CN106663818A - 载体‑纳米粒子复合物及其制备方法 - Google Patents

载体‑纳米粒子复合物及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106663818A
CN106663818A CN201580044404.3A CN201580044404A CN106663818A CN 106663818 A CN106663818 A CN 106663818A CN 201580044404 A CN201580044404 A CN 201580044404A CN 106663818 A CN106663818 A CN 106663818A
Authority
CN
China
Prior art keywords
particle
carrier
nano
hollow
carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201580044404.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106663818B (zh
Inventor
金相勋
赵俊衍
金洸贤
方晸业
黄教贤
崔兰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Chem Ltd
LG Corp
Original Assignee
LG Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Chemical Co Ltd filed Critical LG Chemical Co Ltd
Publication of CN106663818A publication Critical patent/CN106663818A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106663818B publication Critical patent/CN106663818B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/663—Selection of materials containing carbon or carbonaceous materials as conductive part, e.g. graphite, carbon fibres
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9075—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H01M4/9083—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9041—Metals or alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8803—Supports for the deposition of the catalytic active composition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8842—Coating using a catalyst salt precursor in solution followed by evaporation and reduction of the precursor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9075—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H01M4/926—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/023—Porous and characterised by the material
    • H01M8/0241—Composites
    • H01M8/0245—Composites in the form of layered or coated products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • H01M8/1041—Polymer electrolyte composites, mixtures or blends
    • H01M8/1055—Inorganic layers on the polymer electrolytes, e.g. inorganic coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

