KR20190009686A - Particle including atomic-scale channel, method of preparing the same, and catalyst including the same - Google Patents

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KR20190009686A
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Abstract

The present invention relates to a particle including at least one atomic-scale channel formed on a surface of the particle or on a surface and inside of the particle; a catalyst including the particle, particularly a catalyst for efficient and selective electrochemical conversion of carbon dioxide into high value-added C_(2+) fuel; and a method of preparing the particle. More specifically, the present invention relates to design and construction for an atomic-scale interlayer.

Description

원자-스케일 채널을 포함하는 입자, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 촉매{PARTICLE INCLUDING ATOMIC-SCALE CHANNEL, METHOD OF PREPARING THE SAME, AND CATALYST INCLUDING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a particle including an atom-scale channel, a method for producing the same, and a catalyst containing the same. BACKGROUND ART [0002]

본원은, 원자-스케일 채널(atomic-scale channel)을 포함하는, 입자로서, 하나 이상의 상기 원자-스케일 채널이 상기 입자의 표면, 또는 표면과 내부에 형성되어 있는 것인, 입자; 상기 입자를 포함하는 촉매, 특히, 이산화탄소의 고부가 가치 C2+ 연료로의 효율적 및 선택적 전기화학적 전환 촉매; 및 상기 입자의 제조 방법에 관한 것이다. We claim: 1. A particle comprising an atomic-scale channel, wherein at least one of the atomic-scale channels is formed on a surface, or a surface and an interior of the particle; An efficient and selective electrochemical conversion catalyst to a catalyst comprising said particles, in particular to a high value-added C 2+ fuel of carbon dioxide; And a process for producing the particles.

촉매에 의해 가속화되는 화학반응과정은, (1) 반응물이 촉매 반응사이트에 흡착이 되고, (2) 반응이 일어난 후, (3) 형성물이 촉매 표면을 탈착하는 과정으로 이루어진다. 따라서. 촉매 표면의 흡착 특이성이 변화되면 화학반응의 활성 및 선택도 또한 크게 변화될 수 있다.The chemical reaction process accelerated by the catalyst is composed of (1) adsorption of the reactant on the catalyst reaction site, (2) reaction, and (3) desorption of the catalyst surface on the catalyst surface. therefore. If the adsorption specificity of the catalyst surface is changed, the activity and selectivity of the chemical reaction can also be greatly changed.

이에, 활성 및 선택도와 같은 촉매능을 개선하기 위해 주로 촉매의 반응사이트를 증가시킴으로써 촉매의 흡착 특이성을 제어하는 방향의 연구가 주를 이루고 있을 뿐이며, 반응물이나 중간 생성물의 흡/탈착 에너지를 기반으로, 촉매 표면과 내부의 반응사이트를 원자적으로 제어하는 기술은 거의 연구된 바 없다.Therefore, in order to improve the catalytic activity such as activity and selectivity, mainly the study of controlling the adsorption specificity of the catalyst mainly by increasing the reaction site of the catalyst is mainly performed, and based on the adsorption / desorption energy of the reactant or the intermediate product , A technique for atomically controlling the surface of the catalyst and the reaction sites inside the catalyst has hardly been studied.

한편, 지구 온난화를 야기하는 온실가스 중 대표적인 물질로 이산화탄소를 들 수 있다. 이산화탄소는 화석 연료의 연소시 주로 발생하며 현재 매년 수십억 톤의 이산화탄소가 생성되고 있다. 이에, 전 세계 국가들은 이산화탄소의 방출을 경감시키고자, 전기화학 및/또는 광화학 방법을 이용하여 이산화탄소를 고부가가치의 연료나 공업용 화학 약품으로 전환시키기 위한 기술 개발에 박차를 가하고 있다 (대한민국특허공개공보 제2014-0012017호 등).On the other hand, carbon dioxide is one of the representative greenhouse gases that cause global warming. Carbon dioxide is mainly generated when fossil fuels are burned, and billions of tons of carbon dioxide are produced each year. Accordingly, countries around the world are spurring the development of technologies for converting carbon dioxide into high value-added fuels or industrial chemicals using electrochemical and / or photochemical methods to alleviate the emission of carbon dioxide 2014-0012017, etc.).

그러나, 이산화탄소 전환 기술은 상업적으로 활용하기에는 그 효율, 선택성, 및 전환속도 등 많은 한계를 가지고 있다. 이산화탄소 전환 기술은 기본적으로 촉매 반응이며, 상업화를 저해하는 대부분의 문제점들(고가의 귀금속 촉매, 낮은 촉매능, 및 급격한 촉매의 열화 등)이 촉매로부터 기인하고 있다. However, the carbon dioxide conversion technology has many limitations such as its efficiency, selectivity, and conversion rate for commercial use. The carbon dioxide conversion technique is basically a catalytic reaction, and most of the problems (such as expensive noble metal catalysts, low catalytic activity, and abrupt catalyst deterioration) that hinder commercialization are due to the catalyst.

이에, 이산화탄소 전환 기술이 상업화되기 위해서는, 적은 에너지를 투입하여 높은 효율과 우수한 선택도로 장기간 동안 목적하는 고부가 가치의 생성물이 생성될 수 있는 촉매의 개발이 우선적으로 요구되고 있다. Therefore, in order to commercialize the carbon dioxide conversion technology, development of a catalyst capable of generating a desired high-value-added product with high efficiency and good selection over a long period of time by inputting a small amount of energy is primarily demanded.

본원은, 원자-스케일 채널(atomic-scale channel)을 포함하는, 입자로서, 하나 이상의 상기 원자-스케일 채널이 상기 입자의 표면, 또는 표면과 내부에 형성되어 있는 것인, 입자; 상기 입자를 포함하는 촉매, 특히, 이산화탄소의 고부가 가치 C2+ 연료로의 효율적 및 선택적 전기화학적 전환 촉매; 및 상기 입자의 제조 방법에 관한 것이다. We claim: 1. A particle comprising an atomic-scale channel, wherein at least one of the atomic-scale channels is formed on a surface, or a surface and an interior of the particle; An efficient and selective electrochemical conversion catalyst to a catalyst comprising said particles, in particular to a high value-added C 2+ fuel of carbon dioxide; And a process for producing the particles.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본원의 제 1 측면은, 원자-스케일 채널(atomic-scale channel)을 포함하는, 입자로서, 하나 이상의 상기 원자-스케일 채널이 상기 입자의 표면, 또는 표면과 내부에 형성되어 있는 것인, 입자를 제공한다.A first aspect of the present application is directed to a particle comprising an atomic-scale channel, wherein at least one of the atomic-scale channels is formed on a surface of the particle, to provide.

본원의 제 2 측면은, 제 1 측면에 따른 원자-스케일 채널(atomic-scale channel)을 포함하는 입자를 포함하는, 촉매로서, 하나 이상의 상기 원자-스케일 채널이 상기 입자의 표면, 또는 표면과 내부에 형성되어 있는 것이고, 상기 입자에 포함된 상기 원자-스케일 채널의 내부 표면은 환원된 금속을 포함하는 것인, 촉매를 제공한다.A second aspect of the present application is a catalyst comprising particles comprising an atomic-scale channel according to the first aspect, wherein at least one of the atomic-scale channels is present on the surface of the particle, Wherein the inner surface of the atomic-scale channel comprised in the particles comprises a reduced metal.

본원의 제 3 측면은, 금속 화합물-함유 입자를 전기화학적으로 리튬화시킨 후 탈리튬화시켜 상기 입자 표면, 또는 표면과 내부에 하나 이상의 원자-스케일 채널을 형성하는 것을 포함하는, 제 1 측면에 따른 원자-스케일 채널을 포함하는 입자의 제조 방법으로서, 상기 리튬화 정도를 조절함으로써 상기 원자-스케일 채널의 폭의 크기가 제어되고, 상기 리튬화 과정 동안 상기 금속 화합물의 표면, 또는 표면과 내부의 적어도 일부가 환원되어 상기 원자-스케일 채널이 형성되고, 상기 입자에 포함되는 상기 원자-스케일 채널의 내부 표면이 환원된 상기 금속을 포함하는 것인, 입자의 제조 방법을 제공한다. A third aspect of the present invention is a method of forming a metal-compound-containing particle on a first surface, comprising: electrochemically litholytically laminating a metal compound-containing particle to form one or more atomic-scale channels on the particle surface, Wherein the width of the atomic-scale channel is controlled by controlling the degree of lithiation, and the surface of the metal compound, or the surface of the metal compound during the lithiation process, At least a portion of which is reduced to form the atomic-scale channel, and wherein an inner surface of the atomic-scale channel included in the particle comprises the reduced metal.

본원의 구현예들에 있어서, 본원에 따른 입자는 그 표면, 또는 표면과 내부에 걸쳐 하나 이상의 원자-스케일 채널을 포함하며, 상기 원자-스케일 채널의 폭은 옹스트롬 단위로 제어될 수 있다. In embodiments herein, a particle according to the present invention comprises at least one atomic-scale channel on its surface, or across its surface and interior, and the width of the atomic-scale channel can be controlled in angstrom units.

본원의 구현예들에 있어서, 본원에 따른 입자는 그 표면, 또는 표면과 내부의 폭이 옹스트롬 단위로 제어될 수 있는 하나 이상의 원자-스케일 채널을 포함하여 상기 원자-스케일 채널이 촉매 반응의 반응물 및/또는 중간 생성물과 강하고 안정적인 결합을 형성할 수 있으므로, 촉매로서 매우 유용하다. In embodiments herein, a particle according to the present invention includes at least one atomic-scale channel whose surface, or surface and interior width, can be controlled in angstrom units, such that the atomic- / RTI > and / or can form strong and stable bonds with the intermediate product, and therefore are very useful as catalysts.

본원의 구현예들에 있어서, 상기 촉매는 촉매 반응의 반응물 및/또는 중간 생성물과 매우 강하고 안정적으로 결합할 수 있는 원자-스케일 채널을 가지므로, 전류 밀도 및 패러데이 효율이 현저하게 높고, 촉매의 활성 및/또는 선택도가 높은 장점이 있다.In embodiments of the present invention, the catalyst has an atomic-scale channel that is very strong and can stably bond with the reactants and / or intermediates of the catalytic reaction, so that the current density and Faraday efficiency are significantly higher, And / or a high degree of selectivity.

본원의 구현예들에 있어서, 상기 촉매는 산소 원자-함유 물질의 전기화학적 환원용 촉매로 작용할 수 있으며, 특히, 이산화탄소, 황 산화물, 또는 질소 산화물의 환원용 촉매로서 작용할 수 있다. In embodiments herein, the catalyst may serve as a catalyst for the electrochemical reduction of oxygen atom-containing materials, and may in particular act as a catalyst for the reduction of carbon dioxide, sulfur oxides, or nitrogen oxides.

본원의 구현예들에 있어서, 상기 촉매는 옹스트롬 단위로 제어된 상기 원자-스케일 채널을 포함함으로써, 이산화탄소 환원 또는 전기화학적 환원에 의하여 생성되는 C2+ 이상의 고부가 가치 탄화수소류 생성물에 대한 선택도가 상기 원자-스케일 채널이 없는 입자에 비하여 현저히 증가될 수 있다. In embodiments of the present invention, the catalyst comprises the atomic-scale channel controlled in angstrom units so that the selectivity for a high value-added hydrocarbon product of C 2+ or greater, produced by carbon dioxide reduction or electrochemical reduction, Can be significantly increased compared to particles without an atom-scale channel.

도 1은, 본원의 일 실시예에 있어서, 양자 화학적 조사를 위해 계산된 결과 및 모델에 관한 도면이다.
도 2는, 본원의 일 실시예에 있어서, 전기화학적 리튬화에 의한 CuOx 나노입자의 구조 제어에 관한 도면들이다. 구체적으로, 도 2a는 캐퍼시티 프로필(capacity profile)에 따른 전기화학적 리튬 충전/방전 과정을 나타낸 것이고, 도 2b는 단계 Ⅰ에서 Ⅴ까지의 공정 단계 동안 CuOx 입자의 개략도이다. 도 2c는 단계 Ⅰ에서 Ⅴ까지의 점진적인 리튬화 공정 단계 동안 동일 지점에서 CuOx 입자의 TEM(투과 전자 현미경, transmission electron microscope) 사진이며, 도 2d는 각 단계에서의 d s 값의 분포를 나타낸 것이다.
도 3은, 본원의 일 실시예에 있어서, 단계 Ⅲ, Ⅳ, 및 Ⅴ에서 CuOx 클러스터의 TEM 및 STEM(주사 투과 전자 현미경, scanning transmission electron microscope) 이미지이다.
도 4 는, 본원의 일 실시예에 있어서, 각 리튬화 단계 이후에 수득된 PXRD(분말 X-선 회절, powder X-ray diffraction) 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 5는, 본원의 일 실시예에 있어서, 개질되지 않은(blank, 이하 "블랭크"라고도 함) CuOx 입자 및 단계 Ⅰ 내지 Ⅴ의 공정 처리된 샘플의 X-선 흡수 스펙트럼이다.
도 6은, 본원의 일 실시예에 있어서, 블랭크 CuOx 입자 및 단계 Ⅰ 내지 Ⅴ의 공정 처리된 샘플의 XPS(X-선 광전자 분광법, X-ray photoelectron spectroscopy) 스펙트럼이다.
도 7은, 본원의 일 실시예에 있어서, 블랭크 CuOx 입자 및 단계 I부터 V까지의 리튬화된 시료의 N2 흡착/탈착 측정에 따른 HK(Horvath-Kawazoe) 방법으로 시뮬레이션된 동공 크기 분포이다.
도 8은, 본원의 일 실시예에 있어서, 리튬화-공정 처리된 구리 산화물 나노입자의 전기화학적 이산화탄소 환원 특성을 나타낸 것이다.
도 9는, 본원의 일 실시예에 있어서, 다양하게 인가된 전위에서의 리튬화된 샘플의 패러데이 효율을 나타낸 것이다.
도 10은, 본원의 일 실시예에 있어서, 주기적·반복적으로 리튬화된 샘플들의 촉매 특성을 나타낸 것이다.
도 11은, 본원의 일 실시예에 있어서, 상이한 질량 로딩에 따른 단계 Ⅲ 이후 샘플의 촉매 특성을 나타낸 것이다.
도 12는, 본원의 일 실시예에 있어서, 산화물-유래 Cu 촉매의 촉매 특성을 나타낸 것이다.
도 13은, 본원의 일 실시예에 있어서, O2 플라즈마 처리된 Cu 촉매의 촉매 특성을 나타낸 것이다.
도 14는, 본원의 일 실시예에 있어서, CO 기체의 온도-프로그래밍된 탈착(Temperature-programmed desorption, 이하 "TPD"라고도 함) 스펙트럼이다.
도 15는, 본원의 일 실시예에 있어서, TPD 분석 중 배출되는 CO의 양을 나타낸 것이다.
도 16은, 본원의 일 실시예에 있어서, 3 시간 동안 -0.9 V vs. RHE 의 인가 전압하에 CO2RR에 대한 단계 Ⅲ에서 샘플의 전류 밀도를 나타낸 것이다.
도 17은, 본원의 일 실시예에 있어서, CO2RR 동안 리튬화된 샘플들에서 산화된 Cu 종을 결정하기 위한 Operando XAS(X-선 흡수 분광, X-ray absorption spectroscopy) 분석을 나타낸 것이다.
도 18은, 본원의 일 실시예에 있어서, CO2RR 전후의 리튬화된 샘플들의 산소 종을 결정하기 위해 불활성 기체 조건하의 ex-situ XPS 분석에서 수득된 O(산소) 1s 스펙트럼이다.
도 19는, 본원의 일 실시예에 있어서, 각각 d s 의 함수로서 비표면적, 전기화학적 표면적, GB(결정립 경계, grain boundary) 표면적, 및 결손 산소 밀도와 Cu 산화상태에 따른C-C 커플링 활성의 비교를 나타낸 것이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a diagram of the results and models calculated for quantum chemistry in one embodiment of the invention.
FIG. 2 is a diagram showing structural control of CuO x nanoparticles by electrochemical lithiation in one embodiment of the present invention. FIG. Specifically, FIG. 2A shows an electrochemical lithium charge / discharge process according to a capacity profile, and FIG. 2B is a schematic view of CuO x particles during the process steps of steps I to V. FIG. 2C is a TEM (transmission electron microscope) photograph of CuO x particles at the same point during the progressive lithiation process steps from step I to V, and Fig. 2D shows the distribution of d s values at each step .
Figure 3 is TEM and STEM (scanning transmission electron microscope) images of CuO x clusters in steps III, IV, and V in one embodiment of the invention.
4 is a graph showing PXRD (powder X-ray diffraction) patterns obtained after each lithiation step, in one embodiment of the present invention.
5 is according to one embodiment of the present application, it is not modified (blank, hereinafter referred to as "blank" also known as) x CuO particles and a step to process Ⅰ X- ray absorption spectrum of the treated sample of Ⅴ.
Figure 6 is XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) spectra of blank CuOx particles and processed samples of steps I to V, in one embodiment of the invention.
Figure 7 is a pupil size distribution simulated by the HK (Horvath-Kawazoe) method for N 2 adsorption / desorption measurements of blank CuOx particles and lithiated samples from steps I to V, in one embodiment of the invention.
Figure 8 shows the electrochemical carbon dioxide reduction characteristics of lithiated-treated copper oxide nanoparticles in one embodiment of the invention.
Figure 9 shows the Faraday efficiency of a lithiated sample at various applied potentials in one embodiment of the invention.
Figure 10 shows the catalytic properties of periodically and repeatedly lithiated samples in one embodiment of the invention.
Figure 11 shows the catalyst properties of samples after step III according to different mass loading in one embodiment of the invention.
Figure 12 shows the catalytic properties of an oxide-derived Cu catalyst in one embodiment of the invention.
Figure 13 shows the catalyst properties of an O 2 plasma treated Cu catalyst in one embodiment of the invention.
FIG. 14 is a temperature-programmed desorption (hereinafter also referred to as " TPD ") spectrum of CO gas in one embodiment of the present invention.
Figure 15 shows the amount of CO emitted during the TPD analysis in one embodiment of the invention.
FIG. 16 is a graphical representation of the results of a comparison of -0.9 V vs. And the current density of the sample in step III for CO2RR under an applied voltage of RHE.
Figure 17 illustrates Operando XAS (X-ray absorption spectroscopy) analysis for determining oxidized Cu species in lithiated samples during CO 2 RR in one embodiment of the present invention.
18 is O (oxygen) 1s spectrum obtained in an ex situ XPS analysis under inert gas conditions to determine the oxygen species of the lithiated samples before and after the CO2RR, in one embodiment of the present invention.
Figure 19 is a graph of the effect of CC coupling activity on the specific surface area, electrochemical surface area, GB (grain boundary) surface area, and defect oxygen density and Cu oxidation state, respectively, as a function of d s Lt; / RTI >

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, the same reference numbers are used throughout the specification to refer to the same or like parts.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is "directly connected" but also includes the case where it is "electrically connected" do.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is " on " another member, it includes not only when the member is in contact with the other member, but also when there is another member between the two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.Throughout this specification, when an element is referred to as " including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise. The terms " about ", " substantially ", etc. used to the extent that they are used throughout the specification are intended to be taken to mean the approximation of the manufacturing and material tolerances inherent in the stated sense, Accurate or absolute numbers are used to help prevent unauthorized exploitation by unauthorized intruders of the referenced disclosure. The word " step (or step) " or " step " used to the extent that it is used throughout the specification does not mean " step for.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term " combination thereof " included in the expression of the machine form means one or more combinations or combinations selected from the group consisting of the constituents described in the expression of the machine form, And the like.

본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.Throughout this specification, the description of "A and / or B" means "A or B, or A and B".

본원 명세서 전체에서, "RHE"는 가역적 수소 전극(Reversible Hydrogen Electrode)을 의미하며, "CO2RR"은 이산화탄소의 전기화학적 환원(the electrochemical reduction of carbon dioxide)을 의미한다. Throughout this specification, "RHE" refers to a reversible hydrogen electrode and "CO2RR" refers to the electrochemical reduction of carbon dioxide.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments and examples and drawings.

