KR102156218B1 - Pt nanoparticles having high areal density synthesized on 2-dimensional conducting polymers and a manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 백금 나노 입자와 전도성 고분자 복합물 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 높은 면 밀도를 가지는 백금나노입자-전도성 고분자 복합물 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 복합체는 2차원 폴리아닐린 나노 시트에 백금 나노 입자들이 분산되어 있으며, 백금 전구체를 포함하는 용액과 기체의 계면에 2차원 폴리아닐린 나노 시트를 위치시키고, 백금 전구체를 포함하는 용액을 가열하여 제조된다.
The present invention relates to a platinum nanoparticle and a conductive polymer composite, and a method for producing the same, and more particularly, to a platinum nanoparticle-conductive polymer composite having a high areal density and a method for producing the same.
The composite according to the present invention is prepared by dispersing platinum nanoparticles in a two-dimensional polyaniline nanosheet, placing a two-dimensional polyaniline nanosheet at the interface between a solution containing a platinum precursor and a gas, and heating a solution containing the platinum precursor. do.

Description

높은 면 밀도를 가지는 백금나노입자- 2차원 전도성 고분자 복합체 및 그 제조 방법{Pt nanoparticles having high areal density synthesized on 2-dimensional conducting polymers and a manufacturing method thereof}Pt nanoparticles having high areal density synthesized on 2-dimensional conducting polymers and a manufacturing method thereof

본 발명은 백금 나노 입자와 전도성 고분자 복합물 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 높은 면 밀도를 가지는 백금나노입자-전도성 고분자 복합물 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a platinum nanoparticle and a conductive polymer composite, and a method for producing the same, and more particularly, to a platinum nanoparticle-conductive polymer composite having a high areal density and a method for producing the same.

또한, 본 발명은 대한민국 특허 출원 10-2017-003156563호 "높은 면 밀도를 가지는 백금 나노입자-2차원 전도성 고분자 복합물 합성"에 대한 우선권을 가지며, 상기 출원은 이 출원에서 참고문헌으로 전체적으로 통합되었다.In addition, the present invention has priority to Korean Patent Application No. 10-2017-003156563 "Synthesis of platinum nanoparticles two-dimensional conductive polymer composite having high areal density", and the application is incorporated by reference in this application as a whole.

백금 나노입자는 산화 반응에 대한 가장 효과적인 전기화학적 촉매로써 알려져 있다.1-3 탄소를 지지체로 하는 백금 나노입자는 이러한 촉매들의 형태로 가장 널리 연구되는 형태이고, 그것들의 촉매 활성은 백금 나노입자의 크기와 모양에 따라 큰 영향을 받는다는 것이 알려져 왔다.4-7 하지만, 탄소 지지체는 입자의 응집 현상을 막아주지 못 하고, 결국 시간이 지남에 따라 촉매 활성의 손실을 가져온다.8,9 또한, 탄소를 지지체로 하는 백금 나노입자를 준비하기 위해 높은 반응 온도가 요구된다는 사실10,11 과 비싼 탄소 화학 구조를 사용해야 한다는 사실12,13이 제약으로 여겨진다.Platinum nanoparticles are known as the most effective electrochemical catalyst for oxidation reactions. It has been known that platinum nanoparticles using 1-3 carbon as a support are the most widely studied form of these catalysts, and their catalytic activity is greatly influenced by the size and shape of the platinum nanoparticles. 4-7 However, the carbon support does not prevent agglomeration of particles, and eventually leads to loss of catalytic activity over time. 8,9 In addition, the fact that a high reaction temperature is required to prepare platinum nanoparticles with carbon as a support 10,11 and the fact that expensive carbon chemical structures 12,13 are used are considered as limitations.

따라서, 백금 나노입자의 친환경적이고 비용 효율적인 합성이 주요 중점이다. 이러한 점에 착안하여, 전도성 고분자를 지지체로 하는 백금 나노입자에 많은 관심이 기울여졌고,14 특히 폴라이날린은 높은 환원 전위와 고분자 골격구조에 있는 아민 부분 때문에 가장 많이 연구되어왔다.15-17 이러한 요인들은 심지어 상온에서도 폴리아닐린 내에서 백금 나노입자의 핵형성과 성장을 하여, 그 전도성 고분자의 구조에 확실하게 고정되는 것을 가능하게 하였다.17-19 Therefore, eco-friendly and cost-effective synthesis of platinum nanoparticles is a major focus. In view of this, much attention has been paid to platinum nanoparticles having a conductive polymer as a support. 14 In particular, polylinalin has been studied the most because of its high reduction potential and the amine part in the polymer skeleton structure. 15-17 These factors enabled the nucleation and growth of platinum nanoparticles in polyaniline, even at room temperature, to be reliably fixed to the structure of the conductive polymer. 17-19

폴리아닐린의 전기전도도와 전기화학적 안정성이 그것의 형태에 큰 영향을 받는다는 것을 고려하면,20-22 나노구조화된 폴리아닐린이 백금 나노입자를 균일하게 분산되게 하여 나노입자의 촉매 활성을 향상시키는 유망한 방법이 될 수 있다. 또한, 넓은 표면적의 나노 구조화된 폴리아닐린은, 지난 수십년간 백금계 전기화학적 촉매 분야에서 시급한 과제로 여겨지던 백금 나노입자의 일산화탄소 피독 현상을 줄이는 데에 도움을 줄 수 있다.18,23 그렇지만, 폴리아닐린 체계에서 백금 나노입자의 면 밀도를 증가시키면서, 응집 현상은 억제하는 방법은 알려진 바 없다. 그 이유는, 백금 이온이 폴리아닐린과 접촉할 때, 백금 이온의 핵형성/환원에 대한 조절이 부족하기 때문이다.Considering that the electrical conductivity and electrochemical stability of polyaniline are greatly affected by its shape, 20-22 nanostructured polyaniline will be a promising method to improve the catalytic activity of nanoparticles by making platinum nanoparticles uniformly dispersed. I can. In addition, nanostructured polyaniline having a large surface area can help reduce the carbon monoxide poisoning phenomenon of platinum nanoparticles, which has been considered an urgent task in the field of platinum-based electrochemical catalysts for decades. 18,23 However, there is no known method of suppressing agglomeration while increasing the areal density of platinum nanoparticles in the polyaniline system. The reason is that when platinum ions come into contact with polyaniline, there is a lack of control over nucleation/reduction of platinum ions.

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본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 높은 면밀도를 가지는 백금 나노입자-전도성 고분자 복합체를 제공하는 것이다. The problem to be solved in the present invention is to provide a platinum nanoparticle-conductive polymer composite having a high areal density.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 높은 면밀도를 가지는 백금 나노입자-전도성 고분자 복합체의 제조 방법을 제공하는 것이다. The problem to be solved in the present invention is to provide a method of manufacturing a platinum nanoparticle-conductive polymer composite having a high areal density.