本申请涉及一种载体‑纳米粒子复合物及其制备方法。更具体地，本申请提供一种载体‑纳米粒子复合物及其制备方法，以及包含所述载体‑纳米粒子复合物的催化剂，所述载体‑纳米粒子复合物包括：一个以上中空金属纳米粒子，所述中空金属纳米粒子包括中空核和包围该中空核的壳部分；以及负载所述中空金属纳米粒子的碳基载体，其中，所述载体表面的至少一部分涂布有含有一个以上胺基的聚合物电解质。

Description

载体-纳米粒子复合物及其制备方法
技术领域
本申请要求于2014年8月19日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2014-0107953的优先权和权益，该申请的全部内容通过引用并入本文中。
本说明书涉及一种载体-纳米粒子复合物及其制备方法。
背景技术
炭黑通常用作燃料电池催化剂的载体。然而，当炭黑用作载体时，由于碳的腐蚀而产生耐久性的问题。
为了缓解该问题，已经积极地进行了对具有较高的耐腐蚀性的结晶碳形式的碳纳米管(CNT)、碳纳米纤维(CNF)和碳纳米笼(CNC)等的研究。然而，这些结晶碳形式存在的问题是，由于其较强的表面疏水性，这些碳形式在极性溶剂中不能很好地分散。由于这个原因，存在的问题是，在将铂负载至碳载体的过程中，铂发生聚集而未均匀地分散。
[引用列表]
韩国专利申请官方公报特许公开号：10-2005-0098818
发明内容
技术问题
本说明书提供一种载体-纳米粒子复合物及其制备方法。
技术方案
本说明书的一个示例性实施方案提供一种载体-纳米粒子复合物，包括：一个以上中空金属纳米粒子，所述中空金属纳米粒子包括中空核和包围该中空核的壳部分；以及其上负载所述中空金属纳米粒子的碳基载体，其中，所述载体的表面的至少一部分涂布有含有一个以上胺基的聚合物电解质。
本说明书的一个示例性实施方案提供一种所述载体-纳米粒子复合物的制备方法，该制备方法包括：载体涂布步骤，用含有一个以上胺基的聚合物电解质涂布碳基载体的表面的至少一个区域；溶液形成步骤，通过向溶剂中添加上述碳基载体和两种以上的金属前体来形成溶液；以及纳米粒子形成步骤，通过向上述溶液中添加还原剂来形成一个以上负载在上述载体上的中空金属纳米粒子。
本说明书的一个示例性实施方案提供一种包含所述载体-纳米粒子复合物的催化剂。
有益效果
根据本说明书的一个示例性实施方案的载体-纳米粒子复合物具有纳米粒子的分散性优异的优点。
根据本说明书的一个示例性实施方案的载体-纳米粒子复合物具有热稳定性优异的优点。
根据本说明书的一个示例性实施方案的载体-纳米粒子复合物包含尺寸均匀的中空金属纳米粒子，因此可以表现出均匀的性能。
根据本说明书的一个示例性实施方案的载体-纳米粒子复合物的制备方法可以通过简单地工艺制备，因此具有可以降低时间和成本的优点。
根据本说明书的一个示例性实施方案的载体-纳米粒子复合物的制备方法由于可以不使用有机溶剂，因此可以解决环境污染和成本高的问题。
附图说明
图1示出了根据实施例1的载体-纳米粒子复合物的透射电镜(TEM)图；
图2示出了在Ar气氛下在400℃下经热处理1小时之后，根据实施例1的载体-纳米粒子复合物的透射电镜(TEM)图；
图3示出了根据比较例1的载体-纳米粒子复合物的透射电镜(TEM)图；
图4示出了在Ar气氛下在400℃下经热处理1小时之后，根据比较例1的载体-纳米粒子复合物的透射电镜(TEM)图；
图5示出了根据实施例1的载体-纳米粒子复合物的能量色散X射线光谱(EDS)的测定范围(用箭头标记示出)；
图6示出了在图5中的EDS测定范围内的EDS测定结果。
具体实施方式
在本说明书中，当一个部分“包含”一个组成要素时，除非另外特别描述，否则这并不表示排除另外的组成要素，而是表示还可以包含另外的组成要素。
下文中，将更详细地描述本说明书。
本说明书的一个示例性实施方案提供一种载体-纳米粒子复合物，包括：一个以上中空金属纳米粒子，所述中空金属纳米粒子包括中空核和包围该中空核的壳部分；以及其上负载所述中空金属纳米粒子的碳基载体，其中，所述载体的表面的至少一部分涂布有含有一个以上胺基的聚合物电解质。
根据本说明书的一个示例性实施方案的载体-纳米粒子复合物可以是催化剂。
根据本说明书的一个示例性实施方案，至少一个中空金属纳米粒子可以键合至聚合物电解质的胺基，从而负载在碳基载体上。
根据本说明书的一个示例性实施方案的载体-纳米粒子复合物，可以通过用含有胺基的聚合物电解质涂布载体的表面的区域来诱导胺基与中空金属纳米粒子键合。因此，可以减轻中空金属纳米粒子的聚集现象，从而提高中空纳米粒子的分散性。
根据本说明书的一个示例性实施方案，碳基载体的表面的50％至100％可以涂布有聚合物电解质。具体地，根据本说明书的一个示例性实施方案，碳基载体的表面的75％至100％可以涂布有聚合物电解质。
本说明书的聚合物电解质可以指具有电荷的聚合物。具体地，聚合物电解质可以是具有电荷的合成聚合物或离子交换树脂。