본원의 제 1 측면은, 원자-스케일 채널(atomic-scale channel)을 포함하는, 입자로서, 하나 이상의 상기 원자-스케일 채널이 상기 입자의 표면, 또는 표면과 내부에 형성되어 있는 것인, 입자를 제공한다.A first aspect of the present application is directed to a particle comprising an atomic-scale channel, wherein at least one of the atomic-scale channels is formed on a surface of the particle, to provide.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 원자-스케일 채널의 폭이 약 1 nm 미만인 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 원자-스케일 채널의 폭은 약 1 nm 미만, 약 9 Å 이하, 약 8 Å 이하, 약 7 Å 이하, 약 6 Å 이하, 약 5 Å 이하, 약 4 Å 이하, 약 3 Å 이하, 또는 약 2 Å 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 예를 들어, 상기 원자-스케일 채널의 폭은 약 7 Å 이하일 수 있다. In one embodiment of the invention, the width of the atomic-scale channel may be less than about 1 nm. For example, the width of the atomic-scale channel may be less than about 1 nm, less than about 9 A, less than about 8 A, less than about 7 A, less than about 6 A, less than about 5 A, less than about 4 A, Or about 2 A or less, but is not limited thereto. Also, for example, the width of the atomic-scale channel may be less than or equal to about 7 angstroms.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 원자-스케일 채널의 폭이 약 1 Å 이상 내지 약 1 nm 미만인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 원자-스케일 채널의 폭은 약 1 Å 이상 내지 약 1 nm 미만, 약 1 Å 이상 내지 약 9 Å 이하, 약 1 Å 이상 내지 약 8 Å 이하, 약 1 Å 이상 내지 약 7 Å 이하, 약 1 Å 이상 내지 약 6 Å 이하, 약 1 Å 이상 내지 약 5 Å 이하, 약 1 Å 이상 내지 약 4 Å 이하, 약 1 Å 이상 내지 약 3 Å 이하, 약 1 Å 이상 내지 약 2 Å 이하, 약 2 Å 이상 내지 약 1 nm 미만, 약 2 Å 이상 내지 약 9 Å 이하, 약 2 Å 이상 내지 약 8 Å 이하, 약 2 Å 이상 내지 약 7 Å 이하, 약 2 Å 이상 내지 약 6 Å 이하, 약 2 Å 이상 내지 약 5 Å 이하, 약 2 Å 이상 내지 약 4 Å 이하, 약 2 Å 이상 내지 약 3 Å 이하, 약 3 Å 이상 내지 약 1 nm 미만, 약 3 Å 이상 내지 약 9 Å 이하, 약 3 Å 이상 내지 약 8 Å 이하, 약 3 Å 이상 내지 약 7 Å 이하, 약 3 Å 이상 내지 약 6 Å 이하, 약 3 Å 이상 내지 약 5 Å 이하, 약 3 Å 이상 내지 약 4 Å 이하, 약 4 Å 이상 내지 약 1 nm 미만, 약 4 Å 이상 내지 약 9 Å 이하, 약 4 Å 이상 내지 약 8 Å 이하, 약 4 Å 이상 내지 약 7 Å 이하, 약 4 Å 이상 내지 약 6 Å 이하, 약 4 Å 이상 내지 약 5 Å 이하, 약 5 Å 이상 내지 약 1 nm 미만, 약 5 Å 이상 내지 약 9 Å 이하, 약 5 Å 이상 내지 약 8 Å 이하, 약 5 Å 이상 내지 약 7 Å 이하, 약 5 Å 이상 내지 약 6 Å 이하, 약 6 Å 이상 내지 약 1 nm 미만, 약 6 Å 이상 내지 약 9 Å 이하, 약 6 Å 이상 내지 약 8 Å 이하, 약 6 Å 이상 내지 약 7 Å 이하, 약 7 Å 이상 내지 약 1 nm 미만, 약 7 Å 이상 내지 약 9 Å 이하, 약 7 Å 이상 내지 약 8 Å 이하, 약 8 Å 이상 내지 약 1 nm 미만, 약 8 Å 이상 내지 약 9 Å 이하, 또는 약 9 Å 이상 내지 약 1 nm 미만인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 예를 들어, 상기 원자-스케일 채널의 폭이 약 5 Å 이상 내지 약 6 Å 이하일 수 있다. In one embodiment of the invention, the width of the atomic-scale channel may be greater than about 1 A to less than about 1 nm, but is not limited thereto. For example, the width of the atomic-scale channel may be at least about 1 A to about 1 nm, at least about 1 A to about 9 A, at least about 1 A to about 8 A, at least about 1 A to about 7 A From about 1 A to about 5 A, from about 1 A to less than about 4 A, from about 1 A to less than about 3 A, from about 1 A to less than about 2 A At least about 2 angstroms to about 7 angstroms, at least about 2 angstroms to about 6 angstroms, and at least about 2 angstroms, From about 2 A to less than about 5 A, from about 2 A to less than about 4 A, from about 2 A to less than about 3 A, from about 3 A to less than about 1 nm, from about 3 A to less than about 9 A Less than about 3 angstroms to about 8 angstroms, less than about 3 angstroms to about 7 angstroms, less than about 3 angstroms to less than about 6 angstroms, less than about 3 angstroms, At least about 4 angstroms, at least about 4 angstroms, at least about 4 angstroms, at least about 4 angstroms, at least about 4 angstroms, at least about 4 angstroms, At least about 7 angstroms, at least about 4 angstroms and at least about 6 angstroms, at least about 4 angstroms and at least about 5 angstroms, at least about 5 angstroms and at least about 1 nm, at least about 5 angstroms and at least about 9 angstroms, From about 6 A to less than about 1 A, from about 6 A to less than about 9 A, from about 6 A to less than about 6 A, At least about 7 angstroms, at least about 7 angstroms, at least about 7 angstroms, at least about 7 angstroms, at least about 1 nanometers, at least about 7 angstroms, at least about 9 angstroms, at least about 7 angstroms, Less than about 1 nm, from about 8 A to less than about 9 A, or from about 9 A to less than about 1 nm, The. Also, for example, the width of the atomic-scale channel may be at least about 5 A to about 6 A or less.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자에 포함된 상기 원자-스케일 채널의 내부 표면은 환원된 금속을 포함하는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자에 있어서 상기 채널들 사이의 표면은 상기 환원된 금속을 포함하는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자에 포함된 상기 원자-스케일 채널의 내부 표면 및 상기 입자의 나머지 표면은 환원된 금속을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the invention, the inner surface of the atomic-scale channel included in the particles may comprise a reduced metal. In one embodiment of the invention, the surface between the channels in the particle may comprise the reduced metal. In one embodiment of the present invention, the inner surface of the atomic-scale channel included in the particle and the remaining surface of the particle may include, but are not limited to, a reduced metal.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 원자-스케일 채널 중 상기 입자의 표면에 위치한 원자-스케일 채널은 입자의 표면 측이 개방(open)되어 있는 것으로서, 원자 스케일로 관찰시 3차원의 형상을 가질 수 있으며, 나노 스케일로 관찰시 1차원 또는 2차원의 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the invention, the atomic-scale channel located on the surface of the particle among the atomic-scale channels is an open surface of the particle, and the atomic-scale channel can have a three- And may have a one- or two-dimensional shape upon observation at the nanoscale, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 원자-스케일 채널 또는 상기 채널의 내부 공간은 원자스케일 크기로 형성된 공간으로서, 상기 원자-스케일 채널의 내부 양측면을 기준으로, 상기 원자-스케일 채널 또는 상기 채널의 내부 공간은 원자-스케일 인터스페이스(interspacing), 원자-스케일 인터레이어(interlayer), 또는 원자-스케일 면간 스페이스(interplanar spacing)으로서 표현될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, the atomic-scale channel or the inner space of the channel is a space formed by an atomic scale size, and the atomic-scale channel or the inner part of the channel The space may be represented as an atom-scale interspacing, an atom-scale interlayer, or an atom-scale interplanar spacing, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 하나 이상의 원자-스케일 채널은 규칙적이거나 불규칙적인 형상을 포함할 수 있으며, 서로 분리되거나 연결될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment, the one or more atomic-scale channels may include regular or irregular shapes and may be separated or connected to each other, but are not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자에 포함되는 상기 원자-스케일 채널은 금속 화합물-함유 입자를 전기화학적 리튬화시킨 후 탈리튬화하는 것을 포함하는 공정에 의하여 형성되는 것이고, 상기 원자-스케일 채널의 내부 표면은 상기 리튬화 동안 상기 금속 화합물의 환원에 의하여 형성되는 환원된 상기 금속을 포함하는 것일 수 있다. In one embodiment, the atomic-scale channel included in the particle is formed by a process comprising electrochemically lithiating a metal compound-containing particle and then delignifying the atomic-scale channel, May include the reduced metal formed by reduction of the metal compound during the lithiation.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 원자-스케일 채널의 폭의 크기는 상기 금속 화합물-함유 입자를 전기화학적 리튬화시키는 과정의 컷오프 전압에 의해 조절되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the width of the atomic-scale channel may be controlled by the cutoff voltage of the electrochemical lithiation of the metal compound-containing particles, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 화합물은 Mg, Al, Au, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, In, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, Ru, Sn, Ti, V, W, Zn, Sc, Y, Zr, Hf, Ta, Mn, Fe, Tc, 및 Re에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속 원소를 포함하는 화합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속은 리튬의 표준환원전위보다 높은 표준환원전위를 갖는 것은 제한 없이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, the metal compound is selected from the group consisting of Mg, Al, Au, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, In, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, But are not limited to, compounds containing one or more metal elements selected from Ti, V, W, Zn, Sc, Y, Zr, Hf, Ta, Mn, Fe, Tc and Re . In one embodiment of the present invention, the metal may have a standard reduction potential higher than the standard reduction potential of lithium, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 화합물은 Mg, Al, Au, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, In, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, Ru, Sn, Ti, V, W, Zn, Sc, Y, Zr, Hf, Ta, Mn, Fe, Tc, 및 Re에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속의 산화물을 포함하는 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the metal compound is selected from the group consisting of Mg, Al, Au, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, In, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, And may include oxides of one or more metals selected from Ti, V, W, Zn, Sc, Y, Zr, Hf, Ta, Mn, Fe, Tc and Re.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 환원된 금속은 Mg, Al, Au, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, In, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, Ru, Sn, Ti, V, W, Zn, Sc, Y, Zr, Hf, Ta, Mn, Fe, Tc, 및 Re에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속은 리튬의 표준환원전위보다 높은 표준환원전위를 갖는 것은 제한 없이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the invention, the reduced metal is selected from the group consisting of Mg, Al, Au, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, In, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, , And one or more metals selected from Ti, V, W, Zn, Sc, Y, Zr, Hf, Ta, Mn, Fe, Tc and Re. In one embodiment of the present invention, the metal may have a standard reduction potential higher than the standard reduction potential of lithium, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자의 평균 직경은 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 나노미터 내지 마이크로미터 수준의 크기일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 입자의 평균 직경은 약 10 ㎛ 이하, 약 1 ㎛ 이하, 약 500 nm 이하, 약 300 nm 이하, 약 100 nm 이하, 약 30 nm 내지 약 500 nm, 약 30 nm 내지 약 400 nm, 약 30 nm 내지 약 300 nm, 약 30 nm 내지 약 200 nm, 약 30 nm 내지 약 100 nm, 약 30 nm 내지 약 80 nm, 약 30 nm 내지 약 60 nm, 약 30 nm 내지 약 50 nm, 약 50 nm 내지 약 500 nm, 약 50 nm 내지 약 400 nm, 약 50 nm 내지 약 300 nm, 약 50 nm 내지 약 200 nm, 약 50 nm 내지 약 100 nm, 약 50 nm 내지 약 80 nm, 약 50 nm 내지 약 60 nm, 약 60 nm 내지 약 500 nm, 약 60 nm 내지 약 400 nm, 약 60 nm 내지 약 300 nm, 약 60 nm 내지 약 200 nm, 약 60 nm 내지 약 100 nm, 약 60 nm 내지 약 80 nm, 약 80 nm 내지 약 500 nm, 약 80 nm 내지 약 400 nm, 약 80 nm 내지 약 300 nm, 약 80 nm 내지 약 200 nm, 또는 약 80 nm 내지 약 100 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, the average diameter of the particles is not particularly limited. For example, it may be of the order of nanometers to micrometers in size, but is not limited thereto. For example, the average diameter of the particles may be less than about 10 urn, less than about 1 urn, less than about 500 nm, less than about 300 nm, less than about 100 nm, from about 30 nm to about 500 nm, From about 30 nm to about 50 nm, from about 30 nm to about 50 nm, from about 30 nm to about 50 nm, from about 30 nm to about 300 nm, from about 30 nm to about 200 nm, from about 30 nm to about 100 nm, From about 50 nm to about 500 nm, from about 50 nm to about 400 nm, from about 50 nm to about 300 nm, from about 50 nm to about 200 nm, from about 50 nm to about 100 nm, from about 50 nm to about 80 nm, About 60 nm to about 100 nm, about 60 nm to about 500 nm, about 60 nm to about 400 nm, about 60 nm to about 300 nm, about 60 nm to about 200 nm, about 60 nm to about 100 nm, 80 nm to about 500 nm, about 80 nm to about 500 nm, about 80 nm to about 400 nm, about 80 nm to about 300 nm, about 80 nm to about 200 nm, or about 80 nm to about 100 nm, It is not.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 원자-스케일 채널의 체적 밀도는 상기 입자의 단위 체적당 약 0.01 내지 약 0.2의 비율인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 원자-스케일 채널의 체적 밀도는 상기 입자의 단위 체적당 약 0.01 내지 약 0.2, 약 0.01 내지 약 0.15, 약 0.01 내지 약 0.1, 약 0.01 내지 약 0.08, 약 0.01 내지 약 0.06, 약 0.01 내지 약 0.04, 약 0.01 내지 약 0.02, 약 0.02 내지 약 0.2, 약 0.02 내지 약 0.15, 약 0.02 내지 약 0.1, 약 0.02 내지 약 0.08, 약 0.02 내지 약 0.06, 약 0.02 내지 약 0.04, 약 0.04 내지 약 0.2, 약 0.04 내지 약 0.15, 약 0.04 내지 약 0.1, 약 0.04 내지 약 0.08, 약 0.04 내지 약 0.06, 약 0.06 내지 약 0.2, 약 0.06 내지 약 0.15, 약 0.06 내지 약 0.1, 약 0.06 내지 약 0.08, 약 0.08 내지 약 0.2, 약 0.08 내지 약 0.15, 또는 약 0.08 내지 약 0.1의 비율인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the invention, the volume density of the atomic-scale channel may be in the range of about 0.01 to about 0.2 per unit volume of the particles, but is not limited thereto. For example, the volume density of the atomic-scale channels may be from about 0.01 to about 0.2, from about 0.01 to about 0.15, from about 0.01 to about 0.1, from about 0.01 to about 0.08, from about 0.01 to about 0.06, From about 0.01 to about 0.04, from about 0.01 to about 0.02, from about 0.02 to about 0.2, from about 0.02 to about 0.15, from about 0.02 to about 0.1, from about 0.02 to about 0.08, from about 0.02 to about 0.06, from about 0.02 to about 0.04, From about 0.04 to about 0.1, from about 0.04 to about 0.1, from about 0.04 to about 0.08, from about 0.04 to about 0.06, from about 0.06 to about 0.2, from about 0.06 to about 0.15, from about 0.06 to about 0.1, from about 0.06 to about 0.08 , From about 0.08 to about 0.2, from about 0.08 to about 0.15, or from about 0.08 to about 0.1.

본원의 제 2 측면은, 제 1 측면에 따른 원자-스케일 채널(atomic-scale channel)을 포함하는 입자를 포함하는, 촉매로서, 하나 이상의 상기 원자-스케일 채널이 상기 입자의 표면, 또는 표면과 내부에 형성되어 있는 것이고, 상기 입자에 포함된 상기 원자-스케일 채널의 내부 표면은 환원된 금속을 포함하는 것인, 촉매를 제공한다.A second aspect of the present application is a catalyst comprising particles comprising an atomic-scale channel according to the first aspect, wherein at least one of the atomic-scale channels is present on the surface of the particle, Wherein the inner surface of the atomic-scale channel comprised in the particles comprises a reduced metal.

본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면에 대해 설명한 내용은 본원의 제 2 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.Although a detailed description of the parts overlapping with the first aspect of the present application is omitted, the description of the first aspect of the present application may be applied to the second aspect of the present invention.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 원자-스케일 채널의 폭이 약 1 nm 미만인 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 원자-스케일 채널의 폭은 약 1 nm 미만, 약 9 Å 이하, 약 8 Å 이하, 약 7 Å 이하, 약 6 Å 이하, 약 5 Å 이하, 약 4 Å 이하, 약 3 Å 이하, 또는 약 2 Å 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 예를 들어, 상기 원자-스케일 채널의 폭은 약 7 Å 이하일 수 있다. In one embodiment of the invention, the width of the atomic-scale channel may be less than about 1 nm. For example, the width of the atomic-scale channel may be less than about 1 nm, less than about 9 A, less than about 8 A, less than about 7 A, less than about 6 A, less than about 5 A, less than about 4 A, Or about 2 A or less, but is not limited thereto. Also, for example, the width of the atomic-scale channel may be less than or equal to about 7 angstroms.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 원자-스케일 채널의 폭이 약 1 Å 이상 내지 약 1 nm 미만인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 원자-스케일 채널의 폭은 약 1 Å 이상 내지 약 1 nm 미만, 약 1 Å 이상 내지 약 9 Å 이하, 약 1 Å 이상 내지 약 8 Å 이하, 약 1 Å 이상 내지 약 7 Å 이하, 약 1 Å 이상 내지 약 6 Å 이하, 약 1 Å 이상 내지 약 5 Å 이하, 약 1 Å 이상 내지 약 4 Å 이하, 약 1 Å 이상 내지 약 3 Å 이하, 약 1 Å 이상 내지 약 2 Å 이하, 약 2 Å 이상 내지 약 1 nm 미만, 약 2 Å 이상 내지 약 9 Å 이하, 약 2 Å 이상 내지 약 8 Å 이하, 약 2 Å 이상 내지 약 7 Å 이하, 약 2 Å 이상 내지 약 6 Å 이하, 약 2 Å 이상 내지 약 5 Å 이하, 약 2 Å 이상 내지 약 4 Å 이하, 약 2 Å 이상 내지 약 3 Å 이하, 약 3 Å 이상 내지 약 1 nm 미만, 약 3 Å 이상 내지 약 9 Å 이하, 약 3 Å 이상 내지 약 8 Å 이하, 약 3 Å 이상 내지 약 7 Å 이하, 약 3 Å 이상 내지 약 6 Å 이하, 약 3 Å 이상 내지 약 5 Å 이하, 약 3 Å 이상 내지 약 4 Å 이하, 약 4 Å 이상 내지 약 1 nm 미만, 약 4 Å 이상 내지 약 9 Å 이하, 약 4 Å 이상 내지 약 8 Å 이하, 약 4 Å 이상 내지 약 7 Å 이하, 약 4 Å 이상 내지 약 6 Å 이하, 약 4 Å 이상 내지 약 5 Å 이하, 약 5 Å 이상 내지 약 1 nm 미만, 약 5 Å 이상 내지 약 9 Å 이하, 약 5 Å 이상 내지 약 8 Å 이하, 약 5 Å 이상 내지 약 7 Å 이하, 약 5 Å 이상 내지 약 6 Å 이하, 약 6 Å 이상 내지 약 1 nm 미만, 약 6 Å 이상 내지 약 9 Å 이하, 약 6 Å 이상 내지 약 8 Å 이하, 약 6 Å 이상 내지 약 7 Å 이하, 약 7 Å 이상 내지 약 1 nm 미만, 약 7 Å 이상 내지 약 9 Å 이하, 약 7 Å 이상 내지 약 8 Å 이하, 약 8 Å 이상 내지 약 1 nm 미만, 약 8 Å 이상 내지 약 9 Å 이하, 또는 약 9 Å 이상 내지 약 1 nm 미만인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 예를 들어, 상기 원자-스케일 채널의 폭이 약 5 Å 이상 내지 약 6 Å 이하일 수 있다. In one embodiment of the invention, the width of the atomic-scale channel may be greater than about 1 A to less than about 1 nm, but is not limited thereto. For example, the width of the atomic-scale channel may be at least about 1 A to about 1 nm, at least about 1 A to about 9 A, at least about 1 A to about 8 A, at least about 1 A to about 7 A From about 1 A to about 5 A, from about 1 A to less than about 4 A, from about 1 A to less than about 3 A, from about 1 A to less than about 2 A At least about 2 angstroms to about 7 angstroms, at least about 2 angstroms to about 6 angstroms, and at least about 2 angstroms, From about 2 A to less than about 5 A, from about 2 A to less than about 4 A, from about 2 A to less than about 3 A, from about 3 A to less than about 1 nm, from about 3 A to less than about 9 A Less than about 3 angstroms to about 8 angstroms, less than about 3 angstroms to about 7 angstroms, less than about 3 angstroms to less than about 6 angstroms, less than about 3 angstroms, At least about 4 angstroms, at least about 4 angstroms, at least about 4 angstroms, at least about 4 angstroms, at least about 4 angstroms, at least about 4 angstroms, At least about 7 angstroms, at least about 4 angstroms and at least about 6 angstroms, at least about 4 angstroms and at least about 5 angstroms, at least about 5 angstroms and at least about 1 nm, at least about 5 angstroms and at least about 9 angstroms, From about 6 A to less than about 1 A, from about 6 A to less than about 9 A, from about 6 A to less than about 6 A, At least about 7 angstroms, at least about 7 angstroms, at least about 7 angstroms, at least about 7 angstroms, at least about 1 nanometers, at least about 7 angstroms, at least about 9 angstroms, at least about 7 angstroms, Less than about 1 nm, from about 8 A to less than about 9 A, or from about 9 A to less than about 1 nm, The. Also, for example, the width of the atomic-scale channel may be at least about 5 A to about 6 A or less.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자에 포함된 상기 원자-스케일 채널의 내부 표면은 환원된 금속을 포함하는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자에 있어서 상기 채널들 사이의 표면은 상기 환원된 금속을 포함하는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자에 포함된 상기 원자-스케일 채널의 내부 표면 및 상기 입자의 나머지 표면은 환원된 금속을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the invention, the inner surface of the atomic-scale channel included in the particles may comprise a reduced metal. In one embodiment of the invention, the surface between the channels in the particle may comprise the reduced metal. In one embodiment of the present invention, the inner surface of the atomic-scale channel included in the particle and the remaining surface of the particle may include, but are not limited to, a reduced metal.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 원자-스케일 채널 중 상기 입자의 표면에 위치한 원자-스케일 채널은 입자의 표면 측이 개방(open)되어 있는 것으로서, 원자 스케일로 관찰시 3차원의 형상을 가질 수 있으며, 나노 스케일로 관찰시 1차원 또는 2차원의 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the invention, the atomic-scale channel located on the surface of the particle among the atomic-scale channels is an open surface of the particle, and the atomic-scale channel can have a three- And may have a one- or two-dimensional shape upon observation at the nanoscale, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 원자-스케일 채널 또는 상기 채널의 내부 공간은 원자스케일 크기로 형성된 공간으로서, 상기 원자-스케일 채널의 내부 양측면을 기준으로, 상기 원자-스케일 채널 또는 상기 채널의 내부 공간은 원자-스케일 인터스페이스(interspacing), 원자-스케일 인터레이어(interlayer), 또는 원자-스케일 면간 스페이스(interplanar spacing)으로서 표현될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, the atomic-scale channel or the inner space of the channel is a space formed by an atomic scale size, and the atomic-scale channel or the inner part of the channel The space may be represented as an atom-scale interspacing, an atom-scale interlayer, or an atom-scale interplanar spacing, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 하나 이상의 원자-스케일 채널은 규칙적이거나 불규칙적인 형상을 포함할 수 있으며, 서로 분리되거나 연결될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment, the one or more atomic-scale channels may include regular or irregular shapes and may be separated or connected to each other, but are not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자에 포함되는 상기 원자-스케일 채널은 금속 화합물-함유 입자를 전기화학적 리튬화시킨 후 탈리튬화하는 것을 포함하는 공정에 의하여 형성되는 것이고, 상기 원자-스케일 채널의 내부 표면은 상기 금속 화합물이 환원된 금속을 포함하는 것일 수 있다. In one embodiment, the atomic-scale channel included in the particle is formed by a process comprising electrochemically lithiating a metal compound-containing particle and then delignifying the atomic-scale channel, May be that the metal compound comprises a reduced metal.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 원자-스케일 채널의 폭의 크기는 상기 금속 화합물을 함유하는 입자를 전기화학적 리튬화시키는 과정의 컷오프 전압에 의해 조절되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the width of the atomic-scale channel may be controlled by the cutoff voltage of electrochemical lithiation of the particles containing the metal compound, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 촉매에 있어서, 상기 입자가 산소 원자-함유 물질의 환원용 촉매로서 작용하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 촉매는 기체 상태 또는 액체 상태의 산소 원자-함유 물질의 환원용 촉매로서 작용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, in the catalyst, the particles may serve as a catalyst for reducing an oxygen atom-containing material, but the present invention is not limited thereto. The catalyst may serve as a catalyst for reduction of the oxygen atom-containing material in a gaseous state or a liquid state, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 산소 원자-함유 물질은 이산화탄소, 황 산화물(SOx), 또는 질소 산화물(NOx)을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 산소 원자-함유 물질은 이산화탄소를 포함하는 것일 수 있다. In one embodiment of the invention, the oxygen atom-containing material may include, but is not limited to, carbon dioxide, sulfur oxides (SO x ), or nitrogen oxides (NO x ). In addition, the oxygen atom-containing material may include carbon dioxide.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 환원은 전기화학적 환원에 의하여 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, the reduction may be performed by electrochemical reduction, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자에 포함된 상기 원자-스케일 채널의 폭의 크기에 따라 상기 촉매의 활성 및/또는 선택도가 조절되는 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the activity and / or selectivity of the catalyst may be controlled according to the magnitude of the width of the atomic-scale channel included in the particles.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 촉매를 이용한 상기 환원 반응 전후에 상기 원자-스케일 채널의 폭의 크기가 일정하게 유지되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, the width of the atomic-scale channel before and after the reduction using the catalyst may be kept constant, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 화합물은 Mg, Al, Au, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, In, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, Ru, Sn, Ti, V, W, Zn, Sc, Y, Zr, Hf, Ta, Mn, Fe, Tc, 및 Re에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속 원소를 포함하는 화합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속은 리튬의 표준환원전위보다 높은 표준환원전위를 갖는 것은 제한 없이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, the metal compound is selected from the group consisting of Mg, Al, Au, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, In, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, But are not limited to, compounds containing one or more metal elements selected from Ti, V, W, Zn, Sc, Y, Zr, Hf, Ta, Mn, Fe, Tc and Re . In one embodiment of the present invention, the metal may have a standard reduction potential higher than the standard reduction potential of lithium, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 화합물은 Mg, Al, Au, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, In, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, Ru, Sn, Ti, V, W, Zn, Sc, Y, Zr, Hf, Ta, Mn, Fe, Tc, 및 Re에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속의 산화물을 포함하는 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the metal compound is selected from the group consisting of Mg, Al, Au, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, In, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, And may include oxides of one or more metals selected from Ti, V, W, Zn, Sc, Y, Zr, Hf, Ta, Mn, Fe, Tc and Re.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 환원된 금속은 Mg, Al, Au, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, In, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, Ru, Sn, Ti, V, W, Zn, Sc, Y, Zr, Hf, Ta, Mn, Fe, Tc, 및 Re에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속은 리튬의 표준환원전위보다 높은 표준환원전위를 갖는 경우, 목적하는 촉매능을 갖는 것으로 알려진 것이면 제한 없이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the invention, the reduced metal is selected from the group consisting of Mg, Al, Au, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, In, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, , And one or more metals selected from Ti, V, W, Zn, Sc, Y, Zr, Hf, Ta, Mn, Fe, Tc and Re. In one embodiment of the present invention, the metal may be used without limitation if it has a standard reduction potential higher than the standard reduction potential of lithium, as long as it is known to have the desired catalytic activity.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자의 평균 직경은 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 나노미터 내지 마이크로미터 수준의 크기일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 입자의 평균 직경은 약 10 ㎛ 이하, 약 1 ㎛ 이하, 약 500 nm 이하, 약 300 nm 이하, 약 100 nm 이하, 약 30 nm 내지 약 500 nm, 약 30 nm 내지 약 400 nm, 약 30 nm 내지 약 300 nm, 약 30 nm 내지 약 200 nm, 약 30 nm 내지 약 100 nm, 약 30 nm 내지 약 80 nm, 약 30 nm 내지 약 60 nm, 약 30 nm 내지 약 50 nm, 약 50 nm 내지 약 500 nm, 약 50 nm 내지 약 400 nm, 약 50 nm 내지 약 300 nm, 약 50 nm 내지 약 200 nm, 약 50 nm 내지 약 100 nm, 약 50 nm 내지 약 80 nm, 약 50 nm 내지 약 60 nm, 약 60 nm 내지 약 500 nm, 약 60 nm 내지 약 400 nm, 약 60 nm 내지 약 300 nm, 약 60 nm 내지 약 200 nm, 약 60 nm 내지 약 100 nm, 약 60 nm 내지 약 80 nm, 약 80 nm 내지 약 500 nm, 약 80 nm 내지 약 400 nm, 약 80 nm 내지 약 300 nm, 약 80 nm 내지 약 200 nm, 또는 약 80 nm 내지 약 100 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, the average diameter of the particles is not particularly limited. For example, it may be of the order of nanometers to micrometers in size, but is not limited thereto. For example, the average diameter of the particles may be less than about 10 urn, less than about 1 urn, less than about 500 nm, less than about 300 nm, less than about 100 nm, from about 30 nm to about 500 nm, From about 30 nm to about 50 nm, from about 30 nm to about 50 nm, from about 30 nm to about 50 nm, from about 30 nm to about 300 nm, from about 30 nm to about 200 nm, from about 30 nm to about 100 nm, From about 50 nm to about 500 nm, from about 50 nm to about 400 nm, from about 50 nm to about 300 nm, from about 50 nm to about 200 nm, from about 50 nm to about 100 nm, from about 50 nm to about 80 nm, About 60 nm to about 100 nm, about 60 nm to about 500 nm, about 60 nm to about 400 nm, about 60 nm to about 300 nm, about 60 nm to about 200 nm, about 60 nm to about 100 nm, 80 nm to about 500 nm, about 80 nm to about 500 nm, about 80 nm to about 400 nm, about 80 nm to about 300 nm, about 80 nm to about 200 nm, or about 80 nm to about 100 nm, It is not.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 원자-스케일 채널의 체적 밀도는 상기 입자의 단위 체적당 약 0.01 내지 약 0.2의 비율인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 원자-스케일 채널의 체적 밀도는 상기 입자의 단위 체적당 약 0.01 내지 약 0.2, 약 0.01 내지 약 0.15, 약 0.01 내지 약 0.1, 약 0.01 내지 약 0.08, 약 0.01 내지 약 0.06, 약 0.01 내지 약 0.04, 약 0.01 내지 약 0.02, 약 0.02 내지 약 0.2, 약 0.02 내지 약 0.15, 약 0.02 내지 약 0.1, 약 0.02 내지 약 0.08, 약 0.02 내지 약 0.06, 약 0.02 내지 약 0.04, 약 0.04 내지 약 0.2, 약 0.04 내지 약 0.15, 약 0.04 내지 약 0.1, 약 0.04 내지 약 0.08, 약 0.04 내지 약 0.06, 약 0.06 내지 약 0.2, 약 0.06 내지 약 0.15, 약 0.06 내지 약 0.1, 약 0.06 내지 약 0.08, 약 0.08 내지 약 0.2, 약 0.08 내지 약 0.15, 또는 약 0.08 내지 약 0.1의 비율인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the invention, the volume density of the atomic-scale channel may be in the range of about 0.01 to about 0.2 per unit volume of the particles, but is not limited thereto. For example, the volume density of the atomic-scale channels may be from about 0.01 to about 0.2, from about 0.01 to about 0.15, from about 0.01 to about 0.1, from about 0.01 to about 0.08, from about 0.01 to about 0.06, From about 0.01 to about 0.04, from about 0.01 to about 0.02, from about 0.02 to about 0.2, from about 0.02 to about 0.15, from about 0.02 to about 0.1, from about 0.02 to about 0.08, from about 0.02 to about 0.06, from about 0.02 to about 0.04, From about 0.04 to about 0.1, from about 0.04 to about 0.1, from about 0.04 to about 0.08, from about 0.04 to about 0.06, from about 0.06 to about 0.2, from about 0.06 to about 0.15, from about 0.06 to about 0.1, from about 0.06 to about 0.08 , From about 0.08 to about 0.2, from about 0.08 to about 0.15, or from about 0.08 to about 0.1.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자의 상기 원자-스케일 채널의 폭이 약 7 Å이하이고, 상기 입자를 촉매로서 이용하여 이산화탄소 환원, 특히, 전기화학적 환원에 의하여 생성되는 C2+ 이상의 탄화수소류 생성물에 대한 선택도가 상기 원자-스케일 채널이 없는 입자에 비하여 증가되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 C2+ 이상의 탄화수소류 생성물에 대한 선택도는 약 40% 이상, 약 50% 이상, 약 60% 이상, 약 70% 이상, 약 80% 이상, 또는 약 90% 이상일 수 있다. 또한, 실제 촉매 제조시 이에 포함되는 입자에 형성되는 원자-스케일 채널의 개수, 형상, 폭, 길이, 또는 깊이 등에 따라 상기 C2+ 이상의 탄화수소류 생성물에 대한 선택도는 변할 수 있다. 예를 들어, 이는 입자에 형성된 원자-스케일 채널의 개수, 형상, 폭, 길이, 또는 깊이 등에 따라 변화하는 탄소-탄소 간의 커플링 효율에 영향을 받는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present application, the width of the atomic-scale channel of the particles is less than or equal to about 7 ANGSTROM, and the particles are used as catalysts to produce carbon dioxide, particularly hydrocarbons of C 2+ or greater, The selectivity for the product may be increased relative to the particles without the atomic-scale channel. For example, the selectivity for the C 2+ or higher hydrocarbon product may be at least about 40%, at least about 50%, at least about 60%, at least about 70%, at least about 80%, or at least about 90% Also, the selectivity for the C 2+ or higher hydrocarbon product may vary depending on the number, shape, width, length, or depth of the atom-scale channels formed in the particles contained in the actual catalyst. For example, it may be, but is not limited to, a carbon-carbon coupling efficiency that varies with the number, shape, width, length, or depth of the atom-scale channels formed in the particle.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자의 상기 원자-스케일 채널의 폭이 약 5 Å 이상 내지 약 6 Å 이하이고, 상기 입자를 촉매로서 이용하여 이산화탄소 환원, 특히, 전기화학적 환원에 의하여 생성되는 C2+ 이상의 탄화수소류 생성물에 대한 선택도가 상기 원자-스케일 채널이 없는 입자에 비하여 증가되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 C2+ 이상의 탄화수소류 생성물에 대한 선택도는 약 40% 이상, 약 50% 이상, 약 60% 이상, 약 70% 이상, 약 80% 이상, 또는 약 90% 이상일 수 있다. 또한, 실제 촉매 제조시 이에 포함되는 입자에 형성된 원자-스케일 채널의 개수, 형상, 폭, 길이, 또는 깊이 등에 따라 상기 C2+ 이상의 탄화수소류 생성물에 대한 선택도는 변할 수 있다. 예를 들어, 이는 입자에 형성된 원자-스케일 채널의 개수, 형상, 폭, 길이, 또는 깊이 등에 따라 변화하는 탄소-탄소 간의 커플링 효율에 영향을 받는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the invention, the particle has a width of the atomic-scale channel of not less than about 5 A and not more than about 6 A, and the particle is used as a catalyst to produce carbon dioxide, The selectivity for 2+ or more hydrocarbon products may be increased relative to the particles without the atomic-scale channel. For example, the selectivity for the C 2+ or higher hydrocarbon product may be at least about 40%, at least about 50%, at least about 60%, at least about 70%, at least about 80%, or at least about 90% Also, the selectivity for the C 2+ or higher hydrocarbon product may vary depending on the number, shape, width, length, or depth of the atom-scale channels formed in the particles included in the actual catalyst production. For example, it may be, but is not limited to, a carbon-carbon coupling efficiency that varies with the number, shape, width, length, or depth of the atom-scale channels formed in the particle.