본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 높은 면밀도를 가지는 백금 나노입자-전도성 고분자 복합체를 포함하는 전기화학적 촉매를 제공하는 것이다.Another problem to be solved in the present invention is to provide an electrochemical catalyst including a platinum nanoparticle-conductive polymer composite having a high areal density.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 백금 나노 입자가 분산된 것을 특징으로 하는 2차원 폴리아닐린 나노 시트를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a two-dimensional polyaniline nanosheet, characterized in that the platinum nanoparticles are dispersed.

본 발명에 있어서, 상기 백금 나노 입자는 높은 면밀도를 가질 수 있도록 10nm 이하, 보다 바람직하게는 5 nm이하, 가장 바람직하게는 2~4 nm 크기를 가질 수 있다. In the present invention, the platinum nanoparticles may have a size of 10 nm or less, more preferably 5 nm or less, and most preferably 2 to 4 nm to have a high areal density.

본 발명에 있어서, 상기 백금 나노 입자는 0가의 나노 입자를 80% 이상, 보다 바람직하게는 90%이상, 더 바람직하게는 95% 이상, 가장 바람직하게는 99% 일 수 있다.In the present invention, the platinum nanoparticles may be 80% or more, more preferably 90% or more, more preferably 95% or more, and most preferably 99% of zero-valent nanoparticles.

본 발명은 일 측면에 있어서, 백금 나노 입자들이 2차원 폴리아닐린 나노 시트에 분산된 것을 특징으로 하는 전기화학촉매를 제공한다. 본 발명의 실시에 있어서, 전기화학촉매는 알코올, 예를 들어 메탄올의 산화 반응에서의 촉매일 수 있다. In one aspect, the present invention provides an electrochemical catalyst, characterized in that platinum nanoparticles are dispersed in a two-dimensional polyaniline nanosheet. In the practice of the present invention, the electrochemical catalyst may be a catalyst in the oxidation reaction of alcohol, for example methanol.

본 발명은 다른 일 측면에서, The present invention in another aspect,

백금 이온을 포함하는 용액을 제공하는 단계;Providing a solution comprising platinum ions;

2차원 폴리아닐린 나노시트를 제공하는 단계;Providing a two-dimensional polyaniline nanosheet;

상기 용액의 표면에 상기 2차원 폴리아닐린 나노시트를 위치시키는 단계; 및Positioning the two-dimensional polyaniline nanosheets on the surface of the solution; And

상기 용액을 가열하는 단계를 포함하는 백금 나노입자-전도성 고분자 복합체 제조 방법을 제공한다. It provides a platinum nanoparticle-conductive polymer composite manufacturing method comprising the step of heating the solution.

본 발명에 있어서, 상기 백금 이온을 포함하는 용액은 백금 전구체의 용액일 수 있다. In the present invention, the solution containing platinum ions may be a solution of a platinum precursor.

본 발명에 있어서, 상기 백금 이온을 포함하는 용액은 백금 나노 입자가 높은 면밀도를 가질 수 있도록, 50 mN/m 이상, 바람직하게는 60 mN/m 이상, 보다 바람직하게는 70 mN/m 이상의 표면 장력을 가지는 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 실시에 있어서, 상기 백금 이온을 포함하는 용액은 백금 전구체의 수용액일 수 있다.In the present invention, the solution containing platinum ions has a surface tension of 50 mN/m or more, preferably 60 mN/m or more, and more preferably 70 mN/m or more, so that the platinum nanoparticles have a high areal density. It is preferable to have. In a preferred embodiment of the present invention, the solution containing platinum ions may be an aqueous solution of a platinum precursor.

본 발명에 있어서, 상기 백금 전구체는 용해되어 백금 이온을 제공할 수 있는 화합물이다. 상기 백금 전구체는 백금 이온을 제공할 수 있는 한 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 상기 백금 전구체 용액은 K2PtCl4 용액 일 수 있다. 상기 용액은 적절한 반응 속도를 가지도록 0.1~1 mM 농도를 가질 수 있다. In the present invention, the platinum precursor is a compound capable of dissolving to provide platinum ions. As long as the platinum precursor can provide platinum ions, a particular limitation is No, for example, the platinum precursor solution may be a K 2 PtCl 4 solution. The solution may have a concentration of 0.1 to 1 mM so as to have an appropriate reaction rate.

본 발명에 있어서, 상기 2차원 폴리아닐린 나노 시트는 아닐린을 얼음 표면에서 중합하여 제조될 수 있다. 발명의 실시에 있어서, 상기 나노 시트는 100nm 이하의 두께, 보다 바람직하게는 50 nm 이하의 두께, 가장 바람직하게는 30 nm 이하의 두께를 가질 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시에 있어서, 상기 2차원 폴리아닐린 나노시트는 퀴노이드 링들이 실질적으로 수직 방향으로 배열되고, 컨쥬게이트된 링들이 엣지-온(edge-on) π-π 배열을 이루는 사방정계(orthorhombic) 구조의 고전도성의 결정성 나노 시트이며, 1V에서 10S/cm이상, 바람직하게는 20S/cm 이상, 더욱 바람직하게는 30S/cm 이상의 전도도를 가지며, 예를 들어 35 S/cm의 전도도를 가지는 고전도성 아닐린 나노 시트이다. 상기 나노 시트의 제조와 특성에 대해서는 본 발명에서 참고 문헌으로 완전히 통합된 대한민국 특허 공개 제2016-0114399호를 참조할 수 있다.In the present invention, the two-dimensional polyaniline nanosheet may be prepared by polymerizing aniline on an ice surface. In the practice of the invention, the nanosheet may have a thickness of 100 nm or less, more preferably 50 nm or less, and most preferably 30 nm or less. In a preferred embodiment of the present invention, the two-dimensional polyaniline nanosheets are orthorhombic in which quinoid rings are arranged in a substantially vertical direction, and conjugated rings form an edge-on π-π arrangement. ) It is a highly conductive crystalline nanosheet of the structure, and has a conductivity of 10 S/cm or more, preferably 20 S/cm or more, more preferably 30 S/cm or more at 1 V, for example, a conductivity of 35 S/cm. It is a highly conductive aniline nanosheet. For the preparation and characteristics of the nanosheet, reference may be made to Korean Patent Publication No. 2016-0114399, which is fully incorporated as a reference in the present invention.

본 발명에 있어서, 상기 용액의 표면은 백금 전구체를 포함하는 용액과 기체의 계면일 수 있다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 계면은 용액과 공기의 계면일 수 있다. In the present invention, the surface of the solution may be an interface between a solution containing a platinum precursor and a gas. In the practice of the present invention, the interface may be an interface between a solution and air.