根据本说明书的一个示例性实施方案，中空金属纳米粒子的壳部分可以包含两种以上金属。具体地，根据本说明书的一个示例性实施方案，中空金属纳米粒子的壳部分可以由两种或三种金属的合金作为主要成分构成。然而，除了两种以上金属之外，中空金属纳米粒子的壳部分还可以包含杂质。
另外，根据本说明书的一个示例性实施方案，中空金属纳米粒子不包含金属氧化物作为主要成分。
根据本说明书的一个示例性实施方案，壳部分可以包含第一金属和第二金属，并且第二金属的还原电位可以低于第一金属的还原电位。由于第一金属与第二金属之间的还原电位的差异，会发生电化学取代反应，因此，可以顺利地形成纳米粒子的中空。
根据本说明书的一个示例性实施方案，第一金属可以是诸如Pt、Pd或Au的贵金属，第二金属可以是还原电位比第一金属的还原电位更低的金属。此外，根据本说明书的一个示例性实施方案，第二金属可以是铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、锡(Sn)或铜(Cu)。
根据本说明书的一个示例性实施方案，中空金属纳米粒子的平均粒径可以为30nm以下。具体地，根据本说明书的一个示例性实施方案，中空金属纳米粒子的平均粒径可以为20nm以下。此外，根据本说明书的一个示例性实施方案，中空金属纳米粒子的平均粒径可以为15nm以下。根据本说明书的一个示例性实施方案，中空金属纳米粒子的平均粒径可以为10nm以下。
根据本说明书的一个示例性实施方案，中空金属纳米粒子的平均粒径可以为1nm至5nm。
根据本说明书的一个示例性实施方案的载体-纳米粒子复合物包含尺寸均匀的中空金属纳米粒子，因此可以表现出均匀的性能。
根据本说明书的一个示例性实施方案，中空金属纳米粒子的平均粒径是指通过使用图形软件(MAC-View)测量200个以上中空金属纳米粒子的直径，并通过得到的统计分布来测定平均粒径而得到的值。
根据本说明书的一个示例性实施方案，中空金属纳米粒子的粒径可以为30nm以下。具体地，根据本说明书的一个示例性实施方案，中空金属纳米粒子的粒径可以为20nm以下。此外，根据本说明书的一个示例性实施方案，中空金属纳米粒子的粒径可以为15nm以下。根据本说明书的一个示例性实施方案，中空金属纳米粒子的粒径可以为10nm以下。
根据本说明书的一个示例性实施方案，中空金属纳米粒子的粒径可以为1nm以上或5nm以上。
根据本说明书的一个示例性实施方案，中空金属纳米粒子可以为球形。具体地，中空金属纳米粒子的壳部分的形状可以是包括中空核的球形。
本说明书的球形不仅是指完美的球形，而且可以包括大致球形的形状。例如，在中空金属纳米粒子中，具有球形的外表面可以不光滑，并且一个纳米粒子的曲率半径可以不恒定。
在本说明书中，中空是指中空金属纳米粒子的核部分是空的。此外，中空可以用作与中空核相同的含义。
根据本说明书的一个示例性实施方案，中空金属纳米粒子的中空的体积可以为中空金属纳米粒子的总体积的10％至90％。
根据本说明书的一个示例性实施方案，中空金属纳米粒子的壳部分可以包含选自铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、钼(Mo)、锇(Os)、铱(Ir)、铼(Re)、钯(Pd)、钒(V)、钨(W)、钴(Co)、铁(Fe)、硒(Se)、镍(Ni)、铋(Bi)、锡(Sn)、铬(Cr)、钛(Ti)、金(Au)、铈(Ce)、银(Ag)和铜(Cu)中的两种以上的金属。
根据本说明书的一个示例性实施方案，聚合物电解质可以包括聚丙烯胺盐酸盐(PAH)类物质。
根据本说明书的一个示例性实施方案，一半以上的中空金属纳米粒子可以在200℃以上的温度下保持中空结构。
根据本说明书的一个示例性实施方案的载体-纳米粒子复合物，键合至胺基的中空金属纳米粒子表现出热稳定性提高的效果。具体地，根据本说明书的一个示例性实施方案，一半以上的中空金属纳米粒子可以在200℃以上或者300℃以上的温度下保持中空结构。
另外，根据本说明书的一个示例性实施方案，中空金属纳米粒子可以在800℃以下的温度下保持中空结构。此外，根据本说明书的一个示例性实施方案，中空金属纳米粒子可以在600℃以下或者500℃以下的温度下保持中空结构。
根据本说明书的一个示例性实施方案，一半以上的中空金属纳米粒子保持中空结构的极限温度可以是800℃。或者，根据本说明书的一个示例性实施方案，一半以上的中空金属纳米粒子保持中空结构的极限温度可以是600℃或500℃。
根据本说明书的一个示例性实施方案，碳基载体可以包括选自炭黑、碳纳米管(CNT)、石墨、石墨烯、活性炭、介孔碳、碳纤维和碳纳米线中的一种以上。
根据本说明书的一个示例性实施方案，基于载体-纳米粒子复合物，中空纳米粒子的含量可以为5重量％至60重量％。具体地，根据本说明书的一个示例性实施方案，基于载体-纳米粒子复合物，中空纳米粒子的含量可以为5重量％至50重量％。
当中空纳米粒子的含量超出该范围时，中空纳米粒子中会产生聚集现象，从而导致性能劣化。