본원의 일 구현예에 있어서, 본원에 따른 입자는 그 표면, 또는 표면과 내부에 폭이 옹스트롬(Å) 단위로 제어될 수 있는 하나 이상의 원자-스케일 채널을 포함하여 상기 원자-스케일 채널이 촉매 반응의 반응물 및/또는 중간 생성물과 강하고 안정적인 결합을 형성할 수 있으므로, 촉매로서 매우 유용하다.In one embodiment of the invention, the particle according to the invention comprises at least one atomic-scale channel on its surface, or on its surface and inside, which can be controlled in units of angstroms (A) Can form strong and stable bonds with the reactants and / or intermediates of the catalysts, and thus are very useful as catalysts.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 촉매는 촉매 반응의 반응물 및/또는 중간 생성물과 매우 강하고 안정적으로 결합하는 원자 스케일의 채널 또는 틈을 가지므로, 전류 밀도 및 패러데이 효율이 현저하게 높고, 촉매의 활성 및/또는 선택도가 우수한 장점이 있다.In one embodiment of the invention, the catalyst has an atomic scale channel or gap that is very strong and stably bound to the reactants and / or intermediates of the catalytic reaction, so that the current density and the faraday efficiency are significantly high, And / or selectivity.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 촉매는 특히 산소 원자-함유 물질의 전기화학적 환원용 촉매로 작용할 수 있어, 이산화탄소, 황 산화물, 또는 질소 산화물의 환원용 촉매로서 작용할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the catalyst can act as a catalyst for electrochemical reduction of oxygen atom-containing materials in particular, and can act as a catalyst for the reduction of carbon dioxide, sulfur oxide, or nitrogen oxides.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 촉매는 옹스트롬 단위로 제어된 상기 원자-스케일 채널을 포함함으로써, 이산화탄소 환원에 의하여 생성되는 C2+ 이상의 탄화수소류 생성물에 대한 선택도가 상기 원자-스케일 채널이 없는 입자에 비하여 현저히 증가될 수 있다. In one embodiment of the invention, the catalyst comprises the atomic-scale channel controlled in angstrom units, so that the selectivity for a C 2+ or higher hydrocarbon product produced by carbon dioxide reduction is less than the atomic-scale channel Can be significantly increased compared to the particles.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 촉매를 이용하여 이산화탄소를 전기화학적 환원 방법은, 상술한 이산화탄소 환원 촉매를 포함하는 전극을 이용하여, 이산화탄소를 전기화학적 환원시켜 C2+의 유기물을 생성하는 방법일 수 있다. 여기서, 상기 C2+의 유기물은 C2 내지 C4의 유기물일 수 있으며, 예를 들어, 상기 C2 내지 C4의 유기물은 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 또는 아세테이트를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 C2 이상의 유기물은 에틸렌 및/또는 에탄올을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the electrochemical reduction method of carbon dioxide using the catalyst is a method of generating C 2 + organic matter by electrochemically reducing carbon dioxide using an electrode including the carbon dioxide reduction catalyst . Here, the organic material of the C 2+ is C2 to C4 may be organic materials, for example, the C2 to C4 organic substances. However can include ethylene, propylene, butylene, ethanol, propanol, butanol, or acetate, But is not limited thereto. Specifically, the C2 or higher organic matter may include ethylene and / or ethanol.

본 발명의 일 구현예에 따른 전기화학적 환원 방법에 있어, 상기 전극에 상기 촉매의 로딩량은 약 1 μg/cm2 내지 약 50 μg/cm2, 바람직하게는 약 5 μg/cm2 내지 약 20 μg/cm2, 보다 바람직하게는 약 11 μg/cm2 내지 약 20 μg/cm2일 수 있다. 상기 촉매는 전극 또는 유리질 탄소 기재 상에 촉매-함유 용액을 드롭 캐스팅(drop-casting)함으로써 로딩될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In the electrochemical reduction method according to an embodiment of the present invention, the loading amount of the catalyst on the electrode is about 1 μg / cm 2 Cm 2 to about 50 μg / cm 2 , preferably from about 5 μg / cm 2 to about 20 μg / cm 2 , more preferably from about 11 μg / cm 2 to about 20 μg / cm 2 . The catalyst may be loaded by drop-casting a catalyst-containing solution onto an electrode or a glassy carbon substrate, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구현예에 따른 전기화학적 환원 방법에 있어, 전기화학적 환원시 전극에 인가되는 전압은 RHE 기준 약 -0.7 V 내지 약 -1.5 V, 바람직하게는 약 -0.7 V 내지 약 -1 V(V vs RHE)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 전극에 인가되는 전압은 가역적 수소 전극 기준 약 -0.7 V 내지 약 -1.5 V, 약 -0.7 V 내지 약 -1.2 V, 약 -0.7 V 내지 약 -1 V, 약 -0.7 V 내지 약 -0.9 V, -0.9 V 내지 약 -1.5 V, 약 -0.9 V 내지 약 -1.2 V, 약 -0.9 V 내지 약 -1 V, -1 V 내지 약 -1.5 V, 또는 약 -1 V 내지 약 -1.2 V일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In the electrochemical reduction method according to an embodiment of the present invention, the voltage applied to the electrode during electrochemical reduction is about -0.7 V to about -1.5 V, preferably about -0.7 V to about -1 V ( V vs RHE). ≪ / RTI > For example, the voltage applied to the electrode may be from about -0.7 V to about -1.5 V, from about -0.7 V to about -1.2 V, from about -0.7 V to about -1 V, from about -0.7 V From about -0.9 V to about -1.5 V, from about -0.9 V to about -1.2V, from about -0.9V to about -1V, from -1V to about -1.5V, or from about -1V to about -1.5V -1.2 V, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 따른 이산화탄소의 전기화학적 환원 방법은, 이산화탄소를 전기화학적으로 환원시켜 C2+의 생성물을 생성하는데 사용되는 것으로 알려진 어떠한 셀 구조, 전해질, 및 상대 전극을 이용하여 수행되어도 무방하다. 예를 들어, 이산화탄소의 전기화학적 환원은, 캐소드(cathode) 영역과 애노드(anode) 영역을 구획하는 분리막; 캐소드 영역에 배치되는 상술한 이산화탄소 환원 촉매를 포함하는 전극인 캐소드; 및 캐소드 영역에 위치하여 캐소드와 접하며 이산화탄소로 포화된 캐소드 전해질; 애노드 영역에 배치되는 애노드; 및 애노드와 접하는 애노드 전해질을 포함하는 환원조를 이용하여 수행될 수 있다. 이때, 캐소드 영역 및 애노드 영역 각각에는 주입구를 통해 신선한 전해질이 주입될 수 있으며, 배출구를 통해 반응 후의 전해질 및 반응 산물이 배출될 수 있음은 물론이다. 분리막은 이온교환막일 수 있으며, 이온교환막은 양이온교환막 또는 음이온교환막일 수 있다. 애노드, 캐소드 전해질, 및 애노드 전해질은 이산화탄소를 전기화학적으로 환원시키는데 사용되는 것으로 알려진 애노드 물질, 캐소드 전해질 물질, 및 애노드 전해질 물질이면 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 애노드는 백금, 로듐, 금 등과 같은 귀금속 및/또는 귀금속산화물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 캐소드 전해질 및 애노드 전해질은 서로 동일 내지 상이할 수 있으며, 캐소드 전해질 및 애노드 전해질은 전해액일 수 있다. 예를 들어, 상기 전해액은 수계 또는 비수계 전해액일 수 있다. 상기 캐소드 전해액의 일 예로, 알칼리 금속 바이카보네이드, 카보네이트, 설페이트, 포스페이트, 보레이트, 암모늄과 수산화물, 클로라이드, 브로마이트, 및 다른 유/무기염등을 포함하는 비수계 또는 수계 전해액을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 애노드 전해액의 일 예로, 알칼리금속 수산화물, 수산화암모늄, 무기산, 유기산, 또는 알칼리할로겐화물 등을 포함하는 비수계 또는 수계 전해액을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 비수계 전해액의 용매는 이산화탄소의 전기화학적 환원시 사용되는 것을 알려진 유기 용매이면 무방하며, 대표적인 예로, 아세토니트릴(acetonitrile) 등과 같은 니트릴계 용매, 메탄올 등과 같은 알코올계 용매, 디메틸에테르(dimethylether) 등과 같은 에테르계 용매, 이미다졸룸(imidazolium)계 등과 같은 이온성 액체 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The electrochemical reduction method of carbon dioxide according to one embodiment of the present invention may be performed using any cell structure, electrolyte, and counter electrode known to be used for electrochemically reducing carbon dioxide to produce a product of C 2+ . For example, the electrochemical reduction of carbon dioxide may be performed by using a separation membrane that separates a cathode region and an anode region; A cathode which is an electrode including the aforementioned carbon dioxide reducing catalyst disposed in the cathode region; And a cathode electrolyte positioned in the cathode region and in contact with the cathode and saturated with carbon dioxide; An anode disposed in the anode region; And an anode electrolyte in contact with the anode. At this time, fresh electrolyte may be injected into each of the cathode region and the anode region through the injection port, and the electrolyte and the reaction product after the reaction may be discharged through the discharge port. The separation membrane may be an ion exchange membrane, and the ion exchange membrane may be a cation exchange membrane or an anion exchange membrane. The anode, the cathode electrolyte, and the anode electrolyte can be used without limitation as long as they are an anode material, a cathode electrolyte material, and an anode electrolyte material known to be used for electrochemically reducing carbon dioxide. For example, the anode may include, but is not limited to, noble metals such as platinum, rhodium, gold, and / or noble metal oxides. For example, the cathode electrolyte and the anode electrolyte may be the same or different from each other, and the cathode electrolyte and the anode electrolyte may be electrolytic solutions. For example, the electrolytic solution may be an aqueous or non-aqueous electrolytic solution. Examples of the cathode electrolytic solution may include a non-aqueous or aqueous electrolytic solution including alkali metal bicarbonate, carbonate, sulfate, phosphate, borate, ammonium and hydroxide, chloride, bromite and other organic / , But is not limited thereto. Examples of the anode electrolytic solution include, but are not limited to, a non-aqueous or aqueous electrolytic solution containing an alkali metal hydroxide, ammonium hydroxide, inorganic acid, organic acid, or alkali halide. The solvent of the non-aqueous liquid electrolyte may be an organic solvent known to be used in the electrochemical reduction of carbon dioxide. Typical examples thereof include nitrile solvents such as acetonitrile, alcohol solvents such as methanol and the like, Ionic liquids such as ether-based solvents, imidazolium-based solvents, and the like, but are not limited thereto.

본원의 제 3 측면은, 금속 화합물-함유 입자를 전기화학적으로 리튬화시킨 후 탈리튬화시켜 상기 입자의 표면, 또는 표면과 내부에 하나 이상의 원자-스케일 채널을 형성하는 것을 포함하는, 제 1 측면에 따른 원자-스케일 채널을 포함하는 입자의 제조 방법으로서, 상기 리튬화 정도를 조절함으로써 상기 원자-스케일 채널의 폭의 크기가 제어되고, 상기 리튬화 과정 동안 상기 금속 화합물의 표면, 또는 표면과 내부에 적어도 일부가 환원되어 상기 원자-스케일 채널이 형성되고, 상기 입자에 포함되는 상기 원자-스케일 채널의 내부 표면이 환원된 상기 금속을 포함하는 것인, 입자의 제조 방법을 제공한다.The third aspect of the present application is directed to a method of forming a metal-compound-containing particle, comprising electrochemically lithiating and then depolitilizing metal compound-containing particles to form at least one atomic-scale channel on the surface, Scale channel is controlled by controlling the degree of lithiation, and during the lithiation process, the surface of the metal compound, or the surface and the inner surface of the metal compound during the lithiation process, At least a portion of which is reduced to form the atomic-scale channel and the inner surface of the atomic-scale channel included in the particle comprises the reduced metal.