본 발명에 있어서, 상기 표면에서의 접촉은 2차원 폴리아닐린 나노 시트가 용액의 표면 장력에 의해서 2 차원 폴리아닐린 나노시트가 플로팅되어 이루어질 수 있다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 플로팅은 수 ㎠ 이상의 면적을 가지는 나노 시트가 펼쳐진 상태로 이루어질 수 있다.In the present invention, the contact on the surface may be made by floating the two-dimensional polyaniline nanosheets by the surface tension of the solution. In the practice of the present invention, the floating may be performed in a state in which a nanosheet having an area of several cm2 or more is spread.

본 발명에 있어서, 상기 가열은 물의 표면 장력을 줄이기 위해 빠르고 자발적으로 떠오르는 PtCl4 2 - 이온 클러스터를 유도하고, 이를 통해 높은 면 밀도의 백금 나노입자를 얻을 수 있도록, 교반 없이 이루어지는 것이 바람직하다. In the invention, the heating is quick and spontaneous rising 2 PtCl 4 in order to reduce the surface tension of water it is preferred to achieve a platinum nano-particles for high-density surface derived ion cluster, and through this, the formed without stirring.

본 발명에 있어서, 상기 가열은 나노 시트의 과도한 요동을 방지할 수 있도록 끓는 점보다 낮은 온도, 예를 들어, 끓는 점보다 10 ℃ 이하, 보다 바람직하게는 20 ℃ 이하에서 이루어지는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시에 있어서, 백금 전구체를 포함하는 수용액을 1기압 조건에서 가열할 경우, 나노 시트의 과동한 요동을 방지할 수 있도록 80℃ 이하, 보다 바람직하게는 75℃, 보다 더 바람직하게는 50~70℃에서 가열될 수 있다.In the present invention, it is preferable that the heating is performed at a temperature lower than the boiling point, for example, 10° C. or less, more preferably 20° C. or less, so as to prevent excessive fluctuation of the nanosheets. In the practice of the present invention, when the aqueous solution containing a platinum precursor is heated under 1 atmosphere of pressure, 80° C. or less, more preferably 75° C., and even more preferably 50 so as to prevent excessive oscillation of the nanosheets. It can be heated at ~70℃.

본 발명에 있어서, 상기 용액에는 선택적으로 2차원 폴리아닐린 나노시트의 아민기에 결합된 백금 이온클러스터들이 0가로 쉽게 환원될 수 있도록 환원제를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 실시에 있어서, 산 성분일 수 있다. In the present invention, the solution may further contain a reducing agent so that platinum ion clusters optionally bonded to the amine group of the two-dimensional polyaniline nanosheets can be easily reduced to zero valence. In the practice of the present invention, it may be an acid component.

본 발명에 의해서, 전도성 고분자를 지지체로 하여, 균일하고 높은 면 밀도를 가지는 백금 나노결정을 합성하기 위한 새로운 접근법이 제공되었다. 그 핵심 전략은 공기-물 계면에서 얼음을 템플릿으로 하는 이차원적인 폴리아닐린을 백금 핵형성의 플랫폼으로 이용하는 것이다. According to the present invention, a new approach for synthesizing platinum nanocrystals having a uniform and high areal density using a conductive polymer as a support has been provided. Its core strategy is to use ice-based polyaniline as a platform for platinum nucleation at the air-water interface.

높은 결정성을 가지고, 2.68 ± 0.27 nm 로 적은 크기분포를 가지며, 94.57 m2/g 의 높은 전기화학적 활성 면적을 가지는 Pt 나노입자를 얻을 수 있었다. Pt nanoparticles having high crystallinity, small size distribution of 2.68 ± 0.27 nm, and high electrochemical activity area of 94.57 m 2 /g were obtained.

백금 나노입자는 폴리아닐린 나노시트에 강하게 고정되었으며, 메탄올 산화 반응에 대한 전례없이 높은 전류 밀도, 좋은 내구성, 그리고 탁월한 일산화탄소 내성을 입증하였다. 본 연구에서 제기한 아이디어는 다른 여러가지 반응에 대하여 향상된 촉매 활성을 가지는 촉매로 적용될 수 있다.Platinum nanoparticles were strongly immobilized on polyaniline nanosheets, demonstrating an unprecedented high current density, good durability, and excellent carbon monoxide resistance against methanol oxidation reactions. The idea proposed in this study can be applied as a catalyst with improved catalytic activity against various other reactions.

