2θ＝26°为中心的衍射线的存在比例，相对于2θ＝10°～30°的(002)衍射线的总面积为30％以上。