본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면에 대해 설명한 내용은 본원의 제 3 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.Although the detailed description of the parts overlapping with the first aspect of the present invention is omitted, the description of the first aspect of the present invention can be applied equally to the third aspect of the present invention.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자에 포함된 상기 원자-스케일 채널의 내부 표면은 환원된 금속을 포함하는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자에 있어서 상기 채널들 사이의 표면은 상기 환원된 금속을 포함하는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자에 포함된 상기 원자-스케일 채널의 내부 표면 및 상기 입자의 나머지 표면은 환원된 금속을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the invention, the inner surface of the atomic-scale channel included in the particles may comprise a reduced metal. In one embodiment of the invention, the surface between the channels in the particle may comprise the reduced metal. In one embodiment of the present invention, the inner surface of the atomic-scale channel included in the particle and the remaining surface of the particle may include, but are not limited to, a reduced metal.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 원자-스케일 채널 중 상기 입자의 표면에 위치한 원자-스케일 채널은 입자의 표면 측이 개방(open)되어 있는 것으로서, 원자 스케일로 관찰시 3차원의 형상을 가질 수 있으며, 나노 스케일로 관찰시 1차원 또는 2차원의 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the invention, the atomic-scale channel located on the surface of the particle among the atomic-scale channels is an open surface of the particle, and the atomic-scale channel can have a three- And may have a one- or two-dimensional shape upon observation at the nanoscale, but the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 원자-스케일 채널 또는 상기 채널의 내부 공간은 원자스케일 크기로 형성된 공간으로서, 상기 원자-스케일 채널의 내부 양측면을 기준으로, 상기 원자-스케일 채널 또는 상기 채널의 내부 공간은 원자-스케일 인터스페이스(interspacing), 원자-스케일 인터레이어(interlayer), 또는 원자-스케일 면간 스페이스(interplanar spacing)으로서 표현될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, the atomic-scale channel or the inner space of the channel is a space formed by an atomic scale size, and the atomic-scale channel or the inner part of the channel The space may be represented as an atom-scale interspacing, an atom-scale interlayer, or an atom-scale interplanar spacing, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 하나 이상의 원자-스케일 채널은 규칙적이거나 불규칙적인 형상을 포함할 수 있으며, 서로 분리되거나 연결될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment, the one or more atomic-scale channels may include regular or irregular shapes and may be separated or connected to each other, but are not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자에 포함되는 상기 원자-스케일 채널은 금속 화합물-함유 입자를 전기화학적 리튬화시킨 후 탈리튬화하는 것을 포함하는 공정에 의하여 형성되는 것이고, 상기 원자-스케일 채널의 내부 표면은 상기 리튬화 동안 상기 금속 화합물의 환원에 의하여 형성되는 환원된 상기 금속을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment, the atomic-scale channel included in the particle is formed by a process comprising electrochemically lithiating a metal compound-containing particle and then delignifying the atomic-scale channel, May include the reduced metal formed by reduction of the metal compound during the lithiation.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 리튬화는 전기화학적 셀(cell)을 이용하여 정전류 및 0 V 초과 내지 약 3 V 이하의 컷-오프 전압을 인가하는 것을 포함하는 것일 수 있으며, 상기 컷-오프 전압은 Li/Li+에 기준한 전압이나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 컷-오프 전압은 0 V 초과 내지 약 3 V 이하, 0 V 초과 내지 약 3 V 미만, 0 V 초과 내지 약 2.5 V 이하, 0 V 초과 내지 약 2 V 이하, 0 V 초과 내지 약 1.5 V 이하, 0 V 초과 내지 약 1.4 V 이하, 0 V 초과 내지 약 1.2 V 이하, 0 V 초과 내지 약 1 V 이하, 0 V 초과 내지 약 0.8 V 이하, 0 V 초과 내지 약 0.6 V 이하, 0 V 초과 내지 약 0.4 V 이하, 0 V 초과 내지 약 0.2 V 이하, 약 0.2 V 이상 내지 약 3 V 이하, 약 0.2 V 이상 내지 약 3 V 미만, 약 0.2 V 이상 내지 약 2.5 V 이하, 약 0.2 V 이상 내지 약 2 V 이하, 약 0.2 V 이상 내지 약 1.5 V 이하, 약 0.2 V 이상 내지 약 1.4 V 이하, 약 0.2 V 이상 내지 약 1.2 V 이하, 약 0.2 V 이상 내지 약 1 V 이하, 약 0.2 V 이상 내지 약 0.8 V 이하, 약 0.2 V 이상 내지 약 0.6 V 이하, 약 0.2 V 이상 약 0.4 V 이하, 약 0.4 V 이상 내지 약 3 V 이하, 약 0.4 V 이상 내지 약 3 V 미만, 약 0.4 V 이상 내지 약 2.5 V 이하, 약 0.4 V 이상 내지 약 2 V 이하, 약 0.4 V 이상 내지 약 1.5 V 이하, 약 0.4 V 이상 내지 약 1.4 V 이하, 약 0.4 V 이상 내지 약 1.2 V 이하, 약 0.4 V 이상 내지 약 1 V 이하, 약 0.4 V 이상 내지 약 0.8 V 이하, 약 0.4 V 이상 내지 약 0.6 V 이하, 약 0.6 V 이상 내지 약 3 V 이하, 약 0.6 V 이상 내지 약 3 V 미만, 약 0.6 V 이상 내지 약 2.5 V 이하, 약 0.6 V 이상 내지 약 2 V 이하, 약 0.6 V 이상 내지 약 1.5 V 이하, 약 0.6 V 이상 내지 약 1.4 V 이하, 약 0.6 V 이상 내지 약 1.2 V 이하, 약 0.6 V 이상 내지 약 1 V 이하, 약 0.6 V 이상 내지 약 0.8 V 이하, 약 0.8 V 이상 내지 약 3 V 이하, 약 0.8 V 이상 내지 약 3 V 미만, 약 0.8 V 이상 내지 약 2.5 V 이하, 약 0.8 V 이상 내지 약 2 V 이하, 약 0.8 V 이상 내지 약 1.5 V 이하, 약 0.8 V 이상 내지 약 1.4 V 이하, 약 0.8 V 이상 내지 약 1.2 V 이하, 약 0.8 V 이상 내지 약 1 V 이하, 약 1 V 이상 내지 약 3 V 이하, 약 1 V 이상 내지 약 3 V 미만, 약 1 V 이상 내지 약 2.5 V 이하, 약 1 V 이상 내지 약 2 V 이하, 약 1 V 이상 내지 약 1.5 V 이하, 약 1 V 이상 내지 약 1.4 V 이하, 약 1 V 이상 내지 약 1.2 V 이하, 약 1.2 V 이상 내지 약 3 V 이하, 약 1.2 V 이상 내지 약 3 V 미만, 약 1.2 V 이상 내지 약 2.5 V 이하, 약 1.2 V 이상 내지 약 2 V 이하, 약 1.2 V 이상 내지 약 1.5 V 이하, 약 1.2 V 이상 내지 약 1.4 V 이하, 약 1.4 V 이상 내지 약 3 V 이하, 약 1.4 V 이상 내지 약 3 V 미만, 약 1.4 V 이상 내지 약 2.5 V 이하, 약 1.4 V 이상 내지 약 2 V 이하, 약 1.4 V 이상 내지 약 1.5 V 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 컷-오프 전압은 0 V 초과 내지 약 1.5 V 이하, 0 V 초과 내지 약 1 V 이하, 0 V 초과 내지 약 0.5 V 이하, 약 0.5 V 이상 내지 약 1.5 V 이하, 약 0.5 V 이상 내지 약 1 V 이하, 약 1 V 이상 내지 약 1.5 V 이하, 약 1 V 이상 내지 약 1.4 V 이하일 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 컷-오프 전압은 약 1 V 이상 내지 약 1.4 V 이하일 수 있다. In one embodiment, the lithiation may include applying a constant current using an electrochemical cell and a cut-off voltage of greater than 0 V to about 3 V, and the cut- The voltage is a voltage based on Li / Li + , but is not limited thereto. For example, the cut-off voltage may be greater than 0 V to less than about 3 V, greater than 0 V to less than about 3 V, greater than 0 V to less than about 2.5 V, greater than 0 V to less than about 2 V, greater than 0 V, From greater than 0 V to about 1.4 V, from greater than 0 V to about 1.2 V, from greater than 0 V to about 1 V, from greater than 0 V to about 0.8 V, from greater than 0 V to about 0.6 V, Between about 0.2 V and about 3 V, between about 0.2 V and about 2.5 V, between about 0.2 V and about 0.4 V, between about 0.2 V and about 0.2 V, between about 0.2 V and about 3 V, About 0.2 V or more and about 1.5 V or less, about 0.2 V or more and about 1.4 V or less, about 0.2 V or more and about 1.2 V or less, about 0.2 V or more and about 1 V or less, about 0.2 About 0.4 V or more to about 3 V or less, about 0.4 V or more to about 3 V or less, about 0. 0 V or more to about 0.6 V or less, about 0.2 V or more to about 0.4 V or less, About 0.4 V or more to about 2 V or less, about 0.4 V or more to about 1.5 V or less, about 0.4 V or more to about 1.4 V or less, about 0.4 V or more to about 1.2 V or less, about 4 V or more to about 2.5 V or less From about 0.4 V to about 0.8 V, from about 0.4 V to less than about 0.8 V, from about 0.4 V to less than about 0.6 V, from about 0.6 V to less than about 3 V, from about 0.6 V to less than about 3 V, About 0.6 V or more to about 1.5 V or less, about 0.6 V or more to about 1.4 V or less, about 0.6 V or more to about 1.2 V or less, about 0.6 V or more to about 2.5 V or less, about 0.6 V or more to about 2 V or less, From about 0.6 V to about 1 V, from about 0.6 V to about 0.8 V, from about 0.8 V to about 3 V, from about 0.8 V to less than about 3 V, from about 0.8 V to about 2.5 V, From about 0.8 V or more to about 2 V or less, from about 0.8 V or more to about 1.5 V or less, from about 0.8 V or more to about 1.4 V or less, from about 0.8 V or more to about 1.2 V or less, About 1 V or more to about 3 V or less, about 1 V or more to about 3 V or less, about 1 V or more to about 2.5 V or less, about 1 V or more to about 2 V or less, or about 1 V or more From about 1 V to about 1.2 V, from about 1.2 V to about 3 V, from about 1.2 V to less than about 3 V, from about 1.2 V to about 1.5 V, About 1.2 V or more to about 2 V or less, about 1.2 V or more to about 1.5 V or less, about 1.2 V or more to about 1.4 V or less, about 1.4 V or more to about 3 V or less, or about 1.4 V or more About 1.4 V or more to about 2.5 V or less, about 1.4 V or more to about 2 V or less, or about 1.4 V or more to about 1.5 V or less. For example, the cut-off voltage may be greater than 0 V to less than about 1.5 V, greater than 0 V to less than about 1 V, greater than 0 V to less than about 0.5 V, greater than about 0.5 V to less than about 1.5 V, About 1 V or less, about 1 V or more and about 1.5 V or less, about 1 V or more and about 1.4 V or less. Also, for example, the cut-off voltage may be greater than about 1 V to about 1.4 V or less.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 원자-스케일 채널의 폭의 크기는 상기 금속 화합물-함유 입자를 전기화학적 리튬화시키는 과정의 컷오프 전압에 의해 조절되는 것일 수 있다. 이는 구체적으로 정전류 방전(리튬화)시의 컷-오프 전압, 즉, 리튬화가 중단되는 전압에 의해 원자 스케일의 채널의 평균 폭이 조절될 수 있는 것을 의미한다.  In one embodiment of the present invention, the width of the atomic-scale channel may be controlled by the cutoff voltage of the electrochemical lithiation of the metal compound-containing particles. This means that the average width of the channel of the atomic scale can be adjusted by the cut-off voltage at the time of the constant current discharge (lithium ionization), that is, the voltage at which the lithium ionization is stopped.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 화합물-함유 입자를 전기화학적으로 리튬화시키는 과정은 a) 집전체상 상기 금속 화합물이 포함되는 물질층이 형성된 제1전극, 금속 리튬의 제2전극, 제1전극과 제2전극 사이에 위치하는 분리막 및 전해질을 포함하는 전기화학 셀을 제조하는 단계; 및 b) 제조된 전기화학 셀을 이용하여 정전류 및 0 V 초과 내지 약 3 V 이하, 또는 0 V 초과 내지 약 3 V 미만의 컷-오프 전압을 인가하여 리튬화를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the process of electrochemically litholating the metal compound-containing particles comprises the steps of: a) forming a first electrode on which a layer of a material containing the metal compound is formed on a collector, a second electrode of metal lithium, Preparing an electrochemical cell including a separator and an electrolyte positioned between the electrode and the second electrode; And b) applying a cut-off voltage of greater than 0 V to less than about 3 V, or greater than 0 V to less than about 3 V, using a manufactured electrochemical cell to effect lithiation .

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 a) 단계의 전기화학 셀은 금속 화합물-함유 입자를 활물질로 한 통상의 리튬 반쪽 전지에 상응할 수 있으며, 상기 b) 단계의 리튬화는 통상의 리튬 반쪽 전지에서의 정전류 방전 과정에 상응할 수 있다. 이에 따라, 상기 컷-오프 전압은 Li/Li+에 기준한 전압일 수 있음은 물론이다. 따라서, a) 단계의 전기화학 셀이 리튬 반쪽 전지에 상응할 수 있음에 따라, 제1전극은 집전체상 금속 화합물-함유 입자를 활물질로서 이용하여, 통상의 리튬 이차전지 전극의 제조방법을 이용하여 제조될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the electrochemical cell in step a) may correspond to a conventional lithium half cell using a metal compound-containing particle as an active material, and the lithiation in step b) Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI > Accordingly, it is needless to say that the cut-off voltage may be a voltage based on Li / Li + . Therefore, since the electrochemical cell of step a) may correspond to the lithium half cell, the first electrode may be formed by using the metal compound-containing particles on the current collector as an active material and using a conventional lithium secondary battery electrode manufacturing method .

본원의 일 구현예에 있어서, 금속 화합물-함유 입자와 유기 바인더를 포함하는 슬러리를 집전체 상 도포한 후 건조하여 제1전극이 제조될 수 있다. 유기 바인더는 리튬 이차전지의 전극에 통상적으로 사용되는 물질이면 사용 가능하며, 전해액과 화학적으로 반응하지 않는 고분자이면 족하다. 예를 들어, 상기 유기 바인더는 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 폴리비닐리덴플루오라이드-트리클로로에틸렌 공중합체, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐아세테이트, 폴리에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 시아노에틸풀루란, 시아노에틸폴리비닐알콜, 시아노에틸셀룰로오스, 시아노에틸수크로오스, 풀루란, 카르복실 메틸 셀룰로오스, 스티렌-부타디엔 공중합체, 아크릴로니트릴-스티렌-부타디엔 공중합체, 폴리이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 집전체는 그라파이트, 그래핀, 티타늄, 구리, 플래티늄, 알루미늄, 니켈, 은, 금 등의 전도성 물질일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the first electrode can be prepared by applying a slurry containing metal compound-containing particles and an organic binder onto a current collector and then drying the slurry. The organic binder can be used as long as it is a material commonly used for an electrode of a lithium secondary battery, and a polymer that does not chemically react with an electrolytic solution suffices. For example, the organic binder may be selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, polyvinylidene fluoride-trichlorethylene copolymer, polymethyl methacrylate, polyacrylonitrile, Polyvinylpyrrolidone, polyvinyl acetate, polyethylene-vinyl acetate copolymer, polyethylene oxide, cellulose acetate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate propionate, cyanoethylpullulan, cyanoethylpolyvinyl alcohol, cyanoethylcellulose Butadiene copolymer, acrylonitrile-styrene-butadiene copolymer, polyimide, polytetrafluoroethylene, and combinations thereof, which is selected from the group consisting of acrylic acid, acrylic acid, methacrylic acid, However, But is not limited to. The current collector may be a conductive material such as graphite, graphene, titanium, copper, platinum, aluminum, nickel, silver or gold.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 제2전극은 금속 리튬의 막(film)이나 호일(foil)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 분리막은 통상의 리튬 이차전지에서 사용되는 미세 다공막이면 사용될 수 있다. In one embodiment of the present invention, the second electrode may be a film or a foil of metal lithium, but is not limited thereto. The separator may be a microporous membrane used in a conventional lithium secondary battery.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전해질은 통상의 리튬 이차전지에서, 리튬 이온을 원활히 전도시키는 통상의 비수계 전해질이면 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 비수계 전해질은 비수계 용매 및 리튬염을 포함할 수 있고, 상기 전해질에 함유되는 리튬염은 리튬 양이온 및 NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN-, (CF3CF2SO2)2N-등에서 하나 이상 선택되는 음이온을 제공하는 염을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the electrolyte may be used in a conventional lithium secondary battery without limitations as long as it is a conventional non-aqueous electrolyte that smoothly conducts lithium ions. For example, the non-aqueous electrolyte may include a non-aqueous solvent and a lithium salt, and the lithium salt contained in the electrolyte may include lithium cations and NO 3 -, N (CN) 2 - , BF 4 - , ClO 4 - PF 6 -, (CF 3) 2 PF 4 -, (CF 3) 3 PF 3 -, (CF 3) 4 PF 2 -, (CF 3) 5 PF -, (CF 3) 6 P -, CF 3 CO But are not limited to, salts which provide an anion selected from one or more of the following groups: - , CH 3 CO 2 - , SCN - , (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - and the like.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전해질의 용매는 일반적으로 리튬 이차전지에서 비수계 전해액으로 사용되는 용매이면 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는 에틸렌 카보네이트(ethylene carbonate), 프로필렌 카보네이트, 1,2-부틸렌 카보네이트, 2,3-부틸렌 카보네이트, 1,2-펜틸렌 카보네이트, 2,3-펜틸렌 카보네이트, 비닐렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트등과 같은 카보네이트계 용매, 메틸 포르메이트(methyl formate), 에틸 포르메이트, 프로필 포르메이트, 부틸 포르메이트 등과 같은 포르메이트계 용매, 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 디프로필 에테르, 메틸에틸 에테르등과 같은 에테르계 용매, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트등과 같은 아세테이트계 용매, γ-부티로락톤(γ-butyrolactone), 2-메틸-γ-부티로락톤, 3-메틸-γ-부티로락톤, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the present invention, the solvent of the electrolyte can be generally used without limitation as long as it is a solvent used as a nonaqueous electrolytic solution in a lithium secondary battery. For example, the solvent is selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, 2,3-pentylene carbonate, And the like; carbonate-based solvents such as benzene, toluene, xylene, xylene, carbon tetrabromide, Ether solvents such as methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate and the like,? -Butyrolactone, 2-methyl-? -Butyrolactone, 3-methyl- -Methyl-gamma -butyrolactone, and combinations thereof. ≪ / RTI >

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 b) 단계는 상기 제조된 전기화학 셀을 이용하여 금속 화합물-함유 입자를 리튬화하는 단계일 수 있다. 구체적으로, b) 단계의 리튬화는 제조된 전기화학 셀을 이용하여 정전류 및 0 V 초과 내지 약 3 V 이하, 또는 0 V 초과 내지 약 3 V 미만의 컷-오프 전압 조건으로 리튬화를 수행하는 단계일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the step b) may be a step of lithium-metal compound-containing particles using the electrochemical cell. Specifically, the lithiation of step b) may be performed by using the prepared electrochemical cell to perform lithiation at a constant current and a cut-off voltage condition of more than 0 V to less than about 3 V, or more than 0 V to less than about 3 V Step.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 정전류 조건의 리튬화 과정에서 금속 화합물-함유 입자 표면 전 영역에서 균질하게 리튬화가 수행되며 급격하고 부분적인 리튬화에 의해 환원된 금속이 나노입자 표면에서 탈리되어 제거되는 것을 방지하며, 원자 스케일의 틈들이 좁은 크기 분포를 가질 수 있도록, 저전류 리튬화가 수행되는 것이 유리하다. 구체적인 일 예로, 저전류 리튬화시 전류는 약 1 mA/g 내지 약 20 mA/g(금속 산화물 나노입자 1g 당의 전류량)인 것이 바람직하다.In one embodiment of the present invention, in the lithium ionization process of the constant current condition, uniform lithium ionization is performed in the entire region of the metal compound-containing particle surface, and the metal reduced by rapid and partial lithiation is desorbed from the surface of the nanoparticles , And it is advantageous that a low-current lithization is carried out so that the gaps of the atomic scale can have a narrow size distribution. As a specific example, it is preferable that the current during low-current lithization is about 1 mA / g to about 20 mA / g (the amount of current per 1 g of metal oxide nanoparticles).