도 1은 물-공기 계면에서 폴리아닐린 나노시트를 지지체로 하는 백금 나노입자(PANI-supported Pt NPs) 합성의 도식적인 설명이다.
도 2는 (a) 폴리아닐린 나노시트에 지지되어 있는, 미세하게 분산되고 균일한 백금 나노입자의 TEM 사진. 삽입되어 있는 확대된 TEM 사진과 막대그래프는 2.68 ± 0.27 nm 평균 입자 직경을 나타낸다. (b) 사진 안에 표시된 것처럼, 면심 입방 격자 구조로 쌓여 있는, 높은 결정성의 백금 나노입자의 XRD 패턴과 HRTEM 사진. (c) 폴리아닐린 위의 백금 이온 클러스터와 합성 과정 후에 꺼내어진 폴리아닐린 위의 백금 나노입자의 XPS 스펙트럼. (d) 백금 나노입자의 합성 전후의 폴리아닐린 나노시트의 FT-IR 스펙트럼. 폴리아닐린의 특성 피크가 사진 안에 표시되어 있다.
도 3은 (a) 폴리아닐린 나노시트에 지지된 백금 나노입자, (b) 탄소에 지지된 백금 나노입자의 대표적인 CV 곡선, 25 ℃ 에서 1 M 의 메탄올이 포함된 0.1 M 의 과염소산 수용액 안에서 50 mV s- 1 의 주사 속도로 50 사이클동안 측정되었다. (c) 공기가heptane 증기로 포화되어 물의 표면장력이 감소하였을 때 합성한, 폴리아닐린 나노시트에 지지된 백금 나노입자의 TEM 사진. (d) 물의 표면장력의 변화에 따른 폴리아닐린에 지지된 백금 나노입자의 대표적인 CV 곡선, 25 ℃에서 1 M 의 메탄올이 포함된 0.1 M 의 과염소산 수용액 안에서 50 mV s- 1 의 주사 속도로 50 사이클동안 측정되었다.
도 4는 PANI 나노시트에 지지된 백금 나노입자의 HRTEM 사진. 2차원 푸리에 변환이 삽입되어 있다. HRTEM 사진으로, PANI 에 지지된 높은 결정성을 가진 백금 나노입자가 구의 형태라는 것을 확인시켜준다.
도 5는 PANI에 지지된 백금 나노입자(빨간색)와 Pt/C(검정색)의 시간전류 곡선, 25 ℃ 에서 0.1 M 과염소산과 1 M 메탄올 수용액에서 0.4 V 로 7200 초동안 측정되었다. PANI에 지지된 백금 나노입자의 향상된 전기화학적 안정성을 설명하기 위해 0.4 V 에서 7200 초동안 실행한 시간전류 곡선을 나타낸다. PANI에 지지된 백금 나노입자가 상업용 Pt/C 보다 더 느린 전류 밀도 감소와 더 높은 정상 상태의 전류 밀도가 명백하게 관찰되었다. 전류 밀도의 초기 감소는 -(CO)ads, -(OH)ads, and -(CH3OH)ads와 같은 중간체의 형성에 의하여 발생하는 것을 주목해야 한다.
도 6은 폴리아닐린에 지지된 백금 나노입자(빨간색)와 Pt/C(검정색) 의 순환전압전류 곡선, 25 ℃ 에서 0.1 M 과염소산 수용액에서 50 mV s- 1 의 주사속도로 측정되었다. 그림 6은 0.1 M 과염소산 수용액 하에서 측정한 PANI에 지지된 백금 나노입자의 순환전류전압 곡선을 나타낸다. 또한, Pt/C의 순환전류전압 곡선이 대조군으로 나타나있다. 수소 흡착/탈착 영역(-0.2-0.1 V)과 이중층 영역(0.1-0.4 V), 그리고 산화물 형성/제거 영역(> 0.4 V )이 관측되었다. 전기화학적 활성 면적(ECSA)은 식 (1) 에 따라, 이중층 영역에 기초한 베이스라인 보정한 수소 흡착 영역의 총 전하량(QH)으로부터 계산되었다:
ECSA = Q H / (m Pt x 210 x 10-6) [m2 g-1] (1)
이때 m Pt 는 Pt 의 함량이고, 210 x 10-6 은 매끄러운 표면적에서의 수소 단일층 형성의 이론적인 값이다. PANI에 지지된 백금 나노입자의 계산된 ECSA 값은 94.57 m2 g-1 인 반면, 상업용 Pt/C (40%) 은 41.73 m2 g-1이었다.
1 is a schematic illustration of the synthesis of platinum nanoparticles (PANI-supported Pt NPs) using polyaniline nanosheets as a support at a water-air interface.
FIG. 2 is a TEM photograph of (a) finely dispersed and uniform platinum nanoparticles supported on polyaniline nanosheets. The inserted magnified TEM image and bar graph show the average particle diameter of 2.68 ± 0.27 nm. (b) XRD patterns and HRTEM images of highly crystalline platinum nanoparticles stacked in a face-centered cubic lattice structure as shown in the photograph. (c) XPS spectrum of platinum ion clusters on polyaniline and platinum nanoparticles on polyaniline taken out after synthesis. (d) FT-IR spectrum of polyaniline nanosheets before and after synthesis of platinum nanoparticles. The characteristic peaks of polyaniline are shown in the picture.
Figure 3 is a typical CV curve of (a) platinum nanoparticles supported on polyaniline nanosheets, (b) platinum nanoparticles supported on carbon, 50 mV s in a 0.1 M aqueous perchloric acid solution containing 1 M methanol at 25°C. It was measured for 50 cycles with a scan rate of 1. (c) TEM photograph of platinum nanoparticles supported on polyaniline nanosheets synthesized when air was saturated with heptane vapor and the surface tension of water decreased. (d) Representative CV curves of platinum nanoparticles supported on polyaniline according to the change of the surface tension of water, in 0.1 M perchloric acid aqueous solution containing 1 M methanol at 25 ℃ for 50 cycles at a scanning rate of 50 mV s - 1 Was measured.
Figure 4 is a HRTEM photograph of platinum nanoparticles supported on PANI nanosheets. A two-dimensional Fourier transform is inserted. HRTEM photographs confirm that the highly crystalline platinum nanoparticles supported by PANI are in the form of spheres.
5 is a time-current curve of PANI-supported platinum nanoparticles (red) and Pt/C (black), measured for 7200 seconds at 0.4 V in 0.1 M perchloric acid and 1 M methanol aqueous solution at 25°C. Time current curves run at 0.4 V for 7200 s are shown to demonstrate the improved electrochemical stability of PANI-supported platinum nanoparticles. The PANI-supported platinum nanoparticles clearly observed a slower current density reduction and higher steady state current density than commercial Pt/C. It should be noted that the initial decrease in the current density is caused by the formation of intermediates such as -(CO) ads , -(OH) ads , and -(CH 3 OH) ads .
Figure 6 is a supported platinum to the polyaniline nanoparticles (red) and cyclic voltammetry curves of Pt / C (black), at 25 ℃ in 0.1 M perchloric acid aqueous solution of 50 mV s - was measured with a scanning rate of 1. Figure 6 shows the circulating current voltage curve of platinum nanoparticles supported on PANI measured in 0.1 M aqueous perchloric acid solution. In addition, the circulating current voltage curve of Pt/C is shown as a control. Hydrogen adsorption/desorption regions (-0.2-0.1 V), double layer regions (0.1-0.4 V), and oxide formation/removal regions (> 0.4 V) were observed. The electrochemically active area (ECSA) was calculated from the total amount of charge (Q H ) of the baseline corrected hydrogen adsorption region based on the bilayer region, according to equation (1):
ECSA = Q H / ( m Pt x 210 x 10 -6 ) [m 2 g -1 ] (1)
Here, m Pt is the content of Pt, and 210 x 10 -6 is the theoretical value of the formation of a single layer of hydrogen in a smooth surface area. The calculated ECSA value of PANI-supported platinum nanoparticles was 94.57 m 2 g -1 , while the commercial Pt/C (40%) was 41.73 m 2 g -1 .

이하, 실시예를 통해서 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 한정한 것이 아니며, 본 발명을 예시하기 위한 것임으로 유의해야 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples. It should be noted that the following examples are not intended to limit the present invention, but are intended to illustrate the present invention.