本说明书的一个示例性实施方案提供一种所述载体-纳米粒子复合物的制备方法，该制备方法包括：载体涂布步骤，用含有一个以上胺基的聚合物电解质涂布碳基载体的表面的至少一个区域；溶液形成步骤，通过向溶剂中添加上述碳基载体和两种以上的金属前体来形成溶液；以及纳米粒子形成步骤，通过向上述溶液中添加还原剂来形成一个以上负载在上述载体上的中空金属纳米粒子。
根据本说明书的一个示例性实施方案的载体-纳米粒子复合物的制备方法可以通过简单的工艺制备，因此具有可以降低时间和成本的优点。
根据本说明书的一个示例性实施方案，载体涂布步骤可以包括搅拌包含含有一个以上胺基的聚合物电解质和碳基载体的水溶液的过程。
根据本说明书的一个示例性实施方案，在溶液形成步骤中的溶液还可以包含封端剂。根据本说明书的一个示例性实施方案，封端剂可以是柠檬酸三钠。
根据本说明书的一个示例性实施方案，金属前体可以包括第一金属前体和第二金属前体，并且第一金属前体与第二金属前体的摩尔比例可以为1:1至1:5。具体地，第一金属前体与第二金属前体的摩尔比例可以为1:2至1:4。
当第一金属前体与第二金属前体的摩尔比例超出该范围时，会出现不能良好地形成中空金属纳米粒子的问题。
根据本说明书的一个示例性实施方案，第一金属前体的含量可以为0.1mM至2mM，第二金属前体的含量可以为0.1mM至4mM。
根据本说明书的一个示例性实施方案，还原剂可以是标准还原电位为-0.23V以下，特别是-4V至-0.23V的强还原剂。此外，对还原剂没有特别地限制，只要该还原剂具有能够使溶解的金属离子还原以使金属离子作为金属粒子沉淀的还原能力即可。
根据本说明书的一个示例性实施方案，还原剂可以是选自NaBH4、NH2NH2、LiAlH4和LiBEt3H中的至少一种。
根据本说明书的一个示例性实施方案，在溶液形成步骤中的溶剂可以包括水。具体地，根据本说明书的一个示例性实施方案，在溶液形成步骤中，溶液可以是水溶液。
合成金属纳米粒子的方法的实例包括通过使用还原剂使溶液中的金属离子还原的方法、使用γ射线合成金属纳米粒子的方法以及电化学方法等，但是在现有方法中，难以合成具有均匀的尺寸和形状的纳米粒子，或者由于各种原因，例如通过使用有机溶剂引起的环境污染和高成本等问题，因而难以经济地大规模地生产高质量的纳米粒子。相反，根据本说明书的一个示例性实施方案的载体-纳米粒子复合物的制备方法由于可以不使用有机溶剂，因此可以解决环境污染和高成本的问题。
根据本说明书的一个示例性实施方案，纳米粒子形成步骤可以是在10℃至80℃的气氛下添加还原剂。具体地，根据本说明书的一个示例性实施方案，纳米粒子形成可以是在50℃至80℃的气氛下添加还原剂。
本说明书的一个示例性实施方案提供一种包含所述载体-纳米粒子复合物的催化剂。
根据本说明书的一个示例性实施方案的载体-纳米粒子复合物可以用于在通常使用纳米粒子的领域中替代现有的纳米粒子。
根据本说明书的一个示例性实施方案的载体-纳米粒子复合物具有比现有技术中的纳米粒子小得多的尺寸和更广的比表面积，因此可以表现出比现有技术中的纳米粒子更好的活性。具体地，根据本说明书的一个示例性实施方案的载体-纳米粒子复合物可以用于各种领域，例如催化剂、药物递送和气体传感器。具体地，根据本说明书的一个示例性实施方案的载体-纳米粒子复合物也可以用作催化剂，或者用作化妆品、杀虫剂、动物营养素或食品补充剂中的活性材料制剂，并且还可以用作电子产品、光学元件或聚合物中的颜料。
下文中，将参照用于具体描述本说明书的实施例来详细地描述本说明书。然而，可以对根据本说明书的实施例进行各种形式的修改，并且不应理解为本说明书的范围局限于下面描述的实施例。提供本说明书的实施例以向本领域的普通技术人员更完整地说明本说明书。
[实施例1]
将0.05mmol的作为第一金属前体的K2PtCl4、0.1mmol的作为第二金属前体的NiCl2、0.5mmol的柠檬酸三钠和用聚丙烯胺盐酸盐(PAH)处理过的碳添加到100ml的蒸馏水中形成溶液，将该溶液搅拌30分钟。将溶液加热至70℃后，向溶液中添加溶解在5ml蒸馏水中的0.5mmol的还原剂NaBH4，并将得到的混合物反应2小时以上。随后，将溶液在14,000rpm下离心20分钟，然后将弃去上层上清液之后剩余的沉淀物在20ml的蒸馏水中再分散，之后再次重复离心过程以制备碳载体-纳米粒子复合物。
根据实施例1的载体-纳米粒子复合物的透射电镜(TEM)图示于图1中。
为了测定根据实施例1的载体-纳米粒子复合物的高温稳定性，在Ar气氛下在400℃下经热处理1小时，热处理之后的透射电镜(TEM)图示于图2中。
从图2的图片可以确认，在热处理之后，根据实施例1的载体-纳米粒子复合物的大部分保持中空结构。
在根据实施例1的载体-纳米粒子复合物中，通过使用能量色散X射线光谱(EDS)确认了PAH的胺基键合至中空金属纳米粒子。具体地，图5示出了根据实施例1的载体-纳米粒子复合物的能量色散X射线光谱(EDS)的测定范围(用箭头标记示出)。此外，图6示出了在图5中的EDS测定范围内的EDS测定结果。
在图6中可以确认，胺基的N分布在碳载体的表面上，并且中空金属纳米粒子的Pt和Ni分布在相同的位置。由此，可以确认，在根据实施例1的载体-纳米粒子复合物中，PAH的胺基键合至中空金属纳米粒子，从而将中空金属纳米粒子负载在碳载体的表面上。