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 b) 단계의 리튬화가 수행된 후, 제1전극으로부터 리튬화된 나노입자를 회수하는 단계가 더 수행될 수 있음은 물론이며, 회수는 제1전극의 유기 바인더를 용해하는 용매 및 고액 분리를 이용하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, after the lithiation of step b) is performed, it is also possible to further perform the step of recovering the lithiated nanoparticles from the first electrode, And a solid-liquid separation. However, the present invention is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 탈리튬화시키는 단계는 산 수세를 통해 이루어질 수 있으며, 산 수세의 산은 산화 리튬 및/또는 리튬을 선택적으로 제거하는데 사용되는 통상적인 산이면 제한없이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 산은 포름산 또는 아세트산 등을 들 수 있으나, 산 수세에 사용되는 산의 종류에 의해 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, the de-lithiation step may be carried out by acidic washing with acid, and acid of acidic acid may be used without limitation as long as it is a conventional acid used for selectively removing lithium oxide and / or lithium, It is not. For example, the acid may be formic acid or acetic acid, but it is not limited by the type of acid used for acid washing.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 원자-스케일 채널의 폭이 약 1 nm 미만으로 조절되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 원자-스케일 채널의 폭은 약 1 nm 미만, 약 9 Å 이하, 약 8 Å 이하, 약 7 Å 이하, 약 6 Å 이하, 약 5 Å 이하, 약 4 Å 이하, 약 3 Å 이하, 또는 약 2 Å 이하로 조절될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 예를 들어, 상기 원자-스케일 채널의 폭은 약 7 Å 이하로 조절될 수 있다. In one embodiment of the invention, the width of the atomic-scale channel may be controlled to be less than about 1 nm. For example, the width of the atomic-scale channel may be less than about 1 nm, less than about 9 A, less than about 8 A, less than about 7 A, less than about 6 A, less than about 5 A, less than about 4 A, Or about 2 A or less, but is not limited thereto. Also, for example, the width of the atomic-scale channel can be adjusted to about 7 A or less.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 원자-스케일 채널의 폭이 약 1 Å 이상 내지 약 1 nm 미만으로 조절되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 원자-스케일 채널의 폭은 약 1 Å 이상 내지 약 1 nm 미만, 약 1 Å 이상 내지 약 9 Å 이하, 약 1 Å 이상 내지 약 8 Å 이하, 약 1 Å 이상 내지 약 7 Å 이하, 약 1 Å 이상 내지 약 6 Å 이하, 약 1 Å 이상 내지 약 5 Å 이하, 약 1 Å 이상 내지 약 4 Å 이하, 약 1 Å 이상 내지 약 3 Å 이하, 약 1 Å 이상 내지 약 2 Å 이하, 약 2 Å 이상 내지 약 1 nm 미만, 약 2 Å 이상 내지 약 9 Å 이하, 약 2 Å 이상 내지 약 8 Å 이하, 약 2 Å 이상 내지 약 7 Å 이하, 약 2 Å 이상 내지 약 6 Å 이하, 약 2 Å 이상 내지 약 5 Å 이하, 약 2 Å 이상 내지 약 4 Å 이하, 약 2 Å 이상 내지 약 3 Å 이하, 약 3 Å 이상 내지 약 1 nm 미만, 약 3 Å 이상 내지 약 9 Å 이하, 약 3 Å 이상 내지 약 8 Å 이하, 약 3 Å 이상 내지 약 7 Å 이하, 약 3 Å 이상 내지 약 6 Å 이하, 약 3 Å 이상 내지 약 5 Å 이하, 약 3 Å 이상 내지 약 4 Å 이하, 약 4 Å 이상 내지 약 1 nm 미만, 약 4 Å 이상 내지 약 9 Å 이하, 약 4 Å 이상 내지 약 8 Å 이하, 약 4 Å 이상 내지 약 7 Å 이하, 약 4 Å 이상 내지 약 6 Å 이하, 약 4 Å 이상 내지 약 5 Å 이하, 약 5 Å 이상 내지 약 1 nm 미만, 약 5 Å 이상 내지 약 9 Å 이하, 약 5 Å 이상 내지 약 8 Å 이하, 약 5 Å 이상 내지 약 7 Å 이하, 약 5 Å 이상 내지 약 6 Å 이하, 약 6 Å 이상 내지 약 1 nm 미만, 약 6 Å 이상 내지 약 9 Å 이하, 약 6 Å 이상 내지 약 8 Å 이하, 약 6 Å 이상 내지 약 7 Å 이하, 약 7 Å 이상 내지 약 1 nm 미만, 약 7 Å 이상 내지 약 9 Å 이하, 약 7 Å 이상 내지 약 8 Å 이하, 약 8 Å 이상 내지 약 1 nm 미만, 약 8 Å 이상 내지 약 9 Å 이하, 또는 약 9 Å 이상 내지 약 1 nm 미만으로 조절되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 예를 들어, 상기 원자-스케일 채널의 폭이 약 5 Å 이상 내지 6 Å 이하로 조절되는 것일 수 있다. In one embodiment of the invention, the width of the atomic-scale channel may be controlled to be greater than about 1 A to less than about 1 nm, but is not limited thereto. For example, the width of the atomic-scale channel may be at least about 1 A to about 1 nm, at least about 1 A to about 9 A, at least about 1 A to about 8 A, at least about 1 A to about 7 A From about 1 A to about 5 A, from about 1 A to less than about 4 A, from about 1 A to less than about 3 A, from about 1 A to less than about 2 A At least about 2 angstroms to about 7 angstroms, at least about 2 angstroms to about 6 angstroms, and at least about 2 angstroms, From about 2 A to less than about 5 A, from about 2 A to less than about 4 A, from about 2 A to less than about 3 A, from about 3 A to less than about 1 nm, from about 3 A to less than about 9 A Less than about 3 angstroms to about 8 angstroms, less than about 3 angstroms to about 7 angstroms, less than about 3 angstroms to less than about 6 angstroms, less than about 3 angstroms, At least about 4 angstroms, at least about 4 angstroms, at least about 4 angstroms, at least about 4 angstroms, at least about 4 angstroms, at least about 4 angstroms, At least about 7 angstroms, at least about 4 angstroms and at least about 6 angstroms, at least about 4 angstroms and at least about 5 angstroms, at least about 5 angstroms and at least about 1 nm, at least about 5 angstroms and at least about 9 angstroms, From about 6 A to less than about 1 A, from about 6 A to less than about 9 A, from about 6 A to less than about 6 A, At least about 7 angstroms, at least about 7 angstroms, at least about 7 angstroms, at least about 7 angstroms, at least about 1 nanometers, at least about 7 angstroms, at least about 9 angstroms, at least about 7 angstroms, Less than about 1 nm, from about 8 A to less than about 9 A, or from about 9 A to less than about 1 nm, . Also, for example, the width of the atomic-scale channel may be adjusted from about 5 Å to 6 Å.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 화합물은 Mg, Al, Au, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, In, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, Ru, Sn, Ti, V, W, Zn, Sc, Y, Zr, Hf, Ta, Mn, Fe, Tc, 및 Re에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속 원소를 포함하는 화합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속은 리튬의 표준환원전위보다 높은 표준환원전위를 갖는 것은 제한 없이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, the metal compound is selected from the group consisting of Mg, Al, Au, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, In, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, But are not limited to, compounds containing one or more metal elements selected from Ti, V, W, Zn, Sc, Y, Zr, Hf, Ta, Mn, Fe, Tc and Re . In one embodiment of the present invention, the metal may have a standard reduction potential higher than the standard reduction potential of lithium, but is not limited thereto.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 화합물은 Mg, Al, Au, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, In, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, Ru, Sn, Ti, V, W, Zn, Sc, Y, Zr, Hf, Ta, Mn, Fe, Tc, 및 Re에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속의 산화물을 포함하는 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the metal compound is selected from the group consisting of Mg, Al, Au, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, In, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, And may include oxides of one or more metals selected from Ti, V, W, Zn, Sc, Y, Zr, Hf, Ta, Mn, Fe, Tc and Re.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 환원된 금속은 Mg, Al, Au, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, In, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, Ru, Sn, Ti, V, W, Zn, Sc, Y, Zr, Hf, Ta, Mn, Fe, Tc, 및 Re에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속은 리튬의 표준환원전위보다 높은 표준환원전위를 갖는 것이면 제한 없이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment of the invention, the reduced metal is selected from the group consisting of Mg, Al, Au, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, In, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, , And one or more metals selected from Ti, V, W, Zn, Sc, Y, Zr, Hf, Ta, Mn, Fe, Tc and Re. In one embodiment of the invention, the metal may be, but is not limited to, be used as long as it has a standard reduction potential higher than the standard reduction potential of lithium.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 입자의 평균 직경은 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 나노미터 내지 마이크로미터 수준의 크기일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 입자의 평균 직경은 약 10 ㎛ 이하, 약 1 ㎛ 이하, 약 500 nm 이하, 약 300 nm 이하, 약 100 nm 이하, 약 30 nm 내지 약 500 nm, 약 30 nm 내지 약 400 nm, 약 30 nm 내지 약 300 nm, 약 30 nm 내지 약 200 nm, 약 30 nm 내지 약 100 nm, 약 30 nm 내지 약 80 nm, 약 30 nm 내지 약 60 nm, 약 30 nm 내지 약 50 nm, 약 50 nm 내지 약 500 nm, 약 50 nm 내지 약 400 nm, 약 50 nm 내지 약 300 nm, 약 50 nm 내지 약 200 nm, 약 50 nm 내지 약 100 nm, 약 50 nm 내지 약 80 nm, 약 50 nm 내지 약 60 nm, 약 60 nm 내지 약 500 nm, 약 60 nm 내지 약 400 nm, 약 60 nm 내지 약 300 nm, 약 60 nm 내지 약 200 nm, 약 60 nm 내지 약 100 nm, 약 60 nm 내지 약 80 nm, 약 80 nm 내지 약 500 nm, 약 80 nm 내지 약 400 nm, 약 80 nm 내지 약 300 nm, 약 80 nm 내지 약 200 nm, 또는 약 80 nm 내지 약 100 nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, the average diameter of the particles is not particularly limited. For example, it may be of the order of nanometers to micrometers in size, but is not limited thereto. For example, the average diameter of the particles may be less than about 10 urn, less than about 1 urn, less than about 500 nm, less than about 300 nm, less than about 100 nm, from about 30 nm to about 500 nm, From about 30 nm to about 50 nm, from about 30 nm to about 50 nm, from about 30 nm to about 50 nm, from about 30 nm to about 300 nm, from about 30 nm to about 200 nm, from about 30 nm to about 100 nm, From about 50 nm to about 500 nm, from about 50 nm to about 400 nm, from about 50 nm to about 300 nm, from about 50 nm to about 200 nm, from about 50 nm to about 100 nm, from about 50 nm to about 80 nm, About 60 nm to about 100 nm, about 60 nm to about 500 nm, about 60 nm to about 400 nm, about 60 nm to about 300 nm, about 60 nm to about 200 nm, about 60 nm to about 100 nm, 80 nm to about 500 nm, about 80 nm to about 500 nm, about 80 nm to about 400 nm, about 80 nm to about 300 nm, about 80 nm to about 200 nm, or about 80 nm to about 100 nm, It is not.

본원의 일 구현예에 있어서, 상기 원자-스케일 채널의 체적 밀도는 상기 입자의 단위 체적당 약 0.01 내지 약 0.2의 비율인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 원자-스케일 채널의 체적 밀도는 상기 입자의 단위 체적당 약 0.01 내지 약 0.2, 약 0.01 내지 약 0.15, 약 0.01 내지 약 0.1, 약 0.01 내지 약 0.08, 약 0.01 내지 약 0.06, 약 0.01 내지 약 0.04, 약 0.01 내지 약 0.02, 약 0.02 내지 약 0.2, 약 0.02 내지 약 0.15, 약 0.02 내지 약 0.1, 약 0.02 내지 약 0.08, 약 0.02 내지 약 0.06, 약 0.02 내지 약 0.04, 약 0.04 내지 약 0.2, 약 0.04 내지 약 0.15, 약 0.04 내지 약 0.1, 약 0.04 내지 약 0.08, 약 0.04 내지 약 0.06, 약 0.06 내지 약 0.2, 약 0.06 내지 약 0.15, 약 0.06 내지 약 0.1, 약 0.06 내지 약 0.08, 약 0.08 내지 약 0.2, 약 0.08 내지 약 0.15, 또는 약 0.08 내지 약 0.1의 비율인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the invention, the volume density of the atomic-scale channel may be in the range of about 0.01 to about 0.2 per unit volume of the particles, but is not limited thereto. For example, the volume density of the atomic-scale channels may be from about 0.01 to about 0.2, from about 0.01 to about 0.15, from about 0.01 to about 0.1, from about 0.01 to about 0.08, from about 0.01 to about 0.06, From about 0.01 to about 0.04, from about 0.01 to about 0.02, from about 0.02 to about 0.2, from about 0.02 to about 0.15, from about 0.02 to about 0.1, from about 0.02 to about 0.08, from about 0.02 to about 0.06, from about 0.02 to about 0.04, From about 0.04 to about 0.1, from about 0.04 to about 0.1, from about 0.04 to about 0.08, from about 0.04 to about 0.06, from about 0.06 to about 0.2, from about 0.06 to about 0.15, from about 0.06 to about 0.1, from about 0.06 to about 0.08 , From about 0.08 to about 0.2, from about 0.08 to about 0.15, or from about 0.08 to about 0.1.

이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 좀더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following Examples are given for the purpose of helping understanding of the present invention, but the present invention is not limited to the following Examples.

[[ 실시예Example ]]

1. 실험 방법1. Experimental Method

(1) 밀도 함수 이론(Density Functional Theory, 이하, "(1) Density Functional Theory, DFTDFT "라고도 함) 계산 ") Calculation

슬랩(slab) 모델을 이용한 모든 DFT 계산은, 비엔나 Ab-initio 시뮬레이션 패키지(Vienna Ab-initio simulation package, VASP)에서 구현된대로, 분산-보정된 PBE-D2 함수(the dispersion-corrected PBE-D2 functional) 및 400 eV 컷-오프 기준 셋의 프로젝터 증가된 파동 유사포텐셜(projector augmented wave pseudopotentials)을 이용하여 수행되었다. SCF(self-consistent field) 반복을 사용하여 에너지 수렴을 가속화하기 위해, Gaussian-스미어링 기술(스미어링 온도는 슬랩의 경우 k B T = 0.1 eV, 분자의 경우 0.01 eV)이 수행되었으며, 그 후에 계산된 모든 에너지 값을 k B T = 0으로 외삽했다. 슬랩의 상호 공간은 Monkhorst-Pack k-포인트 3 × 3 × 1에 의해 샘플링되었으나, 분자 계산을 위해 감마 포인트만 샘플링되었다. 모델들은 3.615 Å의 격자 파라미터를 갖는 면심 입방형 구리 벌크 구조로부터 제조되었다. z-방향의 주기적인 복제물 간의 상호 작용을 방지하기 위하여, 인접한 이미지 사이의 최소 15 Å의 진공 간격이 슬랩 계산에 사용되었고, 20 Å × 20 Å × 20 Å 상자를 분자 계산에 사용했다. 스핀-분극화(spin-polarized)된 파동 함수들은 모든 표면 계산에 사용되었으나, 스핀-제한(spin-restricted)된 파동 함수들은 H2, H2O, 및 CO2에 사용되었다. 기하학적 최적화 동안, 상부 표면의 상부 층 및 하부 표면의 하부 층의 구리 원자들이 고정되었다. 초기 구조에서 상기 두 표면 사이의 거리 d는 목표 값으로 설정되었으나, 흡착물(adsorbate)의 정체성에 따라, 최적화 후 0.2 Å 미만의 값으로 약간 달라질 수 있다. 본 실시예에서 에너지는 전자 에너지에 기초 한다. 예를 들어, *COOH의 결합 에너지(Binding Energy, 이하, "BE"라고도 함)는 BE(*COOH) = E(*COOH) - E(*) - E(CO2) - 0.5×E(H2)이므로, BE의 음(negative)의 값이 클수록 더 강한 흡착력을 의미한다. All DFT calculations using a slab model are performed using a dispersion-corrected PBE-D2 function (as described in the Vienna Ab-initio simulation package, VASP) ) And a projector augmented wave pseudopotentials of a 400 eV cut-off reference set. In order to accelerate energy convergence using self-consistent field (SCF) iterations, a Gaussian-smearing technique (smearing temperature k B T = 0.1 eV for slabs, 0.01 eV for molecules) All calculated energy values were extrapolated to k B T = 0. The mutual spacing of the slabs was sampled by the Monkhorst-Pack k -point 3 × 3 × 1, but only the gamma points were sampled for molecular calculations. The models were fabricated from a face-centered cubic copper bulk structure with a lattice parameter of 3.615 A. To avoid interactions between periodic replicas in the z-direction, a vacuum spacing of at least 15 A between adjacent images was used in the slab calculation, and a 20 Å × 20 Å × 20 Å box was used for molecular calculations. Spin-polarized wave functions were used for all surface calculations, while spin-restricted wave functions were used for H 2 , H 2 O, and CO 2 . During geometric optimization, the copper atoms of the upper and lower layers of the upper surface were fixed. The distance d between the two surfaces in the initial structure is set to the target value, but may vary slightly to a value less than 0.2 A after optimization depending on the identity of the adsorbate. In this embodiment, energy is based on electron energy. For example, the binding energy (Binding Energy, hereinafter also referred to as "BE") of * COOH is BE (* COOH) = E ( * COOH) - E (*) - E (CO 2) - 0.5 × E (H 2 ), the larger the negative value of BE, the stronger the attraction force.

(2) 원자-스케일 채널의 폭이 제어된 구리 입자의 제조(2) Preparation of copper particles with controlled width of atomic-scale channels

CuOx(EPRUI Nanoparticles & Microspheres Co. Ltd.)는 실험 전 3 시간 동안 150℃에서 아르곤 하에서 어닐링함으로써 세정되었다. CuOx 나노입자들은 N-메틸-2-피롤리디논(NMP)에 분산된 5 중량% 폴리비닐리덴 플로라이드 (PVDF)와 혼합되었다. 그 후, 상기 수득된 검은색 슬러리를 Cu 호일에 균일하게 코팅하고 80℃의 진공 오븐에서 밤새 건조 시켰다. 상대 전극으로서 Li 호일을 갖는 코인형 셀(coin-type cell) 및 전해질로서(1 / 1 = v / v) 에틸 카보네이트(EC) 및 디에틸 카보네이트(DEC)의 혼합물에 용해된 1 M의 LiPF6 가 전기화학적 리튬화에 사용되었다. 상기 나노물질들을 포함한 테스트 셀들은 분리막(separator, Celgard) 및 전해질 용액을 이용하여 Ar-충전된 글로브 박스 내에서 조립되었다. 리튬화 공정은 VSP 전위가변기(potentiostat, Bio-logic)을 사용하여 모니터링하여 10 mA·g-1의 정전류를 유지했다. 상기 리튬화 공정이 수행된 후, 각 공정 단계의 결과 샘플들은 아세톤, 물, 및 1 mM 아세트산 용액으로 세척되어, 잔류 전해질, Li2O, 및 고상 전해질 인터레이어들을 제거하였다. CuO x (EPRUI Nanoparticles & Microspheres Co. Ltd.) was cleaned by annealing at 150 ° C under argon for 3 hours before the experiment. CuO x nanoparticles were mixed with 5 wt% polyvinylidene fluoride (PVDF) dispersed in N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP). The black slurry thus obtained was uniformly coated on a Cu foil and dried overnight in a vacuum oven at 80 ° C. 1 M LiPF 6 dissolved in a mixture of ethyl carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) (1/1 v / v) as a coin-type cell having Li foil as a counter electrode and an electrolyte Was used for electrochemical lithiation. Test cells containing the nanomaterials were assembled in an Ar-filled glove box using a separator (Celgard) and an electrolyte solution. In the lithiation process, the VSP potential was monitored using a potentiostat (Bio-logic) to maintain a constant current of 10 mA · g -1 . After the lithiation process was performed, the resulting samples of each process step were washed with acetone, water, and 1 mM acetic acid solution to remove residual electrolyte, Li 2 O, and solid electrolyte interlayers.

(3) (3) OperandoOperando 분석 analysis

전기화학 셀은 세 개의 전극, 전해질, CO2 가스 버블링, 및 폴리이미드 윈도우를 이용하여 제조되었다. 상기 샘플들은 5 wt%의 Nafion 바인더로 PTFE 코팅된 카본 페이퍼 상에 캐스팅되었고, 2 회 선형 스윕 전압전류법(linear sweep voltammetry) 후에 CO2 버블링 하에서 -0.9 V vs. RHE가 인가되었다. 이산화탄소의 전기화학적 환원(the electrochemical reduction of carbon dioxide) 동안, XANES(X-선 흡수 니어 엣지 구조, X-ray absorption near edge structure) 및 EXAFS(광역 X-선 흡수 미세 구조, extended X-ray absorption fine structure) 측정을 포함한 Operando XAS 분석은 10C 빔 라인에서 수행되었으며, 여기서 Si(111) 이중 결정 단색화기가 싱크로트론 방사에 사용되었고 투과(transmission) 모드로 얻어진 Cu K-엣지 스펙트럼이 IFEFFIT 라이브러리를 이용한 Athena 소프트웨어를 사용하여 분석되었다.The electrochemical cell was fabricated using three electrodes, an electrolyte, CO 2 gas bubbling, and a polyimide window. The samples were cast on a PTFE coated carbon paper with a 5 wt% Nafion binder and subjected to 2 cycles of linear sweep voltammetry followed by -0.9 V vs. CO 2 bubbling under CO 2 bubbling. RHE was applied. During the electrochemical reduction of carbon dioxide, XANES (X-ray absorption near edge structure) and EXAFS (extended X-ray absorption fine structure) structure) Operando XAS analysis including the measurement was carried out at 10C beam line, wherein the Si (111) was used to determine the double monochromator synchrotron radiation group transmission (transmission) mode, the Athena software using this library IFEFFIT Cu K- edge spectrum obtained by Lt; / RTI >

(4) CO(4) CO 22 의 전기화학적 환원의 측정Of electrochemical reduction of

리튬화된 Cu2O 나노 입자들은 유리질 탄소 기판 상에 스핀 코팅되었고, 이것은 0.1 M CsHCO3 용액에서 CO2의 전기화학적 환원을 위한 캐소드로서 사용되었다. 상기 전해질은 우선 CO2와 함께 공급되어 6.8의 pH를 달성하였다. 전기화학적 측정은 Biologic SP-300 전위가변기를 사용하여 수행되었다. 주변-압력 CO2 전기 분해는 Viton O-링이 장착되고 폴리카보네이트로 만들어진 맞춤형 기밀 전기화학 셀에서 수행되었다. 전기화학 셀의 구성은 작동 전극이 상대 전극(백금 호일)과 평행하여 표면 전체에 걸쳐 균일한 전위 분포를 보장한다. 상기 두 개의 전극의 기하학적 표면적은 1 cm2였다. 작동 전극에서 샘플의 평균 질량 로딩은 80 μL (~ 10 μg·cm-2와 동일)이며, 이것은 XP2U 초소형 저울 (d = 0.1 ㎍, Mettler Toledo)을 사용하여 측정한 것이다. 촉매 활성을 최적화하기 위해, 촉매 용액의 질량 로딩은 50 μL 내지 150 μL로 조절되었다. Selemion AMV 음이온 교환막(두께 110 ㎛)을 사용하여 애노딕 격실과 캐소딕 격실을 분리 하였다. 상기 셀의 각 격실은 적은 부피의 전해질을 포함하여 액상 생성물을 농축함으로써 검출 한계를 증가시켰다. 캐소딕 격실의 헤드 스페이스는 대략 3 mL였다. CO2의 전기 분해를 수행하기 전에, 캐소딕 격실 내의 전해질을 CO2로 적어도 15 분 동안 퍼지하였다. 전기분해 동안, 5 sccm의 유속으로 전해질을 통해 CO2가 버블링되어 CO2 고갈을 막았다. 상기 이산화탄소의 유속은 매스 플로우 컨트롤러(Alicat Scientific)로 제어되었고, 상기 가스는 물로 채워진 버블러를 통과함으로써 우선 가습되어 전해질의 증발을 최소화하였다. 모든 실험에서, 백금 호일이 상대 전극으로서 사용되었고 Innovative Instruments, Inc.의 Ag / AgCl 전극(누출없는 시리즈)이 기준 전극으로서 사용되었다. 데이터는 하기 방정식을 사용하여 RHE 기준 스케일로 변환되었다:The lithiated Cu 2 O nanoparticles were spin-coated onto a glassy carbon substrate, which was used as a cathode for electrochemical reduction of CO 2 in 0.1 M CsHCO 3 solution. The electrolyte was first fed with CO 2 to achieve a pH of 6.8. Electrochemical measurements were performed using a Biologic SP-300 disposable toilet. Peripheral-pressure CO 2 electrolysis was performed in a custom airtight electrochemical cell made of polycarbonate fitted with a Viton O-ring. The configuration of the electrochemical cell ensures that the working electrode is in parallel with the counter electrode (platinum foil) and has a uniform potential distribution over the entire surface. The geometric surface area of the two electrodes was 1 cm < 2 & gt ;. The average mass loading of the sample at the working electrode was 80 μL (equivalent to ~ 10 μg · cm -2 ), which was measured using an XP2U microbalance (d = 0.1 μg, Mettler Toledo). To optimize the catalytic activity, the mass loading of the catalyst solution was adjusted to 50 [mu] L to 150 [mu] L. The anodic compartment and the cathodic compartment were separated using a Selemion AMV anion exchange membrane (thickness 110 μm). Each compartment of the cell contained a small volume of electrolyte and increased the detection limit by concentrating the liquid product. The headspace of the cassette compartment was approximately 3 mL. Before performing the electrolysis of CO 2, the electrolyte in the cathodic compartment was purged for at least 15 minutes by CO 2. During electrolysis, CO 2 was bubbled through the electrolyte at a flow rate of 5 sccm to prevent CO 2 depletion. The flow rate of the carbon dioxide was controlled by a mass flow controller (Alicat Scientific) and the gas was first humidified by passing through a water filled bubbler to minimize evaporation of the electrolyte. In all experiments, a platinum foil was used as the counter electrode and an Ag / AgCl electrode (series without leakage) from Innovative Instruments, Inc. was used as the reference electrode. Data was converted to RHE reference scale using the following equation:

E vs. RHE = E vs. Ag/AgCl + 0.197 V + 0.0591 × pHE etc. RHE = E vs. Ag / AgCl + 0.197 V + 0.0591 x pH

기준 전극의 정확성을 보장하기 위해, 수제 가역 수소 전극을 사용하여 보정이 수행되었다. 전기 분해에 앞서, 용액 저항(resistance)은 먼저 전기화학적 임피던스 분광기를 사용하여 1 MHz에서 10 Hz까지 스캔하여 결정되었다. 본 실시예에서 보고된 모든 CV 및 전기 분해에 대하여, 측정치들은 측정된 IR 강하(drop)의 85%를 보정하기 위해 전위가변기를 설정하여 생성되었다. To ensure the accuracy of the reference electrode, calibration was performed using a hand-held reversible hydrogen electrode. Prior to electrolysis, the solution resistance was first determined by scanning from 1 MHz to 10 Hz using an electrochemical impedance spectrometer. For all the CVs and electrolysis reported in this example, the measurements were generated by setting the potty pot to compensate for 85% of the measured IR drop.