실시예 Example

폴리아닐린 나노구조체에 고정된 높은 면 밀도의 백금 나노입자의 간단하고 친환경적인 합성법을 보고한다. 첫 번째로, 높은 전도성의 이차원적인 폴리아닐린 나노시트를 약 30 nm 의 두께와 수 제곱센티미터의 크기로 얼음 위에서 합성하여, 0.5 mM 의 K2PtCl4 가 포함된 수용액으로 옮겼다. 용액은 교반없이 70 ℃에서 5 분동안 가열되었다. 이 과정은 물의 표면 장력을 줄이기 위해 빠르고 자발적으로 떠오르는 PtCl4 2 - 이온 클러스터를 유도하였고, 그것이 높은 면 밀도의 백금 나노입자를 얻는 핵심이었다. 이는 결과적으로 폴리아닐린 나노시트의 2차 아민(또는 3차 이민)과의 착물을 형성하였다. 그 착물에 포름산을 가하여 폴리아닐린 나노시트에 고정된 백금 나노입자를 형성하는 결과를 가져왔다. 도 1 은 공기-물 계면에서 폴리아닐린을 지지체로 하는 백금 나노입자의 합성을 도식적으로 나타내어 설명한다.We report a simple and environmentally friendly synthesis method of high areal density platinum nanoparticles immobilized on polyaniline nanostructures. First, high conductivity two-dimensional polyaniline nanosheets were synthesized on ice with a thickness of about 30 nm and a size of several square centimeters, and transferred to an aqueous solution containing 0.5 mM K 2 PtCl 4 . The solution was heated at 70° C. for 5 minutes without stirring. The process is fast emerging PtCl voluntarily to reduce the surface tension of water 42 - were induced ion clusters, it was critical to get the platinum nano-particles of high surface density. This resulted in the formation of a complex with the secondary amine (or tertiary imine) of the polyaniline nanosheet. The addition of formic acid to the complex resulted in the formation of platinum nanoparticles fixed to the polyaniline nanosheets. 1 schematically illustrates the synthesis of platinum nanoparticles using polyaniline as a support at an air-water interface.

이차원적인 폴리아닐린 나노시트에 있는 백금 나노입자의 형태가 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy, TEM)으로 조사되었다. 도 2a 에 도시된 바와 같이, 폴리아닐린 나노시트를 지지체로 하는 백금 나노입자가 현저하게 높은 면 밀도로 얻을 수 있었다. 도 2a에 삽입된 막대그래프에 표시된 TEM 사진 분석을 통해 2.68±0.27 nm 의 평균 입자 직경을 갖는 것을 확인하였다. 도 2a에 나타나 있는 확대된 TEM 사진 또한 응집 현상 없이 미세하게 분산되어 있고, 규칙적인 백금 나노입자의 형성을 설명한다. 추가적인 TEM 사진이 도 4에 도시되어 있다.The morphology of the platinum nanoparticles in the two-dimensional polyaniline nanosheets was investigated by transmission electron microscopy (TEM). As shown in FIG. 2A, platinum nanoparticles using polyaniline nanosheets as a support could be obtained with remarkably high areal density. It was confirmed that it had an average particle diameter of 2.68±0.27 nm through TEM photo analysis displayed on the bar graph inserted in FIG. 2A. The enlarged TEM image shown in FIG. 2A is also finely dispersed without agglomeration, and the formation of regular platinum nanoparticles is described. Additional TEM images are shown in FIG. 4.

폴리아닐린 나노시트로 지지된 백금 나노입자의 결정 구조는 분말 X-선 회절(X-ray diffraction, XRD) 실험에 의해 조사되었다. 도 2b에 도시된 바와 같이, XRD 패턴은 면심 입방 격자 구조로 쌓여 있는 백금 나노결정의 (111), (200), (220), (311), 그리고 (222) 평면의 존재를 보여주었다. Scherrer equation24 을 통한 백금 나노입자의 평균 크기는 4.36 nm 로 예측되었다. 2θ = 24.8° 와 27.9°에서 나타난 다른 피크는 P222 공간군22에 있는 사방정계(orthorhombic) 폴리아닐린 나노 결정의 (002) 와 (020) 평면에 부합하였다. 도 2b 에 삽입된 고분해능 투과전자현미경(HRTEM) 사진은 폴리아닐린 지지체 안에 있는 높은 결정성의 백금나노입자가 구의 형태를 갖는 것을 확인시켜 준다.The crystal structure of platinum nanoparticles supported by polyaniline nanosheets was investigated by powder X-ray diffraction (XRD) experiments. As shown in Figure 2b, the XRD pattern showed the presence of (111), (200), (220), (311), and (222) planes of platinum nanocrystals stacked in a face-centered cubic lattice structure. The average size of platinum nanoparticles was predicted to be 4.36 nm through Scherrer equation 24 . The other peaks at 2θ = 24.8° and 27.9° corresponded to the (002) and (020) planes of the orthorhombic polyaniline nanocrystals in P222 space group 22 . The high-resolution transmission electron microscope (HRTEM) image inserted in FIG. 2B confirms that the highly crystalline platinum nanoparticles in the polyaniline support have a spherical shape.

공기-물 계면에서 백금 나노입자 합성의 근본적인 메커니즘에 대한 더 나은 이해를 위해 X-선 광전자 분광법이 이용되었다. 폴리아닐린 나노시트가 K2PtCl4 를 포함한 물의 표면에서 5 분 동안 가열한 후 꺼내어졌을 때, 도 2c에 나타나 있듯이, 72.8과 76.0eV의 두 피크의 존재로부터 Pt(II) 이온 클러스터가 폴리아닐린으로 이동하였다는 것이 밝혀졌다. 포름산의 화학적인 환원이 결과적으로 두 피크에 대하여 각각 Pt4f7 /2 and Pt4f5 /2에 부합하는 71.5 eV와 74.8 eV로의 분명한 피크 이동을 가져왔다. 분리된 피크는 83.8%의 Pt(II) 이온이 Pt(0)로 환원되었다는 것을 보여준다. 따라서 이는 공기-물 계면에 위치한 결정성있는 폴리아닐린 나노시트의 전체에 걸쳐 많은 수의 잘 정렬된 분자 결합 위치가 효과적으로 백금 이온 클러스터를 핵형성하여 응집 현상 없이 오직 2.7 nm 의 백금 나노입자를 형성한 것으로 유추된다.X-ray photoelectron spectroscopy was used to better understand the underlying mechanism of platinum nanoparticle synthesis at the air-water interface. When the polyaniline nanosheets were heated on the surface of water containing K 2 PtCl 4 for 5 minutes and then taken out, as shown in FIG. 2c, the Pt(II) ion clusters migrated to polyaniline from the presence of two peaks of 72.8 and 76.0 eV. It turned out. The chemical reduction of formic acid resulted in a clear peak shift to 71.5 eV and 74.8 eV corresponding to Pt4f 7 /2 and Pt4f 5 /2 for the two peaks, respectively. The separated peak shows that 83.8% of Pt(II) ions were reduced to Pt(0). Therefore, it is believed that a large number of well-ordered molecular bonding positions throughout the crystalline polyaniline nanosheets located at the air-water interface effectively nucleated platinum ion clusters to form only 2.7 nm of platinum nanoparticles without aggregation. Is inferred.