[比较例1]
将0.05mmol的作为第一金属前体的K2PtCl4、0.15mmol的作为第二金属前体的CoCl2、0.5mmol的柠檬酸三钠和酸处理过的碳添加到40ml的蒸馏水中形成溶液，将该溶液搅拌30分钟。将溶液加热至60℃后，向溶液中添加溶解在5ml蒸馏水中的0.5mmol的还原剂NaBH4，并将得到的混合物反应2小时以上。随后，将溶液在14,000rpm下离心20分钟，然后将弃去上层上清液之后剩余的沉淀物在20ml的蒸馏水中再分散，之后再次重复离心过程以制备碳载体-纳米粒子复合物。
根据比较例1的载体-纳米粒子复合物的透射电镜(TEM)图示于图3中。
为了测定根据比较例1的载体-纳米粒子复合物的高温稳定性，在Ar气氛下在400℃下经热处理1小时，热处理之后的透射电镜(TEM)图示于图4中。
从图4的图片可以确认，在热处理之后，在根据比较例1的载体-纳米粒子复合物中，复合物的中空结构的大部分被破坏，因此，纳米粒子的内部被填充。

Claims (19)

1.一种载体-纳米粒子复合物，包括：
一个以上中空金属纳米粒子，所述中空金属纳米粒子包括中空核和包围该中空核的壳部分；以及
其上负载所述中空金属纳米粒子的碳基载体，
其中，所述载体的表面的至少一部分涂布有含有一个以上胺基的聚合物电解质。
2.根据权利要求1所述的载体-纳米粒子复合物，其中，至少一个所述中空金属纳米粒子键合至所述聚合物电解质的胺基，从而负载在所述碳基载体上。
3.根据权利要求1所述的载体-纳米粒子复合物，其中，所述中空金属纳米粒子的壳部分包含两种以上金属。
4.根据权利要求1所述的载体-纳米粒子复合物，其中，所述壳部分包含第一金属和第二金属，并且所述第二金属的还原电位低于所述第一金属的还原电位。
5.根据权利要求1所述的载体-纳米粒子复合物，其中，所述中空金属纳米粒子的平均粒径为30nm以下。
6.根据权利要求1所述的载体-纳米粒子复合物，其中，所述中空金属纳米粒子为球形。
7.根据权利要求1所述的载体-纳米粒子复合物，其中，所述中空金属纳米粒子的中空的体积为所述中空金属纳米粒子的总体积的10％至90％。
8.根据权利要求1所述的载体-纳米粒子复合物，其中，所述中空金属纳米粒子的壳部分包含选自铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、钼(Mo)、锇(Os)、铱(Ir)、铼(Re)、钯(Pd)、钒(V)、钨(W)、钴(Co)、铁(Fe)、硒(Se)、镍(Ni)、铋(Bi)、锡(Sn)、铬(Cr)、钛(Ti)、金(Au)、铈(Ce)、银(Ag)和铜(Cu)中的两种以上的金属。
9.根据权利要求1所述的载体-纳米粒子复合物，其中，所述聚合物电解质包括聚丙烯胺盐酸盐(PAH)类物质。
10.根据权利要求1所述的载体-纳米粒子复合物，其中，一半以上的所述中空金属纳米粒子在200℃以上的温度下保持中空结构。
11.根据权利要求1所述的载体-纳米粒子复合物，其中，所述碳基载体包括选自炭黑、碳纳米管(CNT)、石墨、石墨烯、活性炭、介孔碳、碳纤维和碳纳米线中的一种以上。
12.根据权利要求1所述的载体-纳米粒子复合物，其中，基于所述载体-纳米粒子复合物，所述中空纳米粒子的含量为5重量％至60重量％。
13.一种权利要求1至12中的任意一项所述的载体-纳米粒子复合物的制备方法，该制备方法包括：
载体涂布步骤，用含有一个以上胺基的聚合物电解质涂布碳基载体的表面的至少一个区域；
溶液形成步骤，通过向溶剂中添加上述碳基载体和两种以上的金属前体来形成溶液；以及
纳米粒子形成步骤，通过向上述溶液中添加还原剂来形成一个以上的负载在上述载体上的中空金属纳米粒子。
14.根据权利要求13所述的制备方法，其中，所述载体涂布步骤包括搅拌包含含有一个以上胺基的聚合物电解质和碳基载体的水溶液的过程。
15.根据权利要求13所述的制备方法，其中，在所述溶液形成步骤中，所述溶液还包含封端剂。
16.根据权利要求13所述的制备方法，其中，所述金属前体包括第一金属前体和第二金属前体，并且所述第一金属前体与所述第二金属前体的摩尔比例为1:1至1:5。
17.根据权利要求13所述的制备方法，其中，在所述溶液形成步骤中，所述溶剂包括水。
18.根据权利要求13所述的制备方法，其中，所述纳米粒子形成步骤是在10℃至80℃的气氛下添加所述还原剂。
19.一种包含权利要求1至12中的任意一项所述的载体-纳米粒子复合物的催化剂。
CN201580044404.3A 2014-08-19 2015-08-18 载体-纳米粒子复合物及其制备方法 Active CN106663818B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140107953A KR101851424B1 (ko) 2014-08-19 2014-08-19 담체-나노입자 복합체 및 이의 제조방법