2. 실험 결과2. Experimental results

본 발명자들은 밀도함수이론(DFT) 계산 및 실험 결과에 기초하여 입자 사이 공간(interspacing)의 원자-수준 제어가 전기화학적 CO2RR을 위한 Cu 나노 입자의 활성 및 선택도에 영향을 주도록 사용될 수 있음을 입증하였다. Cu(100) 및 Cu(111) 표면에서 CO2RR에 관계된 중간 생성물의 결합 에너지의 DFT 계산은 그러한 표면들 사이의 원자-수준 간격(atomic-scale spacing, ds)에 의존됨이 발견되었다. d s = 5 Å 내지 6 Å일 때, *COOH, *CO, *CHO, 및 *CHOH와 같은 흡착된 중간체들의 결합 에너지는 최대에 도달하며, *CHO + *CO → *CHOCO 및 *CHO + *CHO → *CHOCHO 반응을 통해 C-C 결합의 형성이 매우 선호된다. *CHOCO 및 *CHOCHO은 에틸렌 및 에탄올의 전구체이므로, 이러한 계산들은 d s = 5 Å 내지 6 Å에서 이러한 생성물의 형성 속도가 극대화되는 것을 시사한다. 이러한 발견에 의해 동기화되어, 구리 입자 사이의 원자-수준 간격(atomic-scale spaces)은 CuOx 나노입자들을 전기화학적 리튬화시킨 후, 침적된 리튬 산화물의 제거 및 CuOx의 Cu로의 전기화학적 환원에 의해 생성되었다. TEM 이미지의 분석은 리튬화가 의도하는 입자간 간격(interparticle spacings)을 생성하는 것을 확인하였고, operando XANES 및 EXAFS 스펙트럼들은 CO2RR 동안 모든 산화된 Cu 상태가 금속 상태(metallic phase)로 환원되었음을 입증하였다. 5 Å 내지 6 Å의 입자간 간격을 갖는 입자들은 C2+ 생성물에 대해 현저히 높은 전류 밀도 및 거의 80%의 FE(패러데이 효율, Faradaic efficiency)를 나타내며, 이는 개질되지 않은 CuOx-유래 Cu에 대해 보고된 것보다 높다. 이론적 및 실험적 조사는 표면 및 내부에 걸쳐 형성된 채널의 폭의 원자-수준 조절이 전기화학적 CO2RR에 대한 Cu 나노입자의 활성 및 선택도에 유리하게 영향을 준다는 결론을 뒷받침한다.We demonstrate that atomic level control of interspacing interspaces can be used to influence the activity and selectivity of Cu nanoparticles for electrochemical CO2RR based on density function theory (DFT) calculations and experimental results. Respectively. It has been found that the DFT calculations of the bond energies of the intermediates related to CO2RR on Cu (100) and Cu (111) surfaces are dependent on the atomic-scale spacing (d s ) between such surfaces. when d s = 5 Å to about 6 Å, - COOH, - CO, - binding energy of CHO, and * the adsorbed intermediate, such as a CHOH is, and reaches a maximum, - CHO + * CO → - CHOCO and - CHO + * the formation of the CC bond is highly preferred over the CHO → * CHOCHO reaction. Since * CHOCO and * CHOCHO are precursors of ethylene and ethanol, these calculations suggest that the rate of formation of such products is maximized at d s = 5 A to 6 A. Synchronized by this discovery, atomic-scale spaces between the copper particles are electrochemically lithiated into CuO x nanoparticles, followed by removal of the deposited lithium oxide and electrochemical reduction of CuO x to Cu Lt; / RTI > Analysis of the TEM image confirmed that lithiation produced intentional interparticle spacings and operando XANES and EXAFS spectra demonstrated that all oxidized Cu states during the CO2RR were reduced to the metallic phase. Particles with intergranular spacing of between 5 Å and 6 Å exhibit a significantly higher current density for C 2+ products and a Faradaic efficiency (FE) of almost 80%, indicating that for unmodified CuO x - derived Cu It is higher than reported. Theoretical and experimental investigations support the conclusion that the atomic-level control of the width of the channel formed over the surface and interiors advantageously affects the activity and selectivity of Cu nanoparticles for electrochemical CO2RR.

(1) (One) DFTDFT 계산 Calculation

CO2RR 및 수소 발생 반응(hydrogen evolution reaction, HER) 모두에 수반되는 것으로 가정된 다양한 화학 종들에 대한 결합 에너지들의 DFT 계산은 CO2의 전기화학적 환원에 대한 Cu 표면 간의 원자-수준 간격(atomic-scale spacing)의 효과를 확인하기 위해 수행되었다. 서로 다른 원자-수준 간격(atomic-scale spaces)을 갖는 구리 나노입자는 두 개의 3층 Cu(100) 및 Cu(111) (3×3) 슬랩(slabs)으로 형성된 모델을 이용하여 시뮬레이션되었으며, 그 표면들은 거리 d s 로 분리되어 있다 (도 1a, 원자-수준 간격과 DFT 계산에 사용되는 원자-수준 간격 Cu 표면의 모델을 가진 Cu 나노입자의 예). 이러한 계산은 Cu 표면 위의 진공을 가정하여 수행되었으며 전극 전위의 영향은 수소 전위 전극 방법을 사용하여 고려되었다. DFT calculations of binding energies for various chemical species assumed to be involved in both the CO2RR and hydrogen evolution reaction (HER) are based on atomic-scale spacing between Cu surfaces for electrochemical reduction of CO 2 ). Copper nanoparticles with different atomic-scale spaces were simulated using a model formed of two three-layer Cu (100) and Cu (111) (3 × 3) slabs, The surfaces are separated by a distance d s (Fig. 1a, example of Cu nanoparticles with atomic-level spacing and model of atom-level gap Cu surface used in DFT calculations). This calculation was performed assuming a vacuum on the Cu surface and the influence of the electrode potential was considered using the hydrogen potential electrode method.

CO2RR 및 HER에 수반되는 것으로 생각되는 흡착된 종들인 *COOH, *CO, *CHO, *CHOH, 및 *H의 결합 에너지(BE)는 d s의 함수로서 결정되었다. 도 1b에 도시된 바와 같이, *COOH, *CO, *CHO, 및 *CHOH 의 BE는 d s에 강하게 의존하는 반면, *H의 경우는 그 반대이다. 도 1b는 표면 간 거리 (d s ), 해당 최적 간격 및 최적 간격의 범위(회색 음영 지역, d-범위)의 함수로서 CO2RR 및 HER에 관여하는 중간체에 대한 결합 에너지의 경향을 나타낸 것이며, 이것으로부터 상기 중간체가 Cu(100) 및 Cu(111) 개방 표면보다 더 강하게 결합함을 확인할 수 있다. 비교를 위해, Cu(100) 및 Cu(111) 표면에서 동일한 중간체에 대한 결합 강도를 나열하였다. 예를 들어, *COOH 에 대한 BE의 변화는 Cu(100)와 Cu(111)에 대하여 각각 0.52 eV와 0.44 eV이지만, *H의 경우에는 겨우 0.01 eV이다. 중요하게, *COOH, *CO, *CHO, 및 *CHOH에 대해 가장 강한 BE는 5.2 Å 내지 5.8 Å 사이의 d s 값에서 나타난다. Cu(100) 및 Cu(111)에 대한 BE의 변화는 *COOH에 대해 -0.52 eV 내지 -0.44 eV, *CO에 대해 -0.09 eV 내지 -0.07 eV, *CHO에 대해 -0.24 eV 내지 -0.21 eV, 및 *CHOH에 대해 -0.18 eV 내지 -0.17 eV인 반면, *H에 대해서는 거의 0이다. 이러한 결과는 *COOH, *CHO, 및 *CHOH가 특히 Cu(100) 및 Cu(111) 개방 표면으로부터 최적의 d s 값을 갖는 나노입자 사이의 공간으로 이동하며, 이것은 이들 C1 중간체들의 국소적 농도의 증가를 유발함을 시사한다. U = -0.9 V vs. RHE이 인가된 바이어스의 자유 에너지 표면(free energy surface)의 계산은, * + CO2(g) + 3 (H+ + e-) → *COOH + 2 (H+ + e-) → *CO + H2O(l) + (H+ + e-) → *CHO의 반응 시퀀스가 Cu 표면들 사이의 공간이 d s = 9 Å인 것보다 d s = 5.2 Å일 때 에너지적으로 더 선호됨을 나타낸다 (도 1c, CO2RR의 초기 3단계에 대한 자유 에너지 다이어그램). The binding energy (BE) of the adsorbed species * COOH, * CO, * CHO, * CHOH, and * H, which are thought to be involved in CO2RR and HER, was determined as a function of d s . As shown in FIG. 1B, the BE of * COOH, * CO, * CHO, and * CHOH strongly depend on d s , while in the case of * H, vice versa. Figure 1b is a function of surface distance (d s), the range of the optimal interval and the optimal distance (grayscale region, d- range) will showing the tendency of the binding energy for the intermediates involved in the HER CO2RR and, from this It can be confirmed that the intermediate binds more strongly than the Cu (100) and Cu (111) open surfaces. For comparison, the bond strengths for the same intermediates on the Cu (100) and Cu (111) surfaces are listed. For example, the change in BE for * COOH is 0.52 eV and 0.44 eV for Cu (100) and Cu (111), respectively, but only 0.01 eV for * H. Importantly, - COOH, CO -, - CHO, and BE * strongest for CHOH is between 5.2 Å to 5.8 Å d s Value. Cu (100) and the change in the BE for the Cu (111) is * COOH -0.52 eV to -0.44 eV, * CO -0.09 eV to -0.07 eV for about, CHO * -0.24 -0.21 eV eV to about , And -0.18 eV to -0.17 eV for * CHOH, while for * H it is almost zero. These results show that * COOH, * CHO, and * CHOH are the optimum d s from the Cu (100) and Cu (111) Values into the space between nanoparticles, which suggests that this leads to an increase in the local concentration of the C 1 intermediates. U = -0.9 V vs. Calculation of the RHE the free energy of the surface (free energy surface) of the applied bias, * + CO 2 (g) + 3 (H + + e -) → * COOH + 2 (H + + e -) → * CO + The reaction sequence of H 2 O ( l ) + (H + + e - ) → * CHO shows that the space between Cu surfaces is d s = (Figure 1c, free energy diagram for the first three stages of CO2RR) at d s = 5.2 Å rather than 9 Å.

그리고 본 발명자들은 d s 값이 C-C 결합 형성의 에너지에 영향을 미치는지 조사했다. *CO 및 *CHO은 CO2RR의 초기 단계의 중간체이므로, 이들의 농도는 다른 것들보다 높을 것으로 예상되어, 본 발명자들은 *CHO + *CO → *CHOCO의 C-C 커플링에 대한 반응 에너지의 변화들을 평가했다. 본 발명자들은 상기 두 개의 반응 에너지가 d s 에 강하게 의존하고, Cu(100) 및 Cu(111) 개방 표면들에 대하여 상대적으로 최소값이 각각 d s = 5.0 Å 및 6.0 Å에서 얻어짐을 확인하였다 (도 1d). 상기 최소 반응 에너지가 -0.95 eV의 Cu(100)와 -0.48 eV의 Cu(111)의 값들보다 더 유리하다는 것은 중요하며, 이것은 d s의 최적값을 갖는 Cu 나노입자가 *CHO + *CO → *CHOCO의 C-C 커플링 반응을 촉진함을 시사한다. 본 발명자들은 그 후 -0.9 V vs. RHE의 인가된 바이어스 하에서 *CHO + *CO + (H+ + e-) → *CHOCO + (H+ + e-) → *CHOCHO의 반응 시퀀스의 자유 에너지 표면(free energy surface)을 계산하였다. 본 발명자들의 계산은 d s = 5.2 Å에서 첫번째 단계(C-C 커플링)가 Cu(100)에 대하여 -0.43 eV 및 Cu(111)에 대하여 -0.19 eV의 하강(downhill)인 반면, d s = 9 Å에서 Cu(100)에 대하여 +0.42 eV 및 Cu(111)에 대하여 +0.30 eV [또는, Cu(100)에 대하여 +0.50 eV 및 Cu(111)에 대하여 +0.33 eV]의 상승(uphill)임을 나타내었다 (도 1e). 이 단계는 전자 전달을 수반하지 않기 때문에, 그 에너지는 인가된 바이어스의 영향을 받지 않는다. 이러한 발견은 d s = 5 Å 내지 6 Å의 최적값을 갖는 Cu 패싯이 C-C 결합 형성을 촉진해야 함을 시사하며, 이것은 Cu(100) 및 Cu(111) 개방 표면들 상에서는 에너지적으로 선호되지 않는 것이다. We have also investigated whether the value of d s affects the energy of CC bond formation. Since * CO and * CHO are intermediate intermediates in the early stage of CO2RR, their concentrations are expected to be higher than others and we have evaluated the changes in the reaction energy for CC coupling of * CHO + * CO → * CHOCO . The present inventors have found that the two reaction energies strongly depend on d s and the minimum values for the Cu (100) and Cu (111) open surfaces are d s = 5.0 A and 6.0 A (Fig. 1D). It is important to note that the minimum reaction energy is more advantageous than the values of Cu (100) and -0.48 eV Cu (111) at -0.95 eV, which means that Cu nanoparticles with optimal values of d s are * CHO + * CO → * Promotes the CC coupling reaction of CHOCO. The inventors then found that -0.9 V vs. Under the applied bias of the RHE * CHO + * CO + ( H + + e -) → * CHOCO + (H + + e -) → * the surface free energy of the reaction sequence of CHOCHO (surface free energy) was calculated. Our calculations show that the first step (CC coupling) at d s = 5.2 A is -0.43 eV for Cu (100) and -0.19 eV downhill for Cu (111), while d s = 9 (+0.50 eV for Cu (100) and +0.33 eV for Cu (111)) with respect to Cu (111) at +0.42 eV for Cu (Fig. 1E). Since this step does not involve electron transfer, its energy is not affected by the applied bias. This finding suggests that Cu facets with optimal values of d s = 5 Å to 6 Å should promote CC bond formation, which is not energetically favored on Cu (100) and Cu (111) open surfaces will be.

Cu(100)과 Cu(111) 표면들 사이의 원자-수준 간격(atomic-scale spacing)이 흡착된 화학종들을 안정화시키는데 도움이 되는지 이해하기 위해, 상기 두 개의 표면들에서의 전하 이동에 대한 Bader 분석이 수행되었다. 본 발명자들은 흡착된 화학종들의 흡착 강도의 향상이 두번째 층(second layer)에서 흡착물(adsorbate)로의 전하 전달(charge transfer)에 기인함을 확인하였다. 예를 들어, *CO의 경우, 첫 번째 층으로부터 0.38 전자에 비해, 두 번째 층은 0.15 전자(electron)를 흡착물에 제공하고, *CHOCO의 경우, 두 번째 층은 상기 흡착물에 0.65 전자(electron)를 제공하며, 이것은 상기 첫 번째 층에 의해 제공된 양(0.60 전자)과 유사하고, 도 1에 나타낸 바와 같이, 최적의 안정화는 d s = 5 Å 내지 6 Å 일 때 발생한다. To understand whether the atomic-scale spacing between the Cu (100) and Cu (111) surfaces helps stabilize the adsorbed species, the Bader Analysis was performed. The present inventors have confirmed that the enhancement of the adsorption strength of the adsorbed species is due to charge transfer from the second layer to the adsorbate. For example, in the case of * CO, the second layer provides 0.15 electrons to the adsorbate, compared to 0.38 electrons from the first layer, and in the case of * CHOCO, the second layer adsorbs 0.65 electron electron, which is similar to the amount provided by the first layer (0.60 electrons), and as shown in Figure 1, optimal stabilization occurs when d s = 5 A to 6 A.

(2)(2) 원자-스케일 채널의 폭이 제어된 구리 입자의 제조Manufacture of copper particles with controlled width of atomic-scale channels

도 1에 나타낸 이론적인 발견들은 본 발명자들에게 원자-스케일 채널의 폭, 즉, 원자-수준 입자간 간격(atomic-scale inter-particle spacing)의 역할을 조사하도록 동기를 부여했다. 그러한 간격(spacings)을 형성하기 위해 본 발명자들이 선택한 접근법은 CuOx 나노입자의 전기화학적 리튬화였다. 이 과정은 Li+ 양이온과 CuOx의 전기화학적 반응을 수반하며, 이는 입자 내에 원자-수준 균열(atomic-scale fractures)을 생성한다. 50 nm의 평균 크기를 갖는 CuOx 나노입자가 리튬화를 위해 선택되었다. 도 2a에 나타낸 바와 같이, 리튬화의 정도는 각 단계에서 사용된 셀 전위에 의해 제어되었다. 1.4 V, 1.2 V, 1 V, 및 0 V에서 방전이 수행되었고, 10 mA·g-1의 정전류를 사용하여 3 V vs. Li/Li+에서 재충전이 수행되었다. CuOx 나노입자 사이의 간격(spacing)은 충전/방전 프로파일(도 2a)의 지정된 지점들에서 리튬화 공정을 정지시킴으로써 제어되었다. 그 후, 리튬화된 입자를 특성화하기 전에 물로 세척하였다.The theoretical discovery shown in Figure 1 motivated the inventors to investigate the role of atomic-scale channel width, i.e., atomic - scale inter-particle spacing. The approach we chose to create such spacings was electrochemical lithiation of CuO x nanoparticles. This process involves the electrochemical reaction of Li + cations with CuO x , which creates atomic-scale fractures in the particles. CuO x nanoparticles with an average size of 50 nm were selected for lithiation. As shown in Fig. 2A, the degree of lithiation was controlled by the cell potential used in each step. Discharges were performed at 1.4 V, 1.2 V, 1 V, and 0 V, and a constant current of 10 mA · g -1 was used to drive the 3 V vs. Recharging was performed at Li / Li + . The spacing between CuO x nanoparticles was controlled by stopping the lithiation process at designated points of the charge / discharge profile (FIG. 2A). The lithiated particles were then washed with water before characterization.

리튬화 동안 상기 CuOx 표면 형태의 변화가 도 2b와 도 2c에 나타나 있으며, 이는 ex-situ 투과 전자 현미경(TEM)에 의해 확인되었다. 상기 리튬화된 나노입자는 울퉁불퉁한 형태를 나타냄이 주사 전자 현미경(SEM) 이미지를 통해 확인되었다. 상기 리튬화 동안 CuOx 입자 클러스터들에 대해 동일한 형태적 변화가 관찰되었다. 상기 CuOx 입자에서 상기 원자-수준 균열(atomic-scale crack, d s )의 크기는 TEM과 STEM 이미지의 분석에 의해 결정되었다 (도 3). 매끄러운(smooth) 개방 표면을 갖는 개질되지 않은 CuOx 입자는, 선택 영역 전자 회절(selected area electron diffraction, SAED)에 의해 검출된 바와 같이, Cu2O로 주로 구성된다. 결정립 경계(grain boundaries)와 같은 원자-수준 표면 결함(atomic-scale surface defects)은 단계 I(1.4 V의 리튬화)에서 명확하게 생성되었고, 도 2c에 표시된 노란색 점선으로 정의된 상기 결함 영역(defect areas)은 단계 II에서 확장되었다 (1.2 V의 리튬화). 단계 Ⅰ 및 Ⅱ 후에, 상기 산화물 상태(phase)는 부분적으로 환원된 금속 상태로 전환되었고, 그 표면은 사이 공간(interspaces)에서 풍부한 결정립 경계(grain boundaries)의 존재와 함께 다결정성 단편들(polycrystalline fragments)로 파단되었다 (SAED에 의해 관측 가능). 상기 리튬화 공정의 단계 III(1.0 V에서 리튬화)에서, 원자 결함들(atomic defects)과 그것들의 확장(expansion)의 조합은 입자들 사이의 옹스트롬 크기의 초미세-동공(ultra-micropores)을 수득하였다. 노란색 점선에 의해 표시된 바와 같이, 환원된 Cu 상에서 결정립(crystalline grains) 사이에 5 Å 내지 6 Å의 공간이 확인되었다 (단계 III). 리튬화 후 (단계 IV, 0 V에서의 리튬화), 부분적으로 환원된 Cu 단편들(Cu fragments)은 분리되어 입자간 거리(inter-particle distance)가 >1 nm이었다. 응집된 입자들은 단계 V(3 V의 재충전 전압)에서 탈리튬화 후에 상기 산화물 상(phase)으로 대부분 회복되었다. 리튬화 중에 발생하는 CuOx 입자들의 상기 상 변화는, 도 4, 5, 및 6에 표시된 바와 같이, 분말 X-선 회절 (powder X-ray diffraction, PXRD), X-선 흡수 분광법 (X-ray absorption spectroscopy, XAS), 및 X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)에 의해 관찰되었다. 도 4에서 개질되지 않은 CuOx 나노입자는 공기 노출로 인해 주로 Cu2O 및 소량의 CuO를 포함하며, 리튬화가 단계 Ⅰ에서 단계 Ⅲ으로 진행됨에 따라, Cu2O의 주 피크는 감소하고 금속 Cu 피크는 증가하였다. 단계 Ⅳ에서, 리튬화의 종료 후, 금속 Cu 피크만이 검출되어, CuOx가 완전히 감소됨을 확인할 수 있었다. 도 5a 및 5b는 각각 리튬화 공정의 각 단계 후 수득된 구리 산화물 나노입자들의 XANES 및 EXAFS 스펙트럼을 나타낸 것이다. XANES 스펙트럼은 블랭크 CuOx 내의 Cu 양이온이 소량의 2가 이온과 함께 1 가의 산화 상태로 존재함을 나타내며, 구리의 환원은 단계 Ⅳ에서 완료되어 XANES 스펙트럼은 Cu 호일의 그것과 상당히 일치하였다. 또한, 단계 Ⅴ 및 탈리튬화 후에, CuOx의 산화상태는 회복되었다. EXAFS 스펙트럼은 Cu-O 후방 산란(backscattering)의 피크가 단계 Ⅳ까지 점진적으로 Cu-Cu 후방 산란으로 변환되며, 단계 Ⅴ 이후 회수될 때까지 Cu-O 후방 산란이 회복됨을 나타낸다. 도 6a 및 도 6b는 각각 각 샘플의 Cu 2p 및 Cu LMM 스펙트럼, 및 각 샘플의 Li 1s 스펙트럼이다. 점진적인 리튬화에 따라 구리의 산화 상태는 점차 감소했으며, 리튬화된 샘플을 세척한 후, 잔여 리튬은 발견되지 않았다. 이러한 기술들은 구리의 산화 상태가 리튬화 동안 환원되고 탈리튬화 후 증가됨을 나타내며, 이것은 도 2c에 제시된 TEM의 SAED 패턴에서 얻은 정보와 일치한다. Li 1s XPS(도 6b)에 의해 확인된 바와 같이, 상기 리튬화된 샘플의 Li2O 및 잔여 리튬은 각 리튬화 단계 후에 세척에 의해 완전히 제거되었다. Changes in the CuO x surface morphology during lithiation are shown in Figures 2b and 2c and confirmed by ex-situ transmission electron microscopy (TEM). The lithiated nanoparticles have a rugged shape and are confirmed by scanning electron microscopy (SEM) images. The same morphological changes were observed for the CuO x particle clusters during the lithiation. The atoms in the CuO x grain-size of the cracking level (atomic-scale crack, d s) was determined by analysis of the TEM and STEM images (FIG. 3). Unmodified CuO x particles with a smooth open surface consist mainly of Cu 2 O, as detected by selected area electron diffraction (SAED). Atomic-scale surface defects such as grain boundaries were clearly generated in step I (lithiation at 1.4 V), and the defect areas defined by the yellow dotted lines shown in FIG. areas were extended in phase II (1.2 V lithiumation). After steps I and II, the oxide phase was converted to a partially reduced metal state and its surface was exposed to polycrystalline fragments < RTI ID = 0.0 > ) (Can be observed by SAED). In step III of the lithification process (lithiation at 1.0 V), the combination of atomic defects and their expansion creates ultra-micropores of angstrom size between the particles . As indicated by the yellow dotted lines, a space of between 5 Å and 6 Å was found between the crystalline grains on the reduced Cu (step III). After lithiation (step IV, lithiation at 0 V), the partially reduced Cu fragments were separated and the inter-particle distance was> 1 nm. The agglomerated particles were mostly recovered to the oxide phase after deglylation at step V (3 V recharge voltage). The phase change of the CuO x particles generated during lithiation can be measured by powder X-ray diffraction (PXRD), X-ray absorption spectroscopy absorption spectroscopy (XAS), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The unmodified CuOx nanoparticles in FIG. 4 mainly contain Cu 2 O and a small amount of CuO due to air exposure, and as lithiation proceeds from step I to step III, the main peak of Cu 2 O decreases and the metal Cu peak . In step IV, only the metal Cu peak was detected after the termination of lithiation, indicating that CuO x was completely reduced. 5A and 5B show the XANES and EXAFS spectra of the copper oxide nanoparticles obtained after each step of the lithiation process, respectively. The XANES spectrum shows that the Cu cations in the blank CuO x are present in a monovalent oxidation state with a small amount of divalent ions, and the reduction of the copper is completed in step IV, so that the XANES spectrum is substantially identical to that of the Cu foil. Also, after step V and delithiation, the oxidation state of CuO x was restored. The EXAFS spectrum shows that the peak of Cu-O backscattering is gradually converted to Cu-Cu backscattering until step IV, and Cu-O backscattering is restored until after step V is recovered. 6A and 6B are Cu 2p and Cu LMM spectra of each sample, and Li 1s spectrum of each sample, respectively. The oxidation state of copper gradually decreased with progressive lithiation, and no residual lithium was found after washing the lithiated sample. These techniques indicate that the oxidation state of the copper is reduced during lithiation and increased after de-lithiation, which is consistent with the information obtained in the SAED pattern of the TEM shown in Figure 2c. As confirmed by Li 1s XPS (FIG. 6b), Li 2 O and residual lithium of the lithiated sample were completely removed by washing after each lithiation step.