푸리에 변환 적외선 스펙트럼(FT-IR, Fourier transform infrared spectra)은 백금 나노입자의 합성 결과에 따른 폴리아닐린 나노시트의 진동 상태의 변화를 나타냄을 주목하여야 한다. 도 2d에 도시된 바와 같이, 백금 나노입자의 결합 후에, 폴리아닐린의 특성 피크가 높은 파수로 이동하였다. N=Q=N 신축 진동 피크의 큰 블루 시프트(26 cm-1) 는 특히 주목할 만하다. 이것은 백금 d-오비탈과 p-컨주게이트된 폴리아닐린 사이의 전자 비편재화 현상에 기인한다고 할 수 있고, 이는 Pt-N 결합을 형성하게 하여, 전기촉매작용 중에 백금의 분해와 탈착을 저하시키는 데에 도움을 준다.16 ,25 It should be noted that the Fourier transform infrared spectra (FT-IR) shows the change in the vibration state of the polyaniline nanosheets according to the synthesis result of the platinum nanoparticles. As shown in FIG. 2D, after binding of the platinum nanoparticles, the characteristic peak of polyaniline shifted to a high wavenumber. The large blue shift (26 cm -1 ) of the N=Q=N stretching vibration peak is particularly noteworthy. This can be said to be due to the phenomenon of electron delocalization between the platinum d-orbital and the p-conjugated polyaniline, which causes the formation of Pt-N bonds, helping to reduce the decomposition and desorption of platinum during electrocatalysis. Gives 16, 25

도 3a 는 25 ℃ 에서 1 M 의 메탄올이 포함된 0.1 M 의 과염소산 수용액 안에서 50 mV/s 의 주사 속도로 측정된, 폴리아닐린 나노시트에 지지된 백금 나노입자의 순환 전압-전류 곡선 (CVs, cyclic voltammograms)을 나타낸다. 정방향 주사에서 대략 0.7 V 에 나타나는 피크 전류 밀도(I f )는 메탄올 산화에 부합하고, 역방향 주사에서 대략 0.5 V 에 나타나는 피크 전류 밀도(I b)는 탄소 중간체의 산화와 연관되어 있다. 수소 흡착/탈착이 -0.2-0.1 V 영역에서 관찰되었다. 흥미롭게도, 첫 번째 주사에서의 I f/I b 값은 2.45 로 매우 높았고, 그것은 50 사이클 후에 1.84의 높은 값을 유지하였다. 50 사이클 후에 오직 8 % 만큼의 전류 밀도가 감소하였다는 것 또한 주목할 만하다. 이것은 좋은 일산화탄소 내성과 폴리아닐린으로 지지된 백금 나노입자의 메탄올 산화에 대한 높은 내구성을 가리키고, 이는 모두 폴리아닐린 나노시트에 미세하게 분산되고 강하게 고정되어 있는 백금 나노입자에 기인한다.3A is a cyclic voltage-current curve (CVs, cyclic voltammograms) of platinum nanoparticles supported on polyaniline nanosheets measured at a scanning rate of 50 mV/s in a 0.1 M aqueous perchloric acid solution containing 1 M methanol at 25°C. ). The peak current density ( I f ) appearing at approximately 0.7 V in the forward scanning corresponds to methanol oxidation, and the peak current density ( I b ) appearing at approximately 0.5 V in the reverse scanning is associated with the oxidation of the carbon intermediate. Hydrogen adsorption/desorption was observed in the -0.2-0.1 V range. Interestingly, the I f / I b value at the first injection was very high at 2.45, which maintained a high value of 1.84 after 50 cycles. It is also noteworthy that the current density decreased by only 8% after 50 cycles. This indicates good carbon monoxide resistance and high durability of the polyaniline-supported platinum nanoparticles against methanol oxidation, all due to the platinum nanoparticles finely dispersed and strongly fixed in the polyaniline nanosheets.

이러한 결과는 상업용 Pt/C 촉매(질량 분율 40 % 의 백금 함유) 에 눈에 띄게 대비된다. 도 3b 에 도시된 바와 같이, Pt/C에서 얻어진 피크 전류 밀도는 폴리아닐린에 지지된 백금 나노입자보다 대략 2배 낮았다. 전류는 사이클 진행과 함께 현저하게 감소하여, 50 사이클 후에는 초기 값의 오직 60 % 만 유지하였다. Pt/C 의 I f/I b 값은 0.92 로, 문헌과 잘 일치하였다.26 -28 메탄올 산화에 대한 폴리아닐린에 지지된 백금 나노입자의 향상된 전기화학적 안정성은 도 5에 도시된 바와 같이, 시간 전류법에 의하여 추가로 확인되었다.These results contrast visibly with commercial Pt/C catalysts (containing 40% platinum by mass). As shown in Fig. 3b, the peak current density obtained in Pt/C was approximately two times lower than that of platinum nanoparticles supported on polyaniline. The current decreases significantly with the progress of the cycle, keeping only 60% of the initial value after 50 cycles. The I f / I b value of Pt/C was 0.92, which was well agreed with the literature. 26-28 improved electrochemical of platinum nanoparticles supported on a polyaniline for methanol oxidation stability was identified to be added, by the time the current method as shown in Fig.

따라서, 지금까지 얻은 결과들은 공기-물 계면에서의 이차원적인 폴리아닐린 나노시트가, 균일하고 높은 면 밀도를 갖는 백금 나노 입자의 합성을 위한 새로운 플랫폼이 될 수 있다고 결론 내릴 수 있다. Therefore, the results obtained so far can conclude that the two-dimensional polyaniline nanosheets at the air-water interface can be a new platform for the synthesis of platinum nanoparticles having a uniform and high areal density.

폴리아닐린에 지지된 백금 나노입자의 전기화학적 활성 면적(ECSA)이 0.1 M 과염소산 수용액하에서 94.57 m2/g 인 반면, 상업용 Pt/C 의 그것은 41.73 m2/g 이라는 것을 주목해야 한다(도 6).It should be noted that the electrochemically active area (ECSA) of platinum nanoparticles supported on polyaniline is 94.57 m 2 /g in 0.1 M aqueous perchloric acid solution, whereas that of commercial Pt/C is 41.73 m 2 /g (Fig. 6).

우리는 백금 나노입자의 크기와 분포를 결정하는 것에 있어서, 공기와 접촉하는 물의 표면장력의 역할에 대하여 언급하며 끝을 맺는다. 우리는 다른 조건은 똑같이 두면서, 공기를 heptane 증기로 포화시켜, 물의 표면장력이 감소한 상태에서의 대조군 실험을 이행하였다. We conclude by referring to the role of the surface tension of water in contact with air in determining the size and distribution of platinum nanoparticles. We carried out a control experiment in the condition that the surface tension of water was reduced by saturating air with heptane vapor while leaving the other conditions the same.