KR10-2014-0107953 2014-08-19
PCT/KR2015/008623 WO2016028065A1 (ko) 2014-08-19 2015-08-18 담체-나노입자 복합체 및 이의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106663818A true CN106663818A (zh) 2017-05-10
CN106663818B CN106663818B (zh) 2019-09-06

Family

ID=55350951

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580044404.3A Active CN106663818B (zh) 2014-08-19 2015-08-18 载体-纳米粒子复合物及其制备方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10497940B2 (zh)
KR (1) KR101851424B1 (zh)
CN (1) CN106663818B (zh)
WO (1) WO2016028065A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108356279A (zh) * 2018-03-09 2018-08-03 华中科技大学 一种空心金纳米材料的制备方法
CN108987757A (zh) * 2018-08-17 2018-12-11 佛山皖和新能源科技有限公司 一种微生物燃料电池阳极材料的制备方法
CN113611887A (zh) * 2021-08-04 2021-11-05 北京航空航天大学 一种低铂载量耐碳腐蚀燃料电池催化剂的制备方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102096130B1 (ko) * 2016-05-02 2020-04-01 주식회사 엘지화학 담체-나노입자 복합체, 이를 포함하는 촉매 및 이의 제조방법
KR102202909B1 (ko) 2016-11-21 2021-01-14 주식회사 엘지화학 3d 프린팅용 조성물
KR102093969B1 (ko) 2017-08-31 2020-03-26 주식회사 엘지화학 중공형 구조체의 제조방법
KR102191155B1 (ko) * 2017-09-27 2020-12-15 주식회사 엘지화학 연료전지용 촉매의 제조방법
CN111600040B (zh) * 2020-06-12 2021-07-09 南京师范大学 一种三维多孔Rh-Ir合金枝晶纳米花的制备方法及其所得材料和应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1672796A (zh) * 2004-03-23 2005-09-28 三星Sdi株式会社 载体上的催化剂及其制备方法
WO2014104805A1 (ko) * 2012-12-27 2014-07-03 주식회사 엘지화학 담체에 담지된 중공 금속 나노입자

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100601101B1 (ko) 2005-09-23 2006-07-19 주식회사 엘지화학 연료전지용 백금 전극촉매의 제조방법
JP5294235B2 (ja) * 2006-05-25 2013-09-18 日産自動車株式会社 電極材料
US9247657B2 (en) * 2006-11-09 2016-01-26 The Wiremold Company Electrical pop out device with electrical outlets and/or USB ports
EP2246924B1 (en) * 2008-01-28 2015-10-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell electrode catalyst, method for manufacturing the same, and solid polymer type fuel cell using the same
KR101340984B1 (ko) * 2012-01-06 2013-12-12 부산대학교 산학협력단 연료전지용 백금 합금 촉매의 제조방법, 이를 이용하는 연료전지용 전극 및 이를 포함하는 연료전지
US9735432B2 (en) 2012-05-11 2017-08-15 Lg Chem, Ltd. Method for fabricating core-shell particles supported on carrier and core-shell particles supported on carrier fabricated by the same