TEM 이미지의 분석에 의해 결정된 상기 형태적 변화가 도 2c에 나타나 있고 d s 값의 분포는 TEM 이미지에서 관찰된 입자간 간격(inter-particle spacing)의 스케일을 분석하여 결정되었으며, 이는 도 2d에 나타나 있다. 상기 리튬화 과정의 단계 Ⅰ과 Ⅱ 후에, d s 의 값은 주로 Cu와 Cu2O 면들(planes)에 대한 격자 간격(각각, d s = 2.08 Å 및 3.01 Å)에 해당한다. 따라서, 상기 측정은 원자-수준 면간 공간(atomic-scale interplanar spaces)보다는 결함(defects) 및/또는 결정립 경계(grain boundaries)에 기인될 수 있다. 단계 III 이후에, 면간 간격(interplanar spacing)은 ~ 5 Å 내지 6 Å이며, 이것은, 위에서 논의된 DFT 계산에 기초하여, C-C 커플링을 촉진시키기 위해 요구되는 값에 해당한다. 단계 IV까지 완전한 리튬화 후에, 상기 환원된 Cu 입자는 성장하였고 그 면간 간격(interplanar spacings)은 7 Å 내지 20 Å 사이의 값으로 증가했고; 반면, 상기 간격(spacing)은 단계 V까지 리튬화 후에도 거의 변하지 않았다. 단계 IV 및 V에서 리튬화 후의 비교적 큰 면간 간격(interplanar spacing)은 상기 금속 산화물에서 마이크로동공(<20 Å)의 형성과 매우 유사하다. 이러한 해석과 일치하며, Brunauer-Emmett Teller(BET) 등온선의 분석으로부터 결정된 동공 크기 분포(도 7)는 TEM 분석에 의한 각 리튬화 단계 후에 결정된 입자간 간격(inter-particle spacing)의 평균 크기와 잘 일치한다. 이 결과들은 CuOx 나노입자의 리튬화가 3.0 Å 내지 20 Å 범위의 입자간 간격(inter-particle spacings)을 발생시키고, 단계Ⅲ에서 5 Å 내지 6 Å (DFT 계산으로 예상됨)의 바람직한 간격이 얻어짐을 명확히 입증한다.The morphological change determined by analysis of the TEM image is shown in Figure 2c and the distribution of d s values was determined by analyzing the scale of the inter-particle spacing observed in the TEM image, have. After steps I and II of the lithiation process, the value of d s corresponds mainly to the lattice spacing for Cu and Cu 2 O planes ( d s = 2.08 Å and 3.01 Å, respectively). Thus, the measurements may be due to defects and / or grain boundaries rather than atomic-scale interplanar spaces. After step III, the interplanar spacing is ~ 5 A to 6 A, which corresponds to the value required to promote CC coupling, based on the DFT calculation discussed above. After complete lithiation up to step IV, the reduced Cu particles grew and their interplanar spacings increased to values between 7 A and 20 A; On the other hand, the spacing remained almost unchanged even after lithiumation up to step V. The relatively large interplanar spacing after lithiation in steps IV and V is very similar to the formation of micropores (< 20 A) in the metal oxide. In agreement with this interpretation, the pupil size distribution (Figure 7) determined from the analysis of the Brunauer-Emmett Teller (BET) isotherm shows the average size of the inter-particle spacing determined after each lithiation step by TEM analysis, Match. These results show that the lithiation of the CuO x nanoparticles results in inter-particle spacings in the range of 3.0 A to 20 A and the preferred spacing of 5 A to 6 A (expected in the DFT calculation) The load is clearly demonstrated.

(3) (3) CO2RR에On CO2RR 대한 촉매 활성 및 선택도 Catalyst activity and selectivity

CO2RR에 대한 촉매 활성 및 선택도는 일정한 전위에서 수 시간 동안 주변-압력 CO2 전기 분해를 수행함으로써 평가되었다. 도 8a는 각 단계의 샘플들의 기하학적 전류 밀도를 나타낸다. 약 -0.9 V vs. RHE에서, 단계 III까지 리튬화가 수행된 샘플은 개질되지 않은 CuOx에 비해 전류 밀도에 있어서 약 6 배 증가를 나타냈다. 약 5 Å 내지 6 Å의 면간 간격(interplanar spacing)을 갖는 상기 리튬화된 촉매는 또한 큰 전기화학적 표면적(electrochemical surface area, ESA)을 갖는다는 것이 주목되며, 이것은 전기 이중층 커패시턴스(electrical double-layer capacitance, EDLC)에 의해 결정되었다. ESA의 경향은 BET 표면적의 경향과 상이하다. 이것은 면간 간격(interplanar spacing)이 ~ 5 Å 내지 6 Å 일 때, 전기화학적 촉매 활성이 급격히 증가되어, 10 Å 미만의 동공 크기에서 커패시턴스(capacitance)의 비정상적인 증가를 일으킨다는 것을 의미한다. The catalytic activity and selectivity for CO 2 RR was evaluated by performing ambient-pressure CO 2 electrolysis at constant potential for several hours. 8A shows the geometric current density of the samples of each step. About -0.9 V vs. In RHE, the samples that were lithiated up to step III exhibited a 6-fold increase in current density compared to unmodified CuO x . It is noted that the lithiated catalyst with interplanar spacing of about 5 A to 6 A also has a large electrochemical surface area (ESA), which is the electrical double-layer capacitance , EDLC). The tendency of ESA differs from that of BET surface area. This means that when the interplanar spacing is between ~ 5 A and 6 A, the electrochemical catalytic activity is abruptly increased resulting in an abnormal increase in capacitance at a pore size of less than 10 A.

캐소드 부근의 pH 변화를 최소화하기 위해, 0.1 M CsHCO3 용액이 전해질로서 사용되었으며 캐소드 전위는 -0.9 V vs. RHE 이하로 유지되었다. 본 발명자들은 수화된 Cs+ 양이온들이 상당한 전해질 분극 조건 하에서 상기 촉매 표면 근처에서 일어나는 pH 변화를 완충할 수 있고, 따라서 전기 화학 반응에 이용 가능한 이산화탄소(CO2) 양을 증가시키는 것을 돕는다. 캐소드 전위가 -0.9 V vs. RHE보다 양(positive)의 값을 나타낼 때, 외각 Helmholtz 층에 존재하는 수화된 Cs+ 양이온은 흡착된 CO 또는 흡착된 CO 및 HCO의 커플링을 통해 C-C 결합의 형성을 향상시키는 국소 전기장을 부과한다. 매스 전달 효과(mass transfer effect)의 부재에 대한 증거는 상이한 정도로 리튬화된 CuOx 시료들에 대해 관찰되는 동일한 Tafel 기울기에 의해 주어진다. 도 8b는 리튬화된 전극 및 개질되지 않은 구리 산화물 나노입자에서 수득된 생성물의 분포를 나타낸다. d s가 증가함에 따라, C1 생성물의 형성은 점차 감소하는 반면, C2+ 생성물, 특히 에틸렌 및 에탄올의 형성은 현저하게 증가한다. 이 효과는 단계 III (d s = 5.2Å)에서 최대화되며, 이 단계에서 C2H4/CH4 비율은 54.3%까지 상승하고 H2의 FE는 19%까지 감소한다. 또한, C2H4 형성의 온셋 전위(onset potential)은 -0.5 V vs. RHE로 감소되는데, 이는 상기 개질되지 않은 샘플의 전위보다 약 ~ 300mV 낮다. d s = 7 Å의 지점에서 단계 IV까지 리튬화 후에, C1 생성물 및 수소에 대한 선택도가 회복되고, C2H4에 대한 FE는 단계 V 이후에 관찰된 수준까지 떨어진다. 상기 전체 인가된 전위의 함수로서 FE는 도 9에 도시되어 있으며, 상기 전체 인가된 전위의 함수로서 생성물 국부 전류 또한 측정되었다. 도 9는 리튬화 후 세척된 샘플들이 세척되지 않은 샘플들보다 우수한 성능을 나타내며, 이것은 촉매 표면상의 잔류 SEI 층이 CO2RR의 커플링 반응을 방해할 수 있음을 뒷받침한다. 기하학적으로 정규화된 생성물 전류 밀도는 비표면적(specific surface area, SSA)에 의해 정규화된 생성물 전류 밀도의 경향과 일치한다. In order to minimize the pH change near the cathode, a 0.1 M CsHCO 3 solution was used as the electrolyte and the cathode potential was -0.9 V vs. RHE &lt; / RTI &gt; The present inventors have found that hydrated Cs &lt; + & gt ; cations can buffer pH changes that occur near the surface of the catalyst under significant electrolyte polarization conditions, thus helping to increase the amount of carbon dioxide (CO 2 ) available for electrochemical reactions. The cathode potential is -0.9 V vs. The hydrated Cs + cations present in the outer Helmholtz layer impose a local electric field that enhances the formation of CC bonds through the coupling of adsorbed CO or adsorbed CO and HCO when exhibiting a positive value than RHE . Evidence for the absence of mass transfer efficiency (mass transfer effect) is given by the same Tafel slope is observed for the a lithiated CuO x sample so different. Figure 8b shows the distribution of the product obtained in the lithiated electrode and unmodified copper oxide nanoparticles. As d s increases, the formation of the C 1 product gradually decreases while the formation of C 2+ products, particularly ethylene and ethanol, increases significantly. This effect is maximized at step III ( d s = 5.2 Å), at which the C 2 H 4 / CH 4 ratio increases to 54.3% and the FE of H 2 decreases to 19%. Also, the onset potential of C 2 H 4 formation is -0.5 V vs.. RHE, which is about 300 mV lower than the potential of the unmodified sample. After lithiation from point d s = 7 A to step IV, the selectivity to C 1 product and hydrogen is restored and the FE for C 2 H 4 falls to the level observed after step V. FE as a function of the total applied potential is shown in Fig. 9 and product local current as a function of the total applied potential was also measured. Figure 9 shows that the samples washed after lithiation show better performance than the samples that have not been cleaned, which suggests that the residual SEI layer on the catalyst surface may interfere with the coupling reaction of CO2RR. The geometrically normalized product current density corresponds to the trend of the product current density normalized by the specific surface area (SSA).

본 발명자들은 또한 반복된 리튬화 사이클(5, 10 및 20 사이클)이 단계 V 이후에 얻어진 것과 유사한 CO2RR 활성을 수득한다는 것에 주목한다 (도 10). 도 10a는 5, 10, 및 20 리튬화/탈리튬화 사이클된 샘플들의 전류밀도를 나타내며, 도 10b는 각각의 생성물의 패러데이 효율을 나타낸다. 상기 생성물들의 촉매 활성 및 선택도는 반복된 리튬화 사이클 후에도 현저하게 변화하지 않았다. C2 + 생성물의 부분 전류 밀도 및 -0.9 V vs. RHE에서 수득된 주요 CO2RR 생성물의 FE는 각각 도 8c 및 도 8d에서 리튬화 단계의 함수로서 도시된다. C2 + 생성물에 대한 최대 전류 밀도는 d s = 5.2Å (단계 III)에서 관찰되며, 이는 개질되지 않은 샘플보다 약 12 배 높은 것인 반면, H2 및, CO, formate, 및 CH4를 포함하는 C1 생성물의 최대 전류 밀도는 감소하였다. 상기 높은 전류 밀도는 증가된 전기화학적 활성 표면적 및 CO2 환원을 위한 자유 에너지 장벽의 감소 모두에 기인된다. We also note that the repeated lithiation cycles (5, 10 and 20 cycles) yield CO2RR activity similar to that obtained after step V (FIG. 10). Figure 10a shows the current density of the 5, 10, and 20 lithiated / de-lithized cycled samples, and Figure 10b shows the Faraday efficiency of each product. The catalytic activity and selectivity of the products did not change significantly after repeated cyclization cycles. The partial current density of the C 2 + product and -0.9 V vs. The FE of the major CO 2 RR product obtained in RHE is shown as a function of the lithiation step in Figures 8c and 8d, respectively. The maximum current density for the C 2 + product is observed at d s = 5.2 Å (step III), which is approximately 12 times higher than the unmodified sample, while containing H 2 and CO, formate, and CH 4 The maximum current density of the C 1 product was reduced. The high current density is attributed to both the increased electrochemically active surface area and the reduction of the free energy barrier for CO 2 reduction.

상기 촉매 활성 및 선택도는 촉매 질량 로딩에 의존하므로, d s = 5 Å 내지 6 Å 인 CuOx를 사용하여 C2+ 생성물에 대한 선택도에 촉매 질량 로딩이 미치는 영향을 조사했다. 촉매는 유리질 탄소 기재 상에 50 μL 내지 250 μL의 촉매-함유 용액을 드롭-캐스팅(drop-casting)함으로써 제조되었다. C2 + 생성물들에 대한 측정된 활성 및 FE는 도 8e 및 도 11에 나타내었다. 도 11a는 20 mV·s-1의 스캔 속도에서 상이한 질량 로딩에 따른 샘플의 선형 스윕 전압전류법(sweep voltammetry)를 나타낸 것이며, 도 11b는 상이한 질량 로딩에 따른 -0.8 V 및 -0.9 V vs. RHE의 인가 전압에서의 크로노전류측정법(chronoamperometry) 동안의 샘플들의 전류 밀도를 나타낸 것이다. 도 11c 및 도 11d는 각각 -0.9 V vs. RHE에서 질량 로딩에 따른 기상 생성물 및 액상 생성물의 패러데이 효율을 나타낸 것이며, 도 11e 및 도 11f는 각각 -0.8 V vs. RHE에서 질량 로딩에 따른 기상 생성물 및 액상 생성물의 패러데이 효율을 나타낸 것이다. 도 11g는 -0.8 V 및 -0.9 V vs. RHE에서 상이한 질량 로딩에 따른 C2+ 생성물의 패러데이 효율을 나타낸 것이다. 도 8e는 또한 본 실시예의 Cu 촉매의 성능을 동일한 조건에서 작동되는 종래 기술의 Cu 촉매의 성능과 비교한 것이다. 이어서, 이들 촉매의 성능이 평가되었다 (도 12 및 도 13). 도 12a, 12b, 및 12c는 각각 20 mV·s-1의 스캔 속도에서 선형 스윕 전압전류법, 크로노전류측정법 동안의 전류 밀도, 및 인가 전압하에서 기상 생성물의 패러데이 효율을 나타낸 것이다. 도 12d는 인가된 전압에 따른 액상 생성물 각각의 패러데이 효율을 나타낸 것으로, formate와 CO에 대한 FE는 낮은 과전압에서 증가하는 것으로 나타났다. 도 13a는 2 분간 20 W의 산소 플라즈마 처리된 Cu 전극에 대해 20 mV·s-1의 스캔 속도에서 선형 스윕 전압전류법를 나타낸 것이며, 도 13b는 2 분 동안 20 W의 산소 플라즈마 처리 Cu 전극에 대한 전류 밀도를 나타낸 것이다. 도 13c 및 13d는 각각 인가된 전압에 따른 기상 생성물 및 액상 생성물의 패러데이 효율을 나타낸 것이다. 결과적으로, 산화물-유래 Cu 및 O2 플라즈마-처리된 Cu를 포함하는 종래 기술의 촉매의 C2+ 생성물의 FE는 이전에 보고된 것과 유사하였다.Since the catalytic activity and selectivity are dependent on catalyst mass loading, the effect of catalyst mass loading on the selectivity for C 2+ products was investigated using CuO x with d s = 5 Å to 6 Å. The catalyst was prepared by drop-casting 50 μL to 250 μL of the catalyst-containing solution on a glassy carbon substrate. The measured activity and FE for C &lt; 2 + & gt ; products are shown in Figures 8e and 11. 11A shows a linear sweep voltammetry of a sample with different mass loading at a scan rate of 20 mVs &lt; -1 & gt ;, and Fig. 11B shows a sweep voltammetry of -0.8 V and -0.9 V vs. a different mass loading. The current density of the samples during the chronoamperometry at the applied voltage of RHE is shown. 11C and 11D show -0.9 V vs. &lt; RTI ID = 0.0 &gt; RHE shows the Faraday efficiency of the gaseous and liquid products according to the mass loading, and Figs. 11E and 11F show -0.8 V vs. And the Faraday efficiency of the gaseous and liquid products according to mass loading in RHE. Fig. 11g shows -0.8 V and -0.9 V vs. vs.. Shows the Faraday efficiency of the C 2+ product with different mass loading in RHE. Figure 8E also compares the performance of the Cu catalyst of this example with the performance of a prior art Cu catalyst operating under the same conditions. The performance of these catalysts was then evaluated (Figures 12 and 13). Figures 12a, 12b and 12c show the linear sweep voltage current method, the current density during the chrono current measurement, and the Faraday efficiency of the gaseous product at an applied voltage, respectively, at a scan rate of 20 mV · s -1 . 12D shows the Faraday efficiency of each liquid product according to the applied voltage, and the FE for formate and CO increases at low overvoltage. 13A shows a linear sweep voltage and current method at a scan rate of 20 mVs &lt; -1 &gt; for a 20 W oxygen plasma treated Cu electrode for 2 minutes, and FIG. 13B shows a linear sweep voltage &lt; Current density. 13C and 13D show the Faraday efficiency of the gaseous and liquid products according to the applied voltage, respectively. As a result, the FE of the C 2+ product of the prior art catalyst comprising oxide-derived Cu and O 2 plasma-treated Cu was similar to that reported previously.

본 발명자들은 또한 도 8e에 나타낸 d s = 5 Å 내지 6 Å의 CuOx 성능은 최적 질량 로딩(100 μL, Cu 11.4 μg에 해당)이 C2+ 생성물에 대한 최대 FE - 78% 초과 및 약 75%의 1 시간 평균 FE-를 나타내는 것을 발견하였다. 결론적으로, 본 발명자들은 5 Å 내지 6 Å의 원자-수준 입자간 간격(atomic-scale interparticle spacings)을 형성함으로써 달성된 C2+ FE가 다른 기술에 의해 제조된 것들을 현저하게 초과한다고 결론지을 수 있다. We also found that CuO x performance of d s = 5 Å to 6 Å shown in FIG. 8 e shows that the optimum mass loading (100 μL, corresponding to 11.4 μg Cu) is greater than the maximum FE-78% for C 2+ products and about 75 % Of 1-hour average FE-. In conclusion, we can conclude that the C 2+ FE achieved by forming atomic-scale interparticle spacings of 5 Å to 6 Å significantly exceeds those produced by other techniques .

CO2RR 동안 C-C 커플링에 대한 반응성은 Cu 표면에서 CO의 결합 에너지와 일치한다. CO의 결합 에너지는 온도-프로그램화된 탈착(temperature-programmed desorption, TPD)에 의해 조사되었고, 그 결과는 도 14에 표시되어 있다. 상기 모든 리튬화된 샘플들에서, CO는 ~200 K의 비교적 높은 온도에서 탈착된 반면, 개질되지 않은 샘플로부터의 CO 탈착은 ~170 K에서 발생했다. d s = 5 Å 내지 6 Å(단계 III에서 제조됨)를 갖는 상기 리튬화된 샘플은 300 K에서 CO 탈착 피크를 나타내며, 다량의 CO가 방출된다 (도 15). 도 15a 및 도 15b는 각각 각 시료에서 탈착된 CO의 총량 및 200 K 및 300K에서 각 샘플의 탈착된 CO 총량의 비교를 나타낸 것이다. 도 15과 도 8c의 결과들의 비교는 CO가 탈착하는 피크 온도와 C2+ 생성물 형성을 위한 부분 전류 밀도 사이의 상관 관계를 명확하게 나타낸다. 본 발명자들은 또한 CO 탈착 온도와 C2+ 생성물을 형성하기 위한 부분 전류 밀도의 최대치가 d s = 5 Å 내지 6 Å 일 때 나타남을 알 수 있고, 이는 d s의 값이 촉매의 활성과 선택도에 영향을 준다는 것을 명확하게 나타낸다. 이러한 결과들은 도 1c에 제시된 DFT 계산과 완전히 일치하며, 이는 도 1c에서 d s = 5 Å 내지 6 Å에서 CO에 대한 가장 강한 결합 에너지를 나타내며, d s = 5 Å 내지 6 Å일 때 C-C 결합 형성 속도가 더 높아야 함을 예측한다. The reactivity for CC coupling during CO2RR is consistent with the binding energy of CO at the Cu surface. The binding energy of CO was investigated by temperature-programmed desorption (TPD), the results of which are shown in FIG. In all of the lithiated samples, CO was desorbed at a relatively high temperature of ~ 200 K, whereas CO desorption from unmodified samples occurred at ~ 170 K. The lithiated sample with d s = 5 A to 6 A (prepared in step III) shows a CO desorption peak at 300 K and a large amount of CO is released (FIG. 15). 15A and 15B show a comparison of the total amount of CO desorbed from each sample and the total amount of desorbed CO of each sample at 200 K and 300 K, respectively. A comparison of the results in Figures 15 and 8c clearly shows the correlation between the peak temperature at which CO is desorbed and the partial current density for C 2+ product formation. The inventors have also the maximum value of the partial current density for forming a CO desorption temperature and the C 2+ product can know the d s = 5 Å to about 6 Å appears one time, which is also active, and the selection of the value of d s catalyst Of the population. These results are also fully consistent with DFT calculations presented in Figure 1c, which shows the strongest binding energy for CO in d s = 5 Å to about 6 Å in Figure 1c, formation CC bond when d s = 5 Å to about 6 Å It is predicted that the speed should be higher.

상기 모든 촉매 샘플들은 d s 외의 다른 파라미터가 CO2RR에 대한 Cu의 향상된 활성 및 선택도에 기여하는지 여부를 결정하기 위해 CO2RR 이후에 특성 분석되었다. ex-situ TEM을 통해 CO2RR 이후의 형태 변화가 모든 샘플에서 없음을 확인하였다. 마찬가지로, d s의 크기는 CO2RR이후에도 비교적 일정하게 유지되었다. d s의 안정성은 인가된 전위에서 수 시간 동안 관찰된 전류 밀도의 안정성에도 반영된다 (도 16). CO2RR에 대한 Cu의 활성 및 선택도에 대한 Cu 산화 상태 및 부표면 산소의 중요성을 고려하여, 본 발명자들은 상기 촉매의 CO2RR에 대한 사용 후 산화 상태를 평가했다. 본 발명자들은 XRD에 의해 -0.9 V vs. RHE의 전위를 인가하여 CuOx가 즉시 금속 Cu로 환원되는 것을 관찰했으며, 이것은 금속성 Cu에서 CO2RR이 발생함을 시사한다. 이러한 발견은 -0.9 V vs. RHE의 인가된 전위에 대해 얻어진 operando XAS 스펙트럼에 의해 확인되었다. 블랭크 샘플 및 단계 I 내지 V까지 리튬화된 샘플의 XANES 및 EXAFS 스펙트럼은 -0.9 V vs. RHE에서의 CO2 환원 이후 모든 샘플이 Cu의 초기 산화 상태에 관계없이 금속 구리 상으로 환원됨을 입증한다 (도 17). 도 17a는 operando XAS 분석 설정의 개략도이며, 도 17b 및 도 17c는 각각 -0.9 V vs. RHE의 환원 전위를 인가하여 제조된 리튬화된 샘플들의 operando XANES 스펙트럼 및 operando EXAFS 스펙트럼이다. 모든 샘플들이 -0.9 V vs. RHE의 인가 전위하에서 금속 Cu 상태로 환원되는 것이 밝혀졌으며, operando EXAFS 스펙트럼은 -0.9 V vs. RHE의 인가 전위하에서 Cu-O의 피크가 Cu-Cu 피크로 변환된 것을 입증하였다. 벌크 CuOx 상에 존재하지 않는 부표면 산소의 가능한 역할을 평가하기 위해, CO2RR 전후에 각 샘플에 대해 불활성 기체 하에서 ex-situ XPS 분석을 실시했다. 도 18에 나타낸 결과는 산화된 Cu 종(예: Cu+)이 CO2RR 동안 완전히 환원되고 CO2RR 이후 단지 소량의 부표면 산소만 남아있음을 입증한다 (CO2 환원 이전에 측정된 O 1s 신호의 <10%로 추정됨). 본 발명자들은 또한 C2+ 생성물에 대한 선택도의 경향이 d s 값과 상관이 있는 것과 같이 부표면 산소에 대한 O 1s 특성의 강도와 상관 관계가 없다는 것에 주목한다. 이것은 Cu 입자들 사이의 원자-수준 간격(atomic-scale space)이 본 발명자들이 관찰한 C-C 커플링에 대한 높은 선택도를 결정하는 데 결정적인 역할을 하며, 부표면 산소 및 산화된 Cu 종에 의한 촉매의 C2+ 선택도에 대한 기여도가 덜 중요하다는 것을 시사한다. 본 발명자들은 또한 불활성 기체 하에서 ex-situ XPS 분석에 의해 추정된 부표면 산소의 양이 상한 추정치이며, 고도로 환원하는 조건, 즉, < -0.9 V vs, RHE로 인해, 현재 CO2RR 조건 하에서 존재하는 양은 보다 적을 것임이 주목된다. 전해질로부터 Cu 전극을 제거하고, 물로 세척, 및 불활성 대기에서 건조(모두 시료를 공기에 노출시키지 않고 수행됨)함으로써 형성된 부표면 산소의 양을 추정하려는 시도가 있었지만, 이러한 프로토콜은 소량의 용존 산소(O2)와 심지어 물에 의한 표면 산화에 대한 Cu의 높은 순응성으로 인해 부표면 산소의 양을 과추정하는 경향이 있다.The catalyst samples were all analyzed characteristics after CO2RR to determine whether any parameter other than d s is contributing to the improved activity and selectivity of Cu to CO2RR. It was confirmed by ex-situ TEM that morphological changes after CO2RR were absent in all samples. Likewise, the size of d s remained relatively constant after CO2RR. The stability of d s is also reflected in the stability of the current density observed for several hours at the applied potential (Figure 16). Taking into account the Cu oxidation state and the importance of sub-surface oxygen for the activity and selectivity of Cu relative to the CO2RR, we have evaluated the post-use oxidation state of the catalyst for CO2RR. The present inventors have found that -0.9 V vs. XRD by XRD. By applying a potential of the RHE it was observed to be a CuO x reduction as soon as metal Cu, suggesting that the CO2RR occurs in the metallic Cu. These findings are -0.9 V vs. Was confirmed by the operando XAS spectrum obtained for the applied potential of RHE. The blank samples and the XANES and EXAFS spectra of the lithiated samples up to steps I through V show -0.9 V vs. vs.. It is demonstrated that all samples after CO 2 reduction in RHE are reduced to metallic copper phase regardless of the initial oxidation state of Cu (FIG. 17). FIG. 17A is a schematic diagram of the operando XAS analysis setup, and FIGS. 17B and 17C are -0.9 V vs. The operand XANES and operando EXAFS spectra of lithiated samples prepared by applying the reduction potential of RHE. All samples were rated at -0.9 V vs. RHE, and the operando EXAFS spectrum was reduced to -0.9 V vs.. It was confirmed that the peak of Cu-O was converted into the Cu-Cu peak under the application potential of RHE. To evaluate the possible role of minor surface oxygen not present on the bulk CuO x , an ex-situ XPS analysis was carried out under inert gas for each sample before and after the CO2RR. Results shown in Fig. 18 is longitudinal oxidized Cu: to demonstrate that the (for example, Cu +) is completely reduced during CO2RR remains only a small amount of sub-surface oxygen after CO2RR (CO 2 <10 of the O 1s signal measured before the reduction %). The present inventors also note that the tendency of selectivity for C 2+ products is not correlated with the intensity of the O 1s characteristic for the sub-surface oxygen, as it correlates with the value of d s . This is because the atomic-scale space between the Cu particles plays a crucial role in determining the high selectivity for the CC coupling observed by the present inventors, and the catalyst by the surface oxygen and oxidized Cu species Lt; RTI ID = 0.0 &gt; C 2+ &lt; / RTI &gt; selectivity is less important. We also estimate that the amount of surface-surface oxygen estimated by ex-situ XPS analysis under an inert gas is an upper bound estimate and that the amount present under the current CO2RR condition due to the highly reducing conditions, i.e., <-0.9 V vs RHE, It will be noted that it will be less. Although there has been an attempt to estimate the amount of surface oxygen formed by removing the Cu electrode from the electrolyte, washing with water, and drying in an inert atmosphere (both without the sample being exposed to air), this protocol requires a small amount of dissolved oxygen 2 ) and even high water affinity for Cu oxidation to surface oxidation.

상기 Cu의 촉매 특성에 영향을 줄 수 있는 또 다른 요소는 결정립 경계(grain boundary, GB)의 밀도이다. TEM 이미지 분석에 의해 결정된 GBs의 표면 밀도를 비교했으며, 본 발명자들은 단계 I과 II에서 GB 표면 밀도가 증가했지만, 상기 밀도는 단계 III에서 급격하게 감소함을 발견했다. 도 19에 요약된 예상 반응성 파라미터들의 경향은 C-C 커플링 활성의 거동은 표면적, GB, Cu의 산화 상태, 및 결손 산소 밀도의 거동과 일치하지 않고, 이중층 커패시턴스(capacitance)는 d s 의 값에 따라 동일한 결과만을 나타냈다 (d s = 0.5 Å 내지 0.6 Å에서 최대에 도달함). 즉, 본 실시예의 촉매의 C-C 커플링 활성이 GBs의 표면 밀도의 양과 상관 관계가 없음을 나타내며, 이는 d s의 크기가 CO2RR에서 Cu의 활성 및 선택도를 모두 제어하는 주요 요인이라는 결론에 도달한다. Another factor that can affect the catalytic properties of Cu is the density of grain boundaries (GB). The surface densities of the GBs determined by TEM image analysis were compared and we found that the GB surface density increased in steps I and II, but the density decreased sharply in step III. Trend is the behavior of the CC coupling activity does not correspond to the surface area, GB, oxidation states, and the behavior of the defect of oxygen density of Cu, double layer capacitance (capacitance) of the expected reactivity parameters are summarized in Figure 19, depending on the value of d s Only the same result was obtained ( d s = 0.5 to 0.6 A). That is, the CC coupling activity of the catalyst of this example shows no correlation with the amount of surface density of GBs, and it is concluded that the size of d s is a major factor controlling both the activity and selectivity of Cu in CO2RR .

본원에서 제시된 실험적 및 이론적 연구는 Cu 나노입자 사이의 층간 간격 (interlayer spacing, d s)의 원자-수준 제어가 CO2RR에 대한 높은 활성 및 C2+ 생성물 선택도를 달성하는 데 사용될 수 있다는 확실한 증거를 제공한다. 본 발명자들의 DFT 계산에 따르면 ~ 5 Å 내지 6 Å 떨어진 간격으로 평행한 Cu(100) 및 Cu(111) 표면들이 중요한 CO2RR 중간체의 최대 결합을 나타내어 C-C 결합 형성을 촉진한다는 것을 나타낸다. 이러한 간격은 CuOx 나노입자를 리튬화한 후 침적된 Li2O를 제거함으로써 생성될 수 있다. d s = 5 Å 내지 6 Å의 값을 갖는 Cu 나노입자는 리튬화없이 CuOx로부터 수득되는 Cu 입자에 비해 전류 밀도가 약 12 배 증가하고 78% 이상의 C2+ 생성물에 대한 패러데이 효율(Faradaic efficiency)을 수득하였다. Experimental and theoretical studies set forth herein are atoms of the interlayer spacing (interlayer spacing, d s) between the Cu nanoparticle-solid evidence that can be used to achieve the high activity and C 2+ product selectivity to a level control CO2RR to provide. Our DFT calculations show that Cu (100) and Cu (111) surfaces parallel to each other at intervals of ~ 5 Å to 6 Å exhibit maximum bonding of important CO2RR intermediates to promote CC bond formation. This spacing can be created by lithiating the CuO x nanoparticles and then removing the deposited Li 2 O. d s = 5 Å to Cu nanoparticles having a value of 6 Å is faraday efficiency for lithium than the Cu particles obtained from CuO x without screen current density is increased by about 12 times or more and 78% C 2+ product (Faradaic efficiency ).

전술한 본원의 예시는 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 반드시 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing examples of the present invention are illustrative of the present invention and that those skilled in the art can easily understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical ideas or essential features of the present invention will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all respects, and are not necessarily to be construed as limitations. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.

Claims (30)

원자-스케일 채널(atomic-scale channel)을 포함하는, 입자로서,
하나 이상의 상기 원자-스케일 채널이 상기 입자의 표면, 또는 표면과 내부에 형성되어 있는 것인,
입자.
A particle, comprising an atomic-scale channel,
Wherein at least one of said atomic-scale channels is formed on a surface of said particle,
particle.
제 1 항에 있어서,
상기 원자-스케일 채널의 폭이 1 nm 미만인 것인, 입자.
The method according to claim 1,
Wherein the width of the atomic-scale channel is less than 1 nm.
제 1 항에 있어서,
상기 입자에 포함된 상기 원자-스케일 채널의 내부 표면은 환원된 금속을 포함하는 것인, 입자.
The method according to claim 1,
Wherein the inner surface of the atomic-scale channel comprised in the particles comprises a reduced metal.
제 3 항에 있어서,
상기 입자에 있어서 상기 채널들 사이의 표면은 상기 환원된 금속을 포함하는 것인, 입자.
The method of claim 3,
Wherein the surface between the channels in the particle comprises the reduced metal.
제 1 항에 있어서,
상기 원자-스케일 채널의 폭이 7 Å 이하인 것인, 입자.
The method according to claim 1,
Wherein the width of the atomic-scale channel is 7 A or less.
제 1 항에 있어서,
상기 원자-스케일 채널의 폭이 5 Å 이상 내지 6 Å 이하인 것인, 입자.
The method according to claim 1,
Wherein the width of the atomic-scale channel is greater than or equal to 5 angstroms and less than or equal to 6 angstroms.
제 3 항에 있어서,
상기 입자에 포함되는 상기 원자-스케일 채널은 금속 화합물-함유 입자를 전기화학적 리튬화시킨 후 탈리튬화하는 것을 포함하는 공정에 의하여 형성되는 것이고, 상기 원자-스케일 채널의 내부 표면은 상기 리튬화 동안 상기 금속 화합물의 환원에 의하여 형성되는 환원된 상기 금속을 포함하는 것인, 입자.
The method of claim 3,
Wherein the atomic-scale channel included in the particles is formed by a process comprising electrochemically lithiating the metal compound-containing particles and then delignifying the inner surface of the atomic-scale channel, And the reduced metal formed by reduction of the metal compound.
제 7 항에 있어서,
상기 원자-스케일 채널의 폭의 크기는 상기 금속 화합물-함유 입자를 전기화학적 리튬화시키는 과정의 컷오프 전압에 의해 조절되는 것인, 입자.
8. The method of claim 7,
Wherein the magnitude of the width of the atomic-scale channel is controlled by the cutoff voltage of electrochemically lithiating the metal compound-containing particles.
제 3 항에 있어서,
상기 환원된 금속은 Mg, Al, Au, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, In, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, Ru, Sn, Ti, V, W, Zn, Sc, Y, Zr, Hf, Ta, Mn, Fe, Tc, 및 Re에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속을 포함하는 것인, 입자.
The method of claim 3,
The reduced metal may be at least one selected from the group consisting of Mg, Al, Au, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, In, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, Ru, Sn, Ti, And at least one metal selected from Sc, Y, Zr, Hf, Ta, Mn, Fe, Tc and Re.
제 1 항에 있어서,
상기 원자-스케일 채널의 체적 밀도는 상기 입자의 단위 체적당 0.01 내지 0.2의 비율인 것인, 입자.
The method according to claim 1,
Wherein the volume density of said atomic-scale channel is in the range of 0.01 to 0.2 per unit volume of said particles.
제 1 항에 따른 원자-스케일 채널(atomic-scale channel)을 포함하는 입자를 포함하는, 촉매로서,
하나 이상의 상기 원자-스케일 채널이 상기 입자의 표면, 또는 표면과 내부에 형성되어 있는 것이고,
상기 입자에 포함된 상기 원자-스케일 채널의 내부 표면은 환원된 금속을 포함하는 것인,
촉매.
A catalyst comprising particles comprising an atomic-scale channel according to claim 1,
Wherein at least one of said atomic-scale channels is formed on the surface, or on the surface and inside of said particle,
Wherein the inner surface of the atomic-scale channel comprised in the particles comprises a reduced metal.
catalyst.
제 11 항에 있어서,
상기 입자에 있어서 상기 채널들 사이의 표면은 상기 환원된 금속을 포함하는 것인, 촉매.
12. The method of claim 11,
Wherein the surface between the channels in the particle comprises the reduced metal.
제 11 항에 있어서,
상기 원자-스케일 채널의 폭이 1 nm 미만인 것인, 촉매.
12. The method of claim 11,
Wherein the width of the atomic-scale channel is less than 1 nm.
제 11 항에 있어서,
상기 입자가 산소 원자-함유 물질의 환원용 촉매로서 작용하는 것인, 촉매.
12. The method of claim 11,
Wherein the particles serve as a catalyst for the reduction of the oxygen atom-containing material.
제 14 항에 있어서,
상기 산소 원자-함유 물질은 이산화탄소, 황 산화물(SOx), 또는 질소 산화물(NOx)을 포함하는 것인, 촉매.
15. The method of claim 14,
Wherein the oxygen atom-containing material comprises carbon dioxide, sulfur oxides (SO x ), or nitrogen oxides (NO x ).
제 14 항에 있어서,
상기 환원은 전기화학적 환원에 의하여 수행되는 것인, 촉매.
15. The method of claim 14,
Wherein the reduction is performed by electrochemical reduction.
제 11 항에 있어서,
상기 입자에 포함된 상기 원자-스케일 채널의 폭의 크기에 따라 상기 촉매의 활성, 선택도, 또는 활성 및 선택도가 조절되는 것인, 촉매.
12. The method of claim 11,
Wherein the activity, selectivity, or activity and selectivity of the catalyst is controlled by the magnitude of the width of the atomic-scale channel contained in the particles.
제 14 항에 있어서,
상기 촉매를 이용한 상기 환원 반응 전후에 상기 원자-스케일 채널의 폭의 크기가 일정하게 유지되는 것인, 촉매.
15. The method of claim 14,
Wherein the width of the atomic-scale channel before and after the reduction reaction with the catalyst is kept constant.
제 11 항에 있어서,
상기 원자-스케일 채널의 폭이 7 Å 이하인 것인, 촉매.
12. The method of claim 11,
Wherein the width of the atomic-scale channel is 7 A or less.
제 11 항에 있어서,
상기 원자-스케일 채널의 폭이 5 Å 이상 내지 6 Å 이하인 것인, 촉매.
12. The method of claim 11,
Wherein the width of the atomic-scale channel is greater than or equal to 5 angstroms and less than or equal to 6 angstroms.
제 11 항에 있어서,
상기 환원된 금속은 Mg, Al, Au, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, In, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, Ru, Sn, Ti, V, W, Zn, Sc, Y, Zr, Hf, Ta, Mn, Fe, Tc, 및 Re에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속을 포함하는 것인, 촉매.
12. The method of claim 11,
The reduced metal may be at least one selected from the group consisting of Mg, Al, Au, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, In, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, Ru, Sn, Ti, And at least one metal selected from Sc, Y, Zr, Hf, Ta, Mn, Fe, Tc and Re.
제 11 항에 있어서,
상기 원자-스케일 채널의 체적 밀도는 상기 입자의 단위 체적당 0.01 내지 0.2의 비율인 것인, 촉매.
12. The method of claim 11,
Wherein the volume density of said atomic-scale channel is in the range of 0.01 to 0.2 per unit volume of said particles.
제 15 항에 있어서,
상기 입자의 상기 원자-스케일 채널의 폭이 7 Å이하이고,
상기 입자를 촉매로서 이용하여 이산화탄소 환원에 의하여 생성되는 C2+ 이상의 탄화수소류 생성물에 대한 선택도가 상기 원자-스케일 채널이 없는 입자에 비하여 증가되는 것인, 촉매.
16. The method of claim 15,
The width of the atomic-scale channel of the particles is 7 A or less,
Wherein the selectivity to C 2+ or higher hydrocarbon products produced by carbon dioxide reduction using said particles as a catalyst is increased relative to particles without said atomic-scale channels.
제 23 항에 있어서,
상기 입자의 상기 원자-스케일 채널의 폭이 5 Å 이상 내지 6 Å이하인, 촉매.
24. The method of claim 23,
Wherein the width of the atomic-scale channel of the particles is greater than or equal to 5 angstroms and less than or equal to 6 angstroms.
금속 화합물-함유 입자를 전기화학적으로 리튬화시킨 후 탈리튬화시켜 상기 입자의 표면, 또는 표면과 내부에 하나 이상의 원자-스케일 채널을 형성하는 것을 포함하는, 제 1 항에 따른 원자-스케일 채널을 포함하는 입자의 제조 방법으로서,
상기 리튬화 정도를 조절함으로써 상기 원자-스케일 채널의 폭의 크기가 제어되고,
상기 리튬화 과정 동안 상기 금속 화합물의 표면, 또는 표면과 내부의 적어도 일부가 환원되어 상기 원자-스케일 채널이 형성되고, 상기 입자에 포함되는 상기 원자-스케일 채널의 내부 표면이 환원된 상기 금속을 포함하는 것인,
입자의 제조 방법.
An atomic-scale channel according to claim 1, comprising electrochemically litholytically latticing the metal compound-containing particles to form at least one atomic-scale channel on the surface, or on the surface, A method for producing particles comprising:
The magnitude of the width of the atomic-scale channel is controlled by controlling the degree of lithiation,
Wherein at least a portion of the surface or surface and interior of the metal compound is reduced during the lithiation process to form the atomic-scale channel, and the inner surface of the atomic-scale channel included in the particle comprises the reduced metal However,
/ RTI &gt;
제 25 항에 있어서,
상기 입자에 있어서 상기 채널들 사이의 표면은 상기 환원된 금속을 포함하는 것인, 입자의 제조 방법.
26. The method of claim 25,
Wherein the surface between the channels in the particle comprises the reduced metal.
제 25 항에 있어서,
상기 리튬화는 전기화학적 셀(cell)을 이용하여 정전류 및 0 V 초과 내지 3 V 이하의 컷-오프 전압을 인가하는 것을 포함하는 것인, 입자의 제조 방법.
26. The method of claim 25,
Wherein the lithiation comprises applying a constant current and an cut-off voltage between 0 V and 3 V or less using an electrochemical cell.
제 25 항에 있어서,
상기 입자에 포함되는 상기 원자-스케일 채널의 폭이 상기 전기화학적 리튬화 과정의 컷-오프 전압에 의해 조절되는 것인, 입자의 제조 방법.
26. The method of claim 25,
Wherein a width of the atomic-scale channel included in the particle is controlled by a cut-off voltage of the electrochemical lithiumation process.
제 25 항에 있어서,
상기 입자의 상기 원자-스케일 채널의 폭이 1 nm 미만으로 조절된 것인, 입자의 제조 방법.
26. The method of claim 25,
Wherein the width of the atomic-scale channel of the particle is adjusted to less than 1 nm.
제 25 항에 있어서,
상기 환원된 금속은 Mg, Al, Au, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, In, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, Ru, Sn, Ti, V, W, Zn, Sc, Y, Zr, Hf, Ta, Mn, Fe, Tc, 및 Re에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속을 포함하는 것인, 입자의 제조 방법.
26. The method of claim 25,
The reduced metal may be at least one selected from the group consisting of Mg, Al, Au, Ag, Cd, Co, Cr, Cu, In, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pd, Pt, Rh, Ru, Sn, Ti, , And at least one metal selected from Sc, Y, Zr, Hf, Ta, Mn, Fe, Tc and Re.
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WO2022203201A1 (en) * 2021-03-23 2022-09-29 한양대학교 산학협력단 Method for manufacturing core-shell structure by using rapid delithiation, core-shell structure manufactured thereby, and catalyst using same

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