이것은 물의 표면장력을 25 ℃에서 72 에서 52 mN/m 로 감소시킬 것으로 예상되었다.29 그러므로, 폴리아닐린 나노시트 위에 백금 이온이 클러스터가 되는 것이 적어졌고, 그래서, 도 3에 나타난 바와 같이, 상당한 양의 백금 나노입자의 응집 현상과 더불어 확실히 낮은 면 밀도가 관측되었다. 이 불가피하게 낮아진 피크 전류(2 배 이상)와 메탄올 산화에 대하여 악화된 그것들의 내구성을 도 3d 에서 확인할 수 있다. 하지만, 상업용 Pt/C 촉매보다 여전히 높은 1.7에서 1.9의 I f/I b 값을 보이는 것은 흥미를 끄는데, 이는 좋은 촉매 활성에 대한 이차원적인 폴리아닐린의 사용의 중요성을 신호한다.This was expected to reduce the surface tension of water from 72 to 52 mN/m at 25 °C. 29 Therefore, there were fewer clusters of platinum ions on the polyaniline nanosheets, and thus, as shown in FIG. 3, a significantly low areal density was observed along with the agglomeration of a significant amount of platinum nanoparticles. This inevitably lowered peak current (more than twice) and their durability deteriorated against methanol oxidation can be confirmed in FIG. 3D. However, it is interesting to see I f / I b values of 1.7 to 1.9, which are still higher than commercial Pt/C catalysts, signaling the importance of the use of two-dimensional polyaniline for good catalytic activity.

요악하면, 2.7 nm의 크기로 균일하고, 높은 결정성을 가지며, 매우 촉매 활성이 큰 가지는 백금 나노입자를, 넓은 면적의 이차원적인 전도성 고분자에 합성하였다. In summary, platinum nanoparticles having a size of 2.7 nm, uniform, high crystallinity, and very catalytically active, were synthesized in a two-dimensional conductive polymer having a large area.

공기-물 계면에서의 폴리아닐린 분자의 위치에서 자발적이고 빠른 백금 이온의 클러스터링이 이를 얻기 위한 핵심이었다. 폴리아닐린에 지지된 백금 나노입자의 I f/I b 값은 2.45로 매우 높았으며, 50 사이클 이상에서 높은 촉매 활성을 잘 유지할 수 있었다. 또한, 이 새로운 촉매는 상업용 Pt/C 촉매보다 두 배 높은 피크 전류 밀도를 가졌고, 이와 더불어 두 배 이상 큰 ECSA와 향상된 일산화탄소 내성을 보였다.The spontaneous and rapid clustering of platinum ions at the location of the polyaniline molecule at the air-water interface was the key to achieving this. The I f / I b value of the platinum nanoparticles supported on polyaniline was very high at 2.45, and high catalytic activity was well maintained at 50 cycles or more. In addition, the new catalyst had a peak current density that was twice as high as that of commercial Pt/C catalysts, along with more than twice the ECSA and improved carbon monoxide tolerance.

물질. matter.

아닐린 (>99.5%), 과염소산 (HClO4, 70%), 그리고 낮은 지방족 알코올과 물의 혼합물 내에 있는 5 % 나피온NafionTM 117 은 Sigma Aldrich 에서 구입하였다. 과황산암모늄 (APS, 98.0%), 염산 (HCl, 36%), 포름산 (97%), 사염화백금(II)산 칼륨(K2PtCl4, 99.9%), 상업용 Pt/C (40 wt% loading on carbon black) 는 Alfa Aesar 에서 구입하였다. 메탄올 (99.9%, HPLC grade) and 무수 에탄올(99.9%, HPLC grade) 은 각각 J. T. Baker 와 Fisher 에서 구입하였다. 모든 실험에서의 물은 Millipore system 을 통해 정제되었다.Aniline (>99.5%), perchloric acid (HClO 4 , 70%), and 5% Nafion TM 117 in a mixture of low aliphatic alcohol and water were purchased from Sigma Aldrich. Ammonium persulfate (APS, 98.0%), hydrochloric acid (HCl, 36%), formic acid (97%), potassium tetrachloride (II) acid (K 2 PtCl 4 , 99.9%), commercial Pt/C (40 wt% loading) on carbon black) was purchased from Alfa Aesar. Methanol (99.9%, HPLC grade) and absolute ethanol (99.9%, HPLC grade) were purchased from JT Baker and Fisher, respectively. Water in all experiments was purified through the Millipore system.

폴리아닐린Polyaniline ( ( PANIPANI ) ) 나노시트의Nanosheet 합성. synthesis.

PANI 나노시트는 본 연구진의 기존에 출판한 연구에 설명되어 있는 절차에 따라 합성되었다.[ 1] 1 M 염산에 있는 0.25 M 의 아닐린과 1 M 염산에 있는 0.25 M의 APS 을 0 ℃에서 얼음 위로 연속적으로 떨어뜨렸다. 반응 5분 후, 초록색의 PANI 나노시트를 수 센티미터 크기로 얻을 수 있었다. [1] I.Y. Choi, J. Lee, H. Ahn, J. Lee, H. C. Choi, M. J. Park, Angew . Chem . Int . Ed. 2015, 54, 10497-10501.The PANI nanosheets were synthesized according to the procedure described in our previously published work. [ 1] 0.25 M aniline in 1 M hydrochloric acid and 0.25 M APS in 1 M hydrochloric acid were continuously dropped onto ice at 0°C. After 5 minutes of reaction, a green PANI nanosheet was obtained in a size of several centimeters. [1] IY Choi, J. Lee, H. Ahn, J. Lee, HC Choi, MJ Park, Angew . Chem . Int . Ed. 2015, 54, 10497-10501.

PANI에PANI 지지된Supported 백금 나노입자의 합성. Synthesis of platinum nanoparticles.

PANI 나노시트는 10.4 mg 의 K2PtCl4를 포함하고 있는 50 mL의 물 표면으로 옮겨졌다. PANI 나노시트가 공기-물 계면에 위치하는 것을 유지한 상태로, 용액은 70 ℃로 5분 동안 가열되었고, 이어서 1.5 mL의 포름산을 넣었다. 30분 더 가열한 후에, 용액을 상온으로 식혔고, 결과로 얻어진 물-공기 계면에서의 PANI에 지지된 백금 나노입자는 목표 기판으로 옮겨졌고, 이어서 증류수로 반복하여 세척되었다.The PANI nanosheets were transferred to the surface of 50 mL water containing 10.4 mg of K 2 PtCl 4 . With the PANI nanosheets maintained at the air-water interface, the solution was heated to 70° C. for 5 minutes, followed by 1.5 mL of formic acid. After further heating for 30 minutes, the solution was cooled to room temperature, and the resulting platinum nanoparticles supported by PANI at the water-air interface were transferred to the target substrate, and then washed repeatedly with distilled water.

또한, 다른 조건은 동일하게 두고, 공기를 heptane 증기로 포화시킴으로써 물의 표면장력을 다르게 하였다.In addition, the other conditions were the same, and the surface tension of water was changed by saturating the air with heptane vapor.

탄소에 On carbon 지지된Supported Pt/C 촉매의 준비. Preparation of Pt/C catalyst.

5 mg 의 Pt/C가 50 L of 나피온TM 117 용액을 포함하는 1 mL 의 에탄올에 현탁시켰다. 초음파 처리 하에 혼합물을 분산시킴으로써 균일한 잉크가 제조되었다. 5㎕ 의 결과적인 Pt/C 잉크를 전기화학적인 촉매 특성 확인을 위해 유리 카본 전극(CHI 104, 3 mm의 지름) 표면에 떨어뜨렸다.5 mg of Pt/C was suspended in 1 mL of ethanol containing 50 L of Nafion TM 117 solution. A uniform ink was prepared by dispersing the mixture under sonication. 5 μl of the resulting Pt/C ink was dropped onto the surface of a glass carbon electrode (CHI 104, diameter of 3 mm) to confirm the electrochemical catalyst properties.

분자 및 구조적 특성.Molecular and structural properties.

PANI 에 지지된 백금 나노입자의 투과전자현미경(TEM) 사진은 JEOL-JEM-1011 전자현미경을 통해 촬영되었다. 고분해능 투과전자현미경 (HR-TEM) 은 JEOL-JEM-2100F 전자현미경을 통해 촬영되었다. TEM과 HRTEM 의 측정을 위해, formvar 가 코팅되지 않은 200 메쉬의 구리 TEM 그리드가 이용되었다. X-선 광전자 분광법은 VG Scientific ESCALAB 250 (Thermo Scientific) 장비에서 단색 Al Kα 소스로 측정되었다. 시료의 분말 X-선 회절(XRD) 데이터는 싱크로트론 방사를 사용하는 포항 가속기 연구소(PAL)의 9B 빔라인에서 측정되었다. XPS와 XRD 시료는 PANI에 지지된 백금 나노입자를 물-공기 계면으로부터 실리콘 웨이퍼로 옮김으로써 준비되었다. 푸리에 변환 적외선 분광법은 브롬화칼륨(KBr) (Aldrich) 펠렛을 이용하여 측정되었다.Transmission electron microscopy (TEM) pictures of platinum nanoparticles supported on PANI were taken through a JEOL-JEM-1011 electron microscope. High-resolution transmission electron microscope (HR-TEM) was taken through a JEOL-JEM-2100F electron microscope. For the measurement of TEM and HRTEM, a 200 mesh copper TEM grid without a formvar coating was used. X-ray photoelectron spectroscopy was measured with a monochromatic Al Kα source on a VG Scientific ESCALAB 250 (Thermo Scientific) instrument. Powder X-ray diffraction (XRD) data of the sample was measured on a 9B beamline of Pohang Accelerator Laboratory (PAL) using synchrotron radiation. XPS and XRD samples were prepared by transferring platinum nanoparticles supported on PANI from the water-air interface to a silicon wafer. Fourier transform infrared spectroscopy was measured using potassium bromide (KBr) (Aldrich) pellets.

전기화학적 촉매 특성. Electrochemical catalyst properties.

PANI에 지지된 백금 나노입자와 Pt/C 의 전기화학적 촉매 특성은 상온에서 삼전극계를 이용하여 조사되었다. 유리 탄소 전극, 백금 선, 은/염화은 전극이 각각 작용 전극, 상대 전극, 기준 전극으로 이용되었다. 유리 탄소 전극은 0.05 ㎛ d의 알루미늄 옥사이드 파우더로 조심스럽게 닦아졌고, 이어서 증류수로 세척되었다. 순환전압전류 측정(VersaSTAT3, Princeton Applied Research, AMETEK, Inc.)은 1.0 M 의 메탄올을 포함한 0.1 M 의 과염소산 수용액에서 50 mV s- 1 의 주사속도로 은/염화은 전극 기준으로 -0.2-1.0 V 의 범위에서 이행되었다. 폴리아닐린에 지지된 백금 나노입자와 Pt/C의 전기화학적 활성 면적(ECSA)은 0.1 M 의 과염소산 수용액 하에서 측정된 수소 흡착 영역의 전하량을 합친 값으로부터 계산되었다. 시간전류법 테스트는 0.4 V 에서 7200 초 동안 실행되었다. 모든 측정에 앞서, 전해질 용액은 잔여 산소를 제거하기 위해 20분동안 아르곤으로 퍼지되었다. 각 촉매에 있는 백금의 함량은 유도 결합 플라즈마 원자 방출 분광학(ICP-AES, iCAP 7400, Thermo Scientific)을 통해 얻을 수 있었다.The electrochemical catalytic properties of platinum nanoparticles and Pt/C supported on PANI were investigated using a three-electrode system at room temperature. A glass carbon electrode, a platinum wire, and a silver/silver chloride electrode were used as a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode, respectively. The free carbon electrode was carefully wiped with 0.05 μm d of aluminum oxide powder and then washed with distilled water. Cyclic voltage current measurement (VersaSTAT3, Princeton Applied Research, AMETEK, Inc.) was performed in a 0.1 M aqueous perchloric acid solution containing 1.0 M methanol at a scanning speed of 50 mV s - 1 based on a silver/silver chloride electrode of -0.2 to 1.0 V. Was implemented in scope. The electrochemically active area (ECSA) of platinum nanoparticles supported on polyaniline and Pt/C was calculated from the sum of the amount of charge in the hydrogen adsorption region measured in 0.1 M aqueous perchloric acid solution. The time amperometric test was run at 0.4 V for 7200 seconds. Prior to all measurements, the electrolyte solution was purged with argon for 20 minutes to remove residual oxygen. The content of platinum in each catalyst was obtained through inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES, iCAP 7400, Thermo Scientific).

Claims (11)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 백금 이온을 포함하는 용액을 제공하는 단계;
2차원 폴리아닐린 나노시트를 제공하는 단계;
상기 용액의 표면에 상기 2차원 폴리아닐린 나노시트를 위치시키는 단계; 및
상기 용액을 가열하는 단계
를 포함하는 복합체 제조 방법.
Providing a solution comprising platinum ions;
Providing a two-dimensional polyaniline nanosheet;
Positioning the two-dimensional polyaniline nanosheets on the surface of the solution; And
Heating the solution
Composite manufacturing method comprising a.
제7항에 있어서, 상기 용액은 70 mN/m 이상의 표면 장력을 가지는 것을 특징으로 하는 복합체 제조 방법.The method of claim 7, wherein the solution has a surface tension of 70 mN/m or more. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 용액은 수용액인 것을 특징으로 하는 복합체 제조 방법.The method of claim 7 or 8, wherein the solution is an aqueous solution. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 가열은 무교반 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합체 제조 방법. The method of claim 7 or 8, wherein the heating is performed in an unstirred state. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 용액을 가열하는 단계에서 용액은 환원제를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합체 제조 방법.

The method of claim 7 or 8, wherein in the step of heating the solution, the solution contains a reducing agent.

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