KR101458068B1 (ko) 2012-10-24 2014-11-06 한국과학기술연구원 백금-니켈 합금을 포함하는 중공형 나노입자, 이를 포함하는 연료전지용 전극촉매 및 이의 제조방법
US9440224B2 (en) * 2012-12-18 2016-09-13 Umicore Ag & Co. Kg Catalyst particles comprising hollow multilayered base metal-precious metal core/shell particles and method of their manufacture
US10018583B2 (en) * 2013-03-21 2018-07-10 Cornell University Carbon material supported hollow metal oxide nanoparticles, methods and applications
EP3398221B1 (en) * 2015-12-30 2021-07-21 Robert Bosch GmbH Metal oxide cathode

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1672796A (zh) * 2004-03-23 2005-09-28 三星Sdi株式会社 载体上的催化剂及其制备方法
WO2014104805A1 (ko) * 2012-12-27 2014-07-03 주식회사 엘지화학 담체에 담지된 중공 금속 나노입자

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108356279A (zh) * 2018-03-09 2018-08-03 华中科技大学 一种空心金纳米材料的制备方法
CN108987757A (zh) * 2018-08-17 2018-12-11 佛山皖和新能源科技有限公司 一种微生物燃料电池阳极材料的制备方法
CN108987757B (zh) * 2018-08-17 2020-12-15 刘伟萍 一种微生物燃料电池阳极材料的制备方法
CN113611887A (zh) * 2021-08-04 2021-11-05 北京航空航天大学 一种低铂载量耐碳腐蚀燃料电池催化剂的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016028065A1 (ko) 2016-02-25
US20170279124A1 (en) 2017-09-28
US10497940B2 (en) 2019-12-03
KR101851424B1 (ko) 2018-04-25
KR20160022156A (ko) 2016-02-29
CN106663818B (zh) 2019-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106663818B (zh) 载体-纳米粒子复合物及其制备方法
Shao et al. Platinum group nanowires for efficient electrocatalysis
Feng et al. N-doped graphene layers encapsulated NiFe alloy nanoparticles derived from MOFs with superior electrochemical performance for oxygen evolution reaction
CN104220168B (zh) 制备负载在载体上的核壳粒子的方法和由此制得的负载在载体上的核壳粒子
Luo et al. Synthesis and characterization of monolayer-capped PtVFe nanoparticles with controllable sizes and composition
CN103945960B (zh) 中空金属纳米粒子
Lim et al. Synthesis of platinum cubes, polypods, cuboctahedrons, and raspberries assisted by cobalt nanocrystals
KR101770010B1 (ko) 금속 미립자 담지 촉매체 및 그 이용
Shen et al. Morphology-controlled synthesis of palladium nanostructures by sonoelectrochemical method and their application in direct alcohol oxidation
Li et al. Thermal decomposition synthesis of functionalized PdPt alloy nanodendrites with high selectivity for oxygen reduction reaction
Yang et al. In situ construction of Co-MoS2/Pd nanosheets on polypyrrole-derived nitrogen-doped carbon microtubes as multifunctional catalysts with enhanced catalytic performance
Liu et al. Clean synthesis of an economical 3D nanochain network of PdCu alloy with enhanced electrocatalytic performance towards ethanol oxidation
Zhang et al. Seed‐mediated synthesis of Au nanocages and their electrocatalytic activity towards glucose oxidation
Kuai et al. A General and High‐Yield Galvanic Displacement Approach to Au M (M= Au, Pd, and Pt) Core–Shell Nanostructures with Porous Shells and Enhanced Electrocatalytic Performances
KR101807919B1 (ko) 담체-나노입자 복합체, 이의 제조방법, 및 이를 포함하는 촉매
Yang et al. Synthesis and immobilization of Pt nanoparticles on amino-functionalized halloysite nanotubes toward highly active catalysts
Lu et al. Composition-and structure-tunable gold–cobalt nanoparticles and electrocatalytic synergy for oxygen evolution reaction
Naresh et al. Tailoring multi-metallic nanotubes by copper nanowires with platinum and gold via galvanic replacement route for the efficient methanol oxidation reaction
Manivannan et al. Hematite/M (M= Au, Pd) catalysts derived from a double-hollow Prussian blue microstructure: simultaneous catalytic reduction of o-and p-nitrophenols
Kaloti et al. Sustainable Catalytic Activity of Ag-Coated Chitosan-Capped γ-Fe2O3 Superparamagnetic Binary Nanohybrids (Ag-γ-Fe2O3@ CS) for the Reduction of Environmentally Hazardous Dyes A Kinetic Study of the Operating Mechanism Analyzing Methyl Orange Reduction
Pramanik et al. Metal-based nanomaterials and their polymer nanocomposites
Woo et al. Shape and composition control of monodisperse hybrid Pt-CoO nanocrystals by controlling the reaction kinetics with additives
KR101890463B1 (ko) 중공 금속 나노입자의 제조방법 및 이에 의해 제조된 중공 금속 나노입자
Villaverde-Cantizano et al. Reducing Agents in Colloidal Nanoparticle Synthesis–an Introduction
KR101368404B1 (ko) 금속 나노입자 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant