KR100574030B1 - Electrocatalysts for fuel cell supported by porous carbon structure having regularly 3-dimensionally arranged spherical pores of uniform diameter and their preparation method - Google Patents

Electrocatalysts for fuel cell supported by porous carbon structure having regularly 3-dimensionally arranged spherical pores of uniform diameter and their preparation method Download PDF

Info

Publication number
KR100574030B1
KR100574030B1 KR1020030087761A KR20030087761A KR100574030B1 KR 100574030 B1 KR100574030 B1 KR 100574030B1 KR 1020030087761 A KR1020030087761 A KR 1020030087761A KR 20030087761 A KR20030087761 A KR 20030087761A KR 100574030 B1 KR100574030 B1 KR 100574030B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
catalyst
fuel cell
porous carbon
metal
support
Prior art date
Application number
KR1020030087761A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20050054389A (en
Inventor
유종성
채근석
윤석본
Original Assignee
한남대학교 산학협력단
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 한남대학교 산학협력단 filed Critical 한남대학교 산학협력단
Priority to KR1020030087761A priority Critical patent/KR100574030B1/en
Publication of KR20050054389A publication Critical patent/KR20050054389A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100574030B1 publication Critical patent/KR100574030B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

본 발명은 연료전지(fuel cell)용 전극 촉매, 상세하게는 직경 5 ㎚ 내지 1 ㎛ 범위의 균일한 직경을 갖는 구형 세공이 3 차원적으로 규칙적으로 배열된 다공성 탄소 구조체에 2 nm 내지 3 nm 크기의 활성 금속이 담지된 연료 전지용 전극 촉매, 및 그의 제조 방법이 개시된다. The present invention relates to an electrode catalyst for a fuel cell, specifically 2 nm to 3 nm in a porous carbon structure in which spherical pores having a uniform diameter in the range of 5 nm to 1 μm are regularly arranged in three dimensions. Disclosed are an electrode catalyst for a fuel cell carrying an active metal of and a method for producing the same.

본 발명에 따른 연료 전지용 전극촉매는 소량의 활성 금속을 사용하여 제조할 수 있고, 금속을 2 내지 3 nm의 미세한 크기로 분산시킬 수 있으며, 규칙적으로 배열된 세공 사이로 반응물 및 생성물의 이동과 확산이 원활하여 종래의 카본블랙을 지지체로 하여 제조한 Pt-Ru 또는 Pt 촉매보다 높은 촉매 활성을 가지고 있어 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있으며, 수용액상태에서 간단한 방법을 통해 제조할 수 있다.The electrocatalyst for a fuel cell according to the present invention can be prepared using a small amount of active metal, can disperse the metal into fine sizes of 2 to 3 nm, and the movement and diffusion of reactants and products between regularly arranged pores It is smooth and has higher catalytic activity than Pt-Ru or Pt catalyst prepared using a conventional carbon black as a support, thereby improving the performance of the fuel cell, and can be prepared by a simple method in aqueous solution.

다공성 탄소 지지체, 연료전지, 전극 촉매Porous Carbon Supports, Fuel Cells, Electrode Catalysts

Description

균일한 직경을 가진 구형 세공이 3 차원적으로 규칙적으로 배열된 다공성 탄소 구조체에 의해 지지된 연료전지용 전극 촉매 및 그의 제조 방법{Electrocatalysts for fuel cell supported by porous carbon structure having regularly 3-dimensionally arranged spherical pores of uniform diameter and their preparation method} Electrocatalysts for fuel cell supported by porous carbon structure having regularly 3-dimensionally arranged spherical pores of uniform diameter and their preparation method             

도 1은 본 발명의 새로운 연료 전지용 전극 촉매의 지지체로 사용되는 다공성 탄소 구조체를 제조하는 합성 절차를 도식적으로 나타낸 것이다.Figure 1 schematically shows a synthetic procedure for producing a porous carbon structure used as a support for the electrode catalyst for a novel fuel cell of the present invention.

도 2는 도 1에 나타낸 합성 절차에 따라 제조된 다공성 탄소 구조체의 주사 전자현미경(SEM) 사진이다.FIG. 2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a porous carbon structure prepared according to the synthesis procedure shown in FIG. 1.

도 3은 본 발명에 따라 합성된 다공성 탄소 구조체에 의해 담지된 연료전지용 백금-루테늄 합금 촉매의 BET(Brunauer-Emmett-Teller) 흡착 등온선이다.3 is a Brunauer-Emmett-Teller (BET) adsorption isotherm of a platinum-ruthenium alloy catalyst for fuel cells supported by a porous carbon structure synthesized according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따라 합성된 다공성 탄소 구조체에 의해 담지된 백금-루테늄 합금 촉매와 상용 백금-루테늄 합금 촉매(E-TEK)의 X선회절 분석패턴을 나타낸 것이다.Figure 4 shows the X-ray diffraction analysis pattern of the platinum-ruthenium alloy catalyst and commercial platinum-ruthenium alloy catalyst (E-TEK) supported by the porous carbon structure synthesized according to the present invention.

도 5는 상용 백금-루테늄 합금촉매(E-TEK)와 본 발명의 백금-루테늄 합금촉매의 투과 전자현미경 사진(TEM)이다. 도 5의 사진에서, a는 상용 백금-루테늄 합 금 촉매(E-TEK)이며, 검정색의 작은 구형점들이 백금-루테늄 합금 입자들이다. b는 직경이 68 nm, c는 직경이 245 nm 및 d는 직경이 512 nm인 세공을 가진 다공성 탄소 구조체를 지지체로 사용한 백금-루테늄 합금 촉매를 보여주고 있다.5 is a transmission electron micrograph (TEM) of a commercial platinum-ruthenium alloy catalyst (E-TEK) and the platinum-ruthenium alloy catalyst of the present invention. In the photograph of FIG. 5, a is a commercial platinum-ruthenium alloy catalyst (E-TEK), and small black spheres are platinum-ruthenium alloy particles. b shows a platinum-ruthenium alloy catalyst using a porous carbon structure having pores having a diameter of 68 nm, c at 245 nm and d at 512 nm.

도 6a는 본 발명에 따라 직경이 25 nm와 68 nm인 세공을 가진 다공성 탄소 구조체를 지지체로 사용하여 제조한 백금-루테늄 합금 촉매, 상용 카본 블랙(Vulcan XC-72, Cabot Co.)을 지지체로 사용하여 제조한 백금-루테늄 합금 촉매, 및 상용 백금-루테늄 합금촉매(E-TEK)의 메탄올 산화반응에 대한 촉매의 활성을 나타내는 사이클릭 볼타모그램(cyclic voltammogram)이다. 그리고, 도 6b는 본 발명에 따라 직경이 25 nm인 세공을 가진 다공성 탄소 구조체를 지지체로 사용하여 제조한 백금-루테늄 합금 촉매와 상용 백금-루테늄 합금촉매(E-TEK)의 에탄올 산화반응에 대한 촉매의 활성을 나타내는 사이클릭 볼타모그램이다.Figure 6a is a platinum-ruthenium alloy catalyst prepared by using a porous carbon structure having pores 25 nm and 68 nm in diameter according to the present invention, commercial carbon black (Vulcan XC-72, Cabot Co.) as a support It is a cyclic voltammogram showing the activity of the platinum-ruthenium alloy catalyst prepared using the catalyst and the methanol oxidation reaction of a commercial platinum-ruthenium alloy catalyst (E-TEK). 6B is a ethanol oxidation reaction of a platinum-ruthenium alloy catalyst and a commercial platinum-ruthenium alloy catalyst (E-TEK) prepared using a porous carbon structure having a pore diameter of 25 nm as a support according to the present invention. Cyclic voltammogram showing the activity of the catalyst.

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따라 서로 다른 세공크기를 가지는 다공성 탄소 구조체에 담지된 백금-루테늄 합금촉매와 상용 카본 블랙(Vulcan XC-72, Cabot Co.)에 담지된 백금-루테늄 합금 촉매와 상용 백금-루테늄 합금촉매(E-TEK)의 30℃(7a)와 70℃(7b)에서 측정한 단위전지 성능 곡선이다. 그리고, 도 7c 및 도 7d는 본 발명에 따라 250nm의 세공크기를 가지는 다공성 탄소 구조체에 담지된 백금-루테늄-코발트-텅스텐 합금촉매와 상용 백금-루테늄 합금촉매(E-TEK)의 30℃(7c)와 70℃(7d)에서 측정한 단위전지 성능 곡선이다. 7A and 7B illustrate a platinum-ruthenium alloy catalyst supported on a porous carbon structure having different pore sizes and a platinum-ruthenium alloy catalyst supported on commercial carbon black (Vulcan XC-72, Cabot Co.) according to the present invention. Unit cell performance curves measured at 30 ° C (7a) and 70 ° C (7b) of commercial platinum-ruthenium alloy catalysts (E-TEK). 7C and 7D illustrate 30 ° C (7c) of a platinum-ruthenium-cobalt-tungsten alloy catalyst and a commercial platinum-ruthenium alloy catalyst (E-TEK) supported on a porous carbon structure having a pore size of 250 nm according to the present invention. ) And unit cell performance curves measured at 70 ° C (7d).

본 발명은 균일한 직경을 가진 구형 세공이 3 차원적으로 규칙적으로 배열된 다공성 탄소 구조체에 의해 지지된 연료전지(fuel cell)용 전극 촉매 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 연료 전지의 활성을 증가시키기 위한, 전기전도성이 우수하고 균일한 직경을 가진 구형 세공이 3 차원적으로 규칙적으로 배열된 다공성 탄소 구조체(정형 탄소)를 활성 금속의 지지체로 사용하는 연료전지용 전극 촉매 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrode catalyst for a fuel cell in which spherical pores having a uniform diameter are supported by three-dimensionally arranged porous carbon structures, and a method of manufacturing the same. More specifically, in order to increase the activity of a fuel cell, a porous carbon structure (ordinary carbon) in which spherical pores having excellent electrical conductivity and a uniform diameter are regularly arranged in three dimensions is used as a support of an active metal. An electrode catalyst for a fuel cell and a method of manufacturing the same.

연료전지(Fuel Cell)는 연료의 화학에너지를 전기 화학적 반응에 의해 전기 및 열 에너지로 직접 변환시키는 장치로 연소과정이나 구동장치가 없으므로 효율이 높고 환경문제를 유발하지 않는 청정 발전기술로, 1960년대 미국에서 스페이스 프로그램을 추진하면서 우주선의 동력원으로 개발된 이래 발전용, 가정용, 운송용, 이동용 전원 등 다양한 응용을 위해 세계 각국에서 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 연료전지는 작동온도와 사용되는 전해질의 종류에 따라 인산형(PAFC : Phosphoric Acid Fuel Cell), 용융 탄산염형(MCFC : Molten Carbonate Fuel Cell), 고체 산화물형(SOFC : Solid Oxide Fuel Cell), 알카리형(Alkaline Fuel Cell), 고분자 전해질형(PEMFC : Proton Exchange Membrane Fuel Cell) 등이 있고 반응 온도나 구조 등에 따라 각각 다른 발전 특성을 가지고 있다. 이들 중 고분자 전해질형 연료전지에는 사용되는 연료의 종류에 따라 수소 연료전지 및 메탄올 연료전지 등으로 분류된다. 특히, 개질장치 없이 메탄올을 직접 연료로 사용하는 직접 메탄올 연료전지(DMFC:Direct Methanol Fuel Cell)는 연료가 액상으로 직접 연료극(음극)에 공급되므로 비교적 저온에서 운전이 가능하고, 장치를 소형화할 수 있는 장점 때문에 소형 이동용 전원이나 자동차 등 차세대 대체 에너지로 주목받는 발전 시스템이다.Fuel cell is a device that directly converts chemical energy of fuel into electric and thermal energy by electrochemical reaction. It is a clean power generation technology with high efficiency and no environmental problems since there is no combustion process or driving device. Since the space program has been developed in the United States as a power source for spacecraft, research is being actively conducted around the world for various applications such as power generation, household, transportation, and mobile power. Depending on the operating temperature and the type of electrolyte used, the fuel cell has a phosphate type (PAFC: Phosphoric Acid Fuel Cell), a molten carbonate type (MCFC: Molten Carbonate Fuel Cell), a solid oxide type (SOFC), and an alkaline type. (Alkaline Fuel Cell) and Polymer Electrolyte (PEMFC) Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC), and have different power generation characteristics depending on reaction temperature and structure. Among these, the polymer electrolyte fuel cell is classified into a hydrogen fuel cell and a methanol fuel cell according to the type of fuel used. In particular, the Direct Methanol Fuel Cell (DMFC), which uses methanol directly as a fuel without a reformer, can operate at a relatively low temperature because the fuel is supplied directly to the anode (cathode) in the liquid phase, and the device can be miniaturized. It is a power generation system that is attracting attention as the next generation alternative energy such as a small portable power source or an automobile because of its advantages.

직접 메탄올 연료전지(DMFC)에서는 메탄올이 아래 반응과 같이 연료극(음극)에서 산화되고 산소는 공기로 공급되어 공기극(양극)에서 환원된다.In a direct methanol fuel cell (DMFC), methanol is oxidized at the anode (cathode) and oxygen is supplied to air and reduced at the cathode (anode) as shown below.

음극 : CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e- Eo = -0.015V vs NHECathode: CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e - E o = -0.015 V vs NHE

양극 : O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O Eo = +1.229V vs NHE Cathode: O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 OE o = + 1.229V vs NHE

전체반응 : 2CH3OH + 3O2 → 2CO2 + 4H2O Eo = +1.24V vs NHETotal reaction: 2CH 3 OH + 3O 2 → 2CO 2 + 4H 2 OE o = + 1.24V vs NHE

연료전지의 효율을 좌우하는 핵심 요소는 촉매로 사용되는 산화 및 환원전극이다. 산화전극(연료극)은 대개 백금에 루테늄을 1:1의 몰비로 합금시킨 Pt50Ru50 합금 촉매가 가장 많이 사용되고 있으며, 환원전극(공기극)에서는 보통 백금이 주로 사용되고 있다. 현재 직접 메탄올 연료전지(DMFC)의 연료와 공기의 산화·환원에 사용되는 전극 촉매는 전기전도성이 우수한 카본블랙(예를 들어, Vulcan XC-72, Cabot Co.) 지지체에 활성 금속촉매를 미세한 입자 형태로 분산시켜 제조하고 있다. 이러한 연료전지의 활성 개선과 관련하여 촉매층의 재료인 Pt-Ru/C, Pt/C에 요구되는 특성이 몇 가지 있다.The key factors that determine the efficiency of a fuel cell are the oxidation and reduction electrodes used as catalysts. The Pt 50 Ru 50 alloy catalyst, in which ruthenium is alloyed with platinum in a molar ratio of 1: 1, is most commonly used as an anode (fuel electrode), and platinum is commonly used as a cathode (air electrode). Currently, electrode catalysts used for the oxidation and reduction of fuel and air in direct methanol fuel cells (DMFCs) have fine particles of active metal catalysts on carbon black (eg, Vulcan XC-72, Cabot Co.) supports with excellent electrical conductivity. It is prepared by dispersing in the form. In connection with the improvement of the activity of the fuel cell, there are several characteristics required for Pt-Ru / C and Pt / C, which are the material of the catalyst layer.

첫째, 분산된 촉매 금속 입자의 크기가 작아야하고 지지체에 균일하게 분산 되어 넓은 영역의 촉매 활성점을 제공하여 산화·환원 반응이 일어나는 표면적이 넓어야한다. First, the size of the dispersed catalyst metal particles should be small and should be uniformly dispersed on the support to provide a wide range of catalytic activity points and thus have a large surface area for oxidation and reduction reactions.

둘째, 지지체로 사용되는 탄소는 기상 및 액상의 산화 환원 반응의 반응물 및 생성물의 이동이 원활히 이루어지도록 다공질 구조를 가져야 한다. Second, the carbon used as the support should have a porous structure to facilitate the movement of the reactants and products of the gas phase and liquid phase redox reactions.

셋째, 촉매 금속 입자들이 강하게 담지되어 물리·화학적 충격에 의해 지지체로부터 촉매 금속 입자들이 분리되지 않아야 한다. Third, the catalyst metal particles should be strongly supported so that the catalyst metal particles cannot be separated from the support by physical and chemical impacts.

이처럼 연료전지의 전극제조에 사용되는 지지체는 적당한 다공성, 우수한 전기전도성 및 넓은 표면적을 가질 것이 요구되고 있다. 특히 직접메탄올 연료전지의 연료전극에서는 메탄올과 물이 혼합된 연료가 전극촉매 지지체를 통과하여 촉매층에서 메탄올 산화반응이 일어나므로 전극촉매 지지체는 전기전도성과 친수성이 우수하여야 하며 연료와 기체가 자유롭게 이동할 수 있도록 균일한 직경을 가지며 삼차원적으로 잘 발달된 내부 세공을 갖는 물질이어야 한다. As such, the support used in electrode production of fuel cells is required to have a suitable porosity, excellent electrical conductivity and a large surface area. In particular, in the fuel electrode of the direct methanol fuel cell, a mixture of methanol and water passes through the electrode catalyst support to cause methanol oxidation in the catalyst layer. Therefore, the electrode catalyst support must have excellent electrical conductivity and hydrophilicity, and fuel and gas can move freely. It must be a material with a uniform diameter and well developed internal pores in three dimensions.

본 발명자는 전기전도성이 우수하고 균일한 세공과 넓은 표면적을 갖는 다공성 탄소의 제조방법인 "액상의 탄소 전구체를 이용한 균일 크기의 규칙성을 가진 다공성 탄소 분자체의 제조 방법"을 특허출원 제 2000-57082호로 이미 출원한 바 있다. 즉, 선출원 발명에서는 실리카 콜로이달 결정 주형을 만들고, 이 주형의 주변 및 내부 틈사이에 액상 탄소 전구체(탄수화물, 고분자 단량체와 개시제)를 주입한 후, 고분자화시켜 성형시키고, 비활성 기체 분위기하에서 탄화 반응시킨 후, 불화수소로 실리카 주형을 제거하여 다공성 탄소 분자체(molecular sieve)를 제조하는 방법을 제안하였다. 이렇게 제조된 탄소 분자체는 다공성 탄소의 미세 구조를 보다 특성화한 탄소, 즉, 탄소고체에 세공이 규칙적으로 형성되는 형태(Volume template porous carbon)와 속이 빈 구형탄소 캡슐들(Surface template porous carbon)이 규칙적으로 형성되도록 구조조종이 가능하고, 이들 탄소는 모두 삼차원적으로 연결된 세공 구조를 가지고 있고, 흑연(graphite)과 같이 탄소 육각고리가 결합되어 구성되기 때문에 전기 전도성이 우수하다.The inventors of the present invention disclose a method for producing porous carbon molecular sieves having a uniform size and regularity using a liquid carbon precursor, which is a method for producing porous carbon having excellent electrical conductivity and having uniform pores and a large surface area. It is already filed in 57082. That is, in the prior application, a silica colloidal crystal mold is made, a liquid carbon precursor (carbohydrate, a polymer monomer and an initiator) is injected between the periphery and the inner gap of the mold, then polymerized and molded, and carbonized under an inert gas atmosphere. After the process, a method of preparing a porous carbon sieve by removing the silica template with hydrogen fluoride was proposed. The carbon molecular sieve prepared in this way is composed of carbon, which is characterized by the microstructure of the porous carbon, that is, a form in which the pores are regularly formed in the carbon solid, and the surface template porous carbon. Structural control is possible to form regularly, and all of these carbons have three-dimensionally connected pore structures, and are excellent in electrical conductivity because carbon hexagon rings are combined such as graphite.

본 발명자는 전극촉매 제조시 전술한 전기전도성이 우수하고 균일한 직경을 가진 구형 세공이 3 차원적으로 규칙적으로 배열된 다공성 탄소 구조체를 지지체로 사용하여 전극 촉매를 제작하여 본 결과, 활성이 우수한 직접 메탄올 연료전지용 전극촉매로서 유용함을 발견하고 본 발명을 완성하게 이르렀다. The present inventors fabricated an electrode catalyst using a porous carbon structure having excellent electrical conductivity and regular diameters of three-dimensionally arranged spherical pores as a support when preparing an electrode catalyst. The present invention has been found to be useful as an electrode catalyst for methanol fuel cells.

즉, 본 발명의 첫번째 목적은 균일한 직경을 가진 구형 세공이 3 차원적으로 규칙적으로 배열된 다공성 탄소 구조체에 의해 지지된 연료전지용 전극 촉매를 제공하는 것이다. That is, a first object of the present invention is to provide an electrode catalyst for a fuel cell supported by a porous carbon structure in which spherical pores having a uniform diameter are regularly arranged in three dimensions.

또한, 본 발명의 두번째 목적은 상기 전극 촉매를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
It is also a second object of the present invention to provide a method for preparing the electrode catalyst.

본 발명의 첫번째 목적에 따른 균일한 직경을 가진 구형 세공이 3 차원적으로 규칙적으로 배열된 다공성 탄소 구조체에 의해 지지된 연료전지용 전극 촉매는 직경 5 ㎚ 내지 1 ㎛ 범위의 균일한 직경을 갖는 구형 세공이 3 차원적으로 규칙적으로 배열된 다공성 탄소 구조체에 2 nm 내지 3 nm 크기의 활성 금속이 담지된 것이다. According to the first object of the present invention, an electrode catalyst for a fuel cell supported by a porous carbon structure in which spherical pores having a uniform diameter are arranged in three dimensions regularly is a spherical pore having a uniform diameter in the range of 5 nm to 1 μm in diameter. In this three-dimensionally arranged porous carbon structure, an active metal having a size of 2 nm to 3 nm is supported.

본 발명의 연료전지용 전극 촉매는 직접 메탄올 연료전지(DMFC:direct methanol fuel cell), 직접 에탄올 연료전지(DEFC:direct ethanol fuel cell)와 같은 액상의 알콜을 직접 연료로 사용하는 연료 전지는 물론 수소 연료 전지의 산화전극(연료극)에도 응용될 수 있다.Electrode catalyst for fuel cells of the present invention is a direct methanol fuel cell (DMFC), direct ethanol fuel cell (DEFC: direct ethanol fuel cell) such as direct liquid alcohol It can be applied not only to a fuel cell used as fuel but also to an anode (fuel electrode) of a hydrogen fuel cell.

본 발명의 균일한 직경을 갖는 구형 세공이 3 차원적으로 규칙적으로 배열된 다공성 탄소 구조체를 지지체로 사용하여 제조한 연료 전지용 전극 촉매는 다음과 같은 장점을 가지고 있다. An electrode catalyst for a fuel cell prepared by using a porous carbon structure in which spherical pores having a uniform diameter of the present invention are regularly arranged in three dimensions as a support has the following advantages.

첫째, 본 발명에서 사용되는 다공성 탄소 구조체는 카본블랙에 비해 표면적이 약 2-4배 정도 크기 때문에 카본블랙보다 소량의 탄소를 사용하여 전극 촉매를 제조 할 수 있다. 즉 넓은 표면적을 가지기 때문에 금속 촉매 입자가 담지될 수 있는 공간이 많아져서 소량을 사용하여도 많은 양의 금속 촉매 입자를 담지시킬 수 있을 뿐만 아니라, 넓은 표면적을 가지고 있기 때문에 입자 크기가 작은(2-3nm) 금속 촉매의 제조가 가능하다.First, since the porous carbon structure used in the present invention has a surface area of about 2-4 times larger than that of carbon black, an electrode catalyst may be prepared using a smaller amount of carbon than carbon black. In other words, because of the large surface area, the space for supporting the metal catalyst particles increases, so that a large amount of the metal catalyst particles can be supported even with a small amount, and the particle size is small (2- 3 nm) metal catalysts are possible.

둘째, 다공성 탄소 구조체에 세공이 규칙적으로 3차원적으로 잘 배열되어 있어 연료와 공기(산소) 및 반응 생성물의 이동과 확산이 원활하여 반응이 빨리 진행되고 반응 생성물이 용이하게 배출될 수 있다.Secondly, the pores are arranged in three-dimensionally well in the porous carbon structure to facilitate the movement and diffusion of fuel, air (oxygen) and reaction products so that the reaction proceeds quickly and the reaction products can be easily discharged.

본 발명의 첫번째 목적에 따른 연료 전지용 전극 촉매에 지지체로서 사용되 는 다공성 탄소 구조체는 대한민국 특허출원 제2000-57082호에 기재된 방법에 따라 제조될 수 있으며, 그 기재 내용은 본 발명에 참조로서 인용된다. 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 5㎚∼1㎛의 범위의 직경을 가진 구형 실리카를 침강법(sedimentation), 원심분리법(centrifugation), 여과법(filtration), 또는 압축법(pressing)을 사용하여 적층시켜 실리카 콜로이달 결정 주형을 만들고, 이 주형을 이루고 있는 구형 실리카들 사이의 공극에 액상 또는 기상의 탄소 전구체, 예를 들어, 탄수화물 등의 탄화수소나 다양한 고분자 단량체와 개시제 및 필요한 경우 중합 촉매를 주입한 후, 고분자 단량체와 개시제 및 촉매를 주입한 경우에는 고분자 단량체의 종류에 따른 통상의 중합반응을 통해 중합시킨 후, 얻어진 실리카-고분자 또는 기타 탄소 전구체 복합체를 비활성 기체(예를 들면, 아르곤 또는 질소가스) 분위기하에서 약 800 내지 1000℃에서 탄소화 반응시켜 탄소-실리카 주형 복합물을 얻은 후, 불화수소를 이용하여 주형만을 녹여 제거함으로서 다공성 탄소 구조체를 얻는다. 이 때, 사용되는 실리카의 크기를 조절함으로서 탄소 분자체의 크기를 5㎚∼1㎛의 범위에서 자유롭게 선택하여 세공의 크기를 조절할 수 있으며, 구형 실리카의 크기를 균일하게 조정함으로써 세공의 크기도 균일하게 조절할 수 있고, 균일한 크기의 구형 실리카를 적층하여 제조한 실리카 콜로이달 결정 주형에는 구형 실리카가 규칙적으로 배열되기 때문에 본 발명의 전극 촉매의 지지체로 사용되는 다공성 탄소 구조체는 규칙적으로 배열된 세공을 갖는다.The porous carbon structure used as a support in an electrode catalyst for a fuel cell according to the first object of the present invention can be prepared according to the method described in Korean Patent Application No. 2000-57082, the contents of which are incorporated herein by reference. . Specifically, as shown in FIG. 1, spherical silica having a diameter in the range of 5 nm to 1 μm is used by sedimentation, centrifugation, filtration, or compression. To form a silica colloidal crystal template, and to the pores between the spherical silicas forming the template, a hydrocarbon precursor such as a liquid or gaseous phase, for example, a carbohydrate, or various polymer monomers and an initiator, and a polymerization catalyst, if necessary. After injection, when the polymer monomer, the initiator and the catalyst are injected, the polymer is polymerized through the usual polymerization reaction according to the type of polymer monomer, and then the obtained silica-polymer or other carbon precursor complex is inert gas (for example, argon or Nitrogen gas) to carbonize at about 800 to 1000 ° C. under an atmosphere to obtain a carbon-silica template composite. To obtain a porous carbon structure by removing only the dissolved mold. At this time, by controlling the size of the silica used, the size of the carbon molecular sieve can be freely selected in the range of 5 nm to 1 μm to adjust the size of the pores, and the size of the pores is uniform by adjusting the size of the spherical silica uniformly. The silica colloidal crystal mold prepared by laminating uniformly sized spherical silica is arranged in a regular manner. Since the spherical silica is regularly arranged, the porous carbon structure used as a support for the electrode catalyst of the present invention is characterized in that Have

또한 상기 탄소 구조체는 디비닐벤젠(DVB), 아크릴로니트릴(acrylonitrile), 페놀레진(phenolic resin), 염화비닐, 비닐아세테이트, 스티렌, 메타크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 푸르푸릴 알코올(furfuryl alcohol), 레조르시놀-포름알데히드(RF), 설탕, 일반식 CH2=CRR'로 나타내어지는 화합물(여기서, R 및 R'은 알킬기 또는 아릴기이다) 또는 메조페이스 피치(mesophase pitch)중에서 선택되는 탄소화 반응에 의해 흑연성 탄소(graphitic carbon)를 형성하는 탄소 전구체를 이용하여 제조된다.In addition, the carbon structure is divinylbenzene (DVB), acrylonitrile (acrylonitrile), phenolic resin (phenolic resin), vinyl chloride, vinyl acetate, styrene, methacrylate, methyl methacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, Furfuryl alcohol, resorcinol-formaldehyde (RF), sugar, a compound represented by the general formula CH 2 = CRR 'wherein R and R' are alkyl or aryl groups or mesophase pitch ( It is prepared using a carbon precursor which forms graphitic carbon by a carbonation reaction selected from mesophase pitch.

아래의 표 1에 본 발명의 전극 촉매의 지지체로 사용하기 위해 제조한 다양한 크기의 세공을 가진 다공성 탄소 구조체의 특성들을 종래의 전극 지지체로 사용되는 카본 블랙의 특성과 함께 나타내었다. 다공성 탄소의 표면적은 BET(Brunauer-Emmet-Teller)법으로, 세공부피는 BJH 법으로 측정하였다. BET는 77K에서 시료에 압력을 가하면서 질소 기체를 흡착시킨 후 다시 대기압으로 감압시키면서 흡착된 질소기체를 탈착시켜 시료의 표면적, 세공부피 등을 측정한다.Table 1 below shows the characteristics of the porous carbon structures having various sizes of pores prepared for use as the support of the electrode catalyst of the present invention together with the properties of the carbon black used as the conventional electrode support. The surface area of the porous carbon was measured by the Brunauer-Emmet-Teller (BET) method, and the pore volume was measured by the BJH method. BET absorbs nitrogen gas while applying pressure to the sample at 77 K, and desorbs the adsorbed nitrogen gas while depressurizing it to atmospheric pressure to measure the surface area and pore volume of the sample.

탄소 지지체  Carbon support BET 표면적 (m2/g)BET surface area (m 2 / g) 마이크로세공 면적(m2/g)Micropore Area (m 2 / g) 메조/매크로세공 면적(m2/g)Meso / macropore area (m 2 / g) 전체 세공 부피(cc/g)Total pore volume (cc / g) 마이크로 세공 부피(cc/g)Micropore volume (cc / g) 카본블랙(Vulcan XC-72)Carbon black (Vulcan XC-72) 232232 8787 145145 0.320.32 0.040.04 다공성탄소(25nm)Porous Carbon (25nm) 845845 195195 650650 3.663.66 0.070.07 다공성탄소(68nm)Porous Carbon (68nm) 691691 483483 218218 1.631.63 0.120.12 다공성탄소(245nm)Porous Carbon (245nm) 605605 400400 205205 0.810.81 0.130.13 다공성탄소(512nm)Porous Carbon (512nm) 509509 313313 196196 0.750.75 0.160.16 다공성탄소(806nm)Porous Carbon (806 nm) 449449 267267 182182 0.710.71 0.150.15

이와 같이 규칙적으로 배열된 균일한 세공을 가진 다공성 탄소 구조체를 지지체로 하여 제조한 본 발명의 백금-루테늄/탄소 전극에서는 다공성 탄소의 사용량을 전체 촉매 중량의 20wt%(금속 담지량은 80중량%)로 감소시켜 (카본블랙 대비 약 50% 감소) 촉매를 제조하여도 현재 시판중인 전극 촉매인 Pt-Ru(몰비1:1) 촉매(E-TEK, 60wt.%로 금속 담지)보다 활성이 우수한 촉매를 제조할 수 있다.In the platinum-ruthenium / carbon electrode of the present invention prepared by using a porous carbon structure having uniformly arranged uniform pores as a support, the amount of porous carbon is 20 wt% (total metal weight: 80 wt%) of the total catalyst weight. Even if the catalyst is prepared by reducing the amount (about 50% less than carbon black), the catalyst having higher activity than the Pt-Ru (molar ratio 1: 1) catalyst (E-TEK, supported by metal at 60wt.%), Which is currently available, is available. It can manufacture.

본 발명의 첫 번째 목적에 따른 연료 전지용 전극 촉매에 담지되는 활성 금속은 연료 전지의 연료의 산화반응에 활성을 가진 임의의 금속일 수 있으며, 예를 들어, 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 몰리브덴(Mo), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 레늄(Re), 팔라듐(Pd), 바나듐(V), 코발트(Co) 및 텅스텐(W) 등으로 이루어진 군에서 선택된 일종 이상의 금속을 포함한다. 예를 들어, 백금(Pt)과 같은 단일성분계 또는 백금-루테늄(Pt-Ru) 합금과 같은 2성분계 등 공지의 촉매 금속은 물론, 3성분계, 예를 들어 Pt-Ru-Rh 합금, 4성분계, 예를 들어, Pt-Ru-Co-W 합금 또는 Pt-Ru-Mo-W 합금, 기타 다성분계 촉매 금속을 포함할 수 있다. 이들 금속들은 적게는 촉매 전체 중량의 5%에서, 많게는 80중량% 이상, 바람직하게는 5 % 내지 95중량% 의 양으로 담지(loading) 될 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 연료 전지용 전극 촉매는 탄소 지지체 중량의 약 4배 이상에 해당하는 금속을 담지할 수 있다. 이것은 본 발명의 연료 전지용 전극 촉매에 사용되는 탄소 지지체가 종래의 카본 블랙 지지체에 비해 단위 질량당 약 2 내지 4배의 표면적을 가지고 있기 때문에, 금속 촉매 입자가 담지될 수 있는 표면적이 넓어져서 동일한 중량의 카본 블랙에 비해 더 많은 양의 금속 촉매 입자를 담지시킬 수 있을 뿐만 아니라, 직경 2 내지 3nm의 매우 작은 크기로 금속을 지지체에 담지시킬 수 있어서, 고가의 귀금속을 효율적으로 이용할 수 있게 되므로 경제적으로도 유리하다. 예를 들어, 본 발명에 따른, 균일한 직경을 가진 구형 세공이 3 차원적으로 규칙적으로 배열된 다공성 탄소 구조체에 의해 지지된 연료전지용 백금-루테늄/탄소 전극은 다공성 탄소의 사용량을 전체 촉매 중량 중에서 20 wt%나 그 이하로 감소시켜 (카본블랙 대비 약 50 % 감소) 촉매를 제조하여도 현재 시판중의 전극 촉매인 Pt-Ru (몰비1:1)촉매 (E-TEK, 60 wt.% 총 금속 담지)보다 활성이 우수한 촉매를 제조할 수 있다. The active metal supported on the electrode catalyst for a fuel cell according to the first object of the present invention may be any metal having an activity in the oxidation reaction of the fuel of the fuel cell, for example, platinum (Pt), ruthenium (Ru), Selected from the group consisting of rhodium (Rh), molybdenum (Mo), osmium (Os), iridium (Ir), rhenium (Re), palladium (Pd), vanadium (V), cobalt (Co) and tungsten (W) It contains more than one kind of metal. For example, known catalytic metals such as monocomponent systems such as platinum (Pt) or bicomponent systems such as platinum-ruthenium (Pt-Ru) alloys, as well as three-component systems such as Pt-Ru-Rh alloys, four-component systems, For example, it may include a Pt-Ru-Co-W alloy or a Pt-Ru-Mo-W alloy and other multicomponent catalyst metals. These metals may be loaded in amounts of at least 5% of the total weight of the catalyst, as much as at least 80% by weight, preferably from 5% to 95% by weight. In other words, the electrode catalyst for a fuel cell of the present invention may carry a metal corresponding to about four times or more the weight of the carbon support. This is because the carbon support used in the electrode catalyst for fuel cell of the present invention has a surface area of about 2 to 4 times per unit mass compared to the conventional carbon black support, so that the surface area on which the metal catalyst particles can be supported is widened to equal the weight. Compared to carbon black of the present invention, not only can support a larger amount of metal catalyst particles, but also metals can be supported on a support with a very small size of 2 to 3 nm in diameter, so that expensive precious metals can be efficiently used. Is also advantageous. For example, a platinum-ruthenium / carbon electrode for a fuel cell supported by a porous carbon structure in which spherical pores having a uniform diameter are arranged in three dimensions regularly according to the present invention may be used in the total catalyst weight. Even if the catalyst is prepared by reducing it to 20 wt% or less (about 50% less than carbon black), Pt-Ru (mole ratio 1: 1) catalyst (E-TEK, 60 wt.%), Which is a commercially available electrode catalyst, Catalyst having better activity than metal supported).

한편, 일반적으로, 전극 촉매의 제조에 있어서, 촉매 금속의 지지체에 대한 담지 비율이 작을수록 동일한 양의 촉매 금속을 담지하기 위해 더 많은 양의 지지체를 사용해야 하므로, 동일한 양의 활성 촉매를 얻기 위해 사용되는 지지체의 양도 증가하게 된다. 이 경우 연료 전지의 전극을 제조함에 있어서, 탄소 시트에 많은 양의 촉매를 두텁게 도포해야 하고, 이것은 건조시 또는 사용 중에 갈라지는 현상(crack)을 초래하여 연료전지의 성능을 저하시키게 된다. 그러나 본 발명의 촉매 시스템은 종래의 카본 블랙을 지지체로 사용하는 촉매 시스템에 비해 금속 담지 비율이 높아서, 예를 들어, 상업적으로 구입할 수 있는 E-TEK 촉매의 60% 담지 비율과 비교하여, 본 발명의 촉매가 80%의 금속 담지량을 갖는 경우, 동일한 양의 금속을 담지하기 위해 사용되는 지지체의 양이 1/2 밖에 되지 않으므로 전제적으로 적은 양의 촉매가 사용되기 때문에 상기한 갈라짐 현상을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 다공성 탄소 지지체의 표면적이 넓은 만큼 담지되는 촉매의 입자 크기도 작아져서, 약 2 내지 3 nm 정도로 금속 입자를 분산시킬 수 있다. 물론 촉매 금속의 양을 촉매 전체 중량의 5% 만큼도 담지가 가능하다. 결국 사용하고자 하는 용도에 따라 금속의 상대적 무게를 광범위하게 선택할 수 있다.On the other hand, in general, in the preparation of the electrode catalyst, the smaller the supporting ratio of the catalyst metal to the support, the higher the amount of support to be used to support the same amount of the catalyst metal, so that it is used to obtain the same amount of the active catalyst. The amount of support to be increased also. In this case, in preparing the electrode of the fuel cell, a large amount of catalyst must be applied thickly to the carbon sheet, which causes cracking during drying or during use, thereby degrading the performance of the fuel cell. However, the catalyst system of the present invention has a higher metal loading ratio compared to the catalyst system using a conventional carbon black as a support, for example, compared with the 60% loading ratio of a commercially available E-TEK catalyst. When the catalyst of has 80% of the metal loading amount, since the amount of the support used to support the same amount of metal is only 1/2, since a small amount of catalyst is used entirely, the above cracking phenomenon can be prevented. have. In addition, the particle size of the catalyst supported by the wide surface area of the porous carbon support of the present invention is also reduced, and the metal particles can be dispersed to about 2 to 3 nm. Of course, it is possible to support the amount of the catalyst metal as much as 5% of the total weight of the catalyst. As a result, the relative weight of the metal can be widely chosen depending on the intended use.

또한, 본 발명의 연료전지용 전극 촉매의 금속 지지체로 사용되는 다공성 탄 소 구조체의 규칙적이고 3차원적으로 잘 발달된 균일한 세공은 연료의 이동과 확산을 자유롭게 하여 연료들이 촉매 표면에 쉽게 도달하여 반응이 빨리 진행되고 반응 생성물들이 쉽게 배출될 수 있도록 하는 장점을 가지고 있다.In addition, the regular and three-dimensional well-developed uniform pores of the porous carbon structure used as the metal support of the electrode catalyst for fuel cells of the present invention frees the movement and diffusion of the fuel so that the fuel easily reaches the catalyst surface and reacts. This has the advantage that it proceeds quickly and the reaction products can be easily discharged.

본 발명의 두 번째 목적에 따른 상기 연료 전지용 전극 촉매의 제조 방법은 다음과 같은 단계를 포함할 수 있다: a) 촉매 활성을 갖는 금속의 수용성 염을 물에 용해시키는 단계; b) 규칙적으로 배열된 균일한 세공을 가진 탄소 구조체의 수중 슬러리를 반응 용기에 투입하고 수용성 금속염의 수용액과 혼합하는 단계; c) 염기성 또는 산성 수용액을 첨가하여 반응 용액의 pH를 8∼9로 조절하는 단계; d) 환원제를 반응 용액에 첨가하여 침전을 형성하는 단계; 및 f) 촉매를 회수하는 단계.According to a second aspect of the present invention, a method of preparing an electrode catalyst for a fuel cell may include the following steps: a) dissolving a water-soluble salt of a metal having catalytic activity in water; b) injecting an aqueous slurry of a carbon structure with uniformly arranged uniform pores into a reaction vessel and mixing with an aqueous solution of a water-soluble metal salt; c) adjusting the pH of the reaction solution to 8-9 by adding a basic or acidic aqueous solution; d) adding a reducing agent to the reaction solution to form a precipitate; And f) recovering the catalyst.

상기 본 발명에 따른 연료 전지의 전극 촉매 제조 방법은 복잡한 공정을 거치지 않고 비교적 간단한 방법으로 상온에서 탄소 구조체의 분산 용액과 환원제를 교반 중에 있는 금속염의 용액에 천천히 첨가함으로서 환원되는 금속촉매 입자가 넓은 표면적과 세공부피를 가지는 다공성 구형 탄소 캡슐 지지체위에 균일하게 분산됨은 물론, 극히 미세한 크기(2∼3㎚)의 금속촉매 입자를 제조할 수 있게 해 준다. The method for preparing an electrode catalyst of a fuel cell according to the present invention has a large surface area of metal catalyst particles which are reduced by slowly adding a dispersion solution of a carbon structure and a reducing agent to a solution of a metal salt under stirring at a room temperature in a relatively simple manner without a complicated process. It is not only uniformly dispersed on the porous spherical carbon capsule support having a large pore volume, but also makes it possible to prepare metal catalyst particles of extremely fine size (2 to 3 nm).

본 발명의 두 번째 목적에 따른 상기 연료 전지의 전극 촉매를 제조하는 방법의 단계 a)에서, 촉매 작용을 갖는 금속의 수용성 염은 산성 또는 염기성 염일 수 있다. 상기 수용성 금속염의 예로는, 백금의 경우 H2PtCl6, PtCl2, PtCl 4, (NH4)2PtCl4등을 들 수 있으며, 루테늄의 경우에는 RuCl3, 텅스텐의 경우 Na2WO4, 몰리브덴의 경우 Na2MoO4, 이리듐의 경우 K2IrCl6, 코발트의 경우 CoCl2, 오스뮴의 경우 OsCl3, 니켈의 경우 NiCl2, Ni(ClO4)2, NiSO4 등을 들 수 있다. 이들 금속 염의 사용량은 제조하고자 하는 촉매 지지체에 담지될 금속의 양에 따라 화학양론적으로 결정될 수 있으며, 예를 들어, Pt-Ru 합금을 사용하는 경우 그 사용 비율도 화학양론적 계산에 의해 결정될 수 있다. 상기 수용성 금속염을 물에 용해시키는 농도는 사용하는 금속염의 몰수에 따라 결정될 수 있다. 수용액을 제조하는 단계는 각 금속염의 용해도와 농도, 용해 온도 등에 따라 달라질 수 있으나, 통상 20 분 내지 1시간 정도 교반하면 충분하다.In step a) of the method of preparing the electrode catalyst of the fuel cell according to the second object of the present invention, the water-soluble salt of the catalyzed metal may be an acidic or basic salt. Examples of the water-soluble metal salt include H 2 PtCl 6 , PtCl 2 , PtCl 4 , and (NH 4 ) 2 PtCl 4 for platinum, RuCl 3 for ruthenium, Na 2 WO 4 , and molybdenum for tungsten. Na 2 MoO 4 , K 2 IrCl 6 for iridium, CoCl 2 for cobalt, OsCl 3 for osmium, NiCl 2 , Ni (ClO 4 ) 2 , NiSO 4 , and the like. The amount of these metal salts to be used can be determined stoichiometrically according to the amount of metal to be supported on the catalyst support to be prepared. For example, when using a Pt-Ru alloy, the use ratio can also be determined by stoichiometric calculation. have. The concentration at which the water-soluble metal salt is dissolved in water may be determined according to the number of moles of the metal salt to be used. The step of preparing the aqueous solution may vary depending on the solubility and concentration of each metal salt, the dissolution temperature, etc., but it is usually sufficient to stir for about 20 minutes to 1 hour.

상기 본 발명의 두 번째 목적에 따른 방법의 단계 b)에서, 균일한 직경을 가진 구형 세공이 3 차원적으로 규칙적으로 배열된 다공성 탄소 구조체, 즉 지지체의 수중 슬러리는, 예를 들어, 물 100 ml에 대하여 적당량의 탄소지지체 비율로 물에 지지체를 투입하고 교반(stirring)하여 제조한다. 이때, 지지체 응집물을 각각의 지지체 입자로 분리시키고, 지지체의 세공 속에 있는 공기를 탈기시키기 위하여 교반 중간에 초음파 처리(sonication)를 할 수도 있다. 상기 슬러리는 별도의 용기에서 준비하여 상기 금속염 수용액과 반응 용기에서 혼합된다. 수용성 금속염 수용액중의 탄소 지지체 슬러리에서 금속염 용액에 포함된 물과 지지체 슬러리에 포함된 물 및 기타 쏘스(source)에 의해 도입된 물 총량에 대한 수용성 금속염의 농도가 약 1 내지 3 mM 범위, 바람직하게는 약 2 mM이 되게 물을 추가하여 희석하는 것 이 바람직하다. 금속염의 수용액을 희석하는 것은 이하의 단계에서 환원 반응에 의해 촉매 금속이 석출되는 경우 각각의 입자들이 서로 응집되어 뭉침으로써 금속 입자가 커지는 것을 방지하기 위하여 적정한 농도로 미리 희석한다. 교반시간은 약 1∼2시간 정도면 적당하다.In step b) of the method according to the second object of the present invention, the porous carbon structure, i.e. the slurry in the support of a spherical pore having a uniform diameter, three-dimensionally arranged, for example, 100 ml of water It is prepared by adding a support to water at an appropriate amount of carbon support ratio and stirring. At this time, the support aggregate may be separated into respective support particles, and sonication may be performed in the middle of stirring to degas the air in the pores of the support. The slurry is prepared in a separate vessel and mixed with the aqueous metal salt solution in the reaction vessel. The concentration of the water-soluble metal salt in the carbon support slurry in the aqueous solution of the water-soluble metal salt is in the range of about 1 to 3 mM, preferably with respect to the total amount of water included in the metal salt solution, water included in the support slurry, and water introduced by other sources. It is preferable to dilute by adding water to about 2 mM. Diluting the aqueous solution of the metal salt is previously diluted to an appropriate concentration in order to prevent the metal particles from growing by agglomeration and agglomeration of the respective particles when the catalyst metal is precipitated by the reduction reaction in the following steps. The stirring time is suitably about 1 to 2 hours.

상기 본 발명의 두 번째 목적에 따른 방법의 단계 c)는 이하의 환원 반응 단계에서 원활한 환원 반응이 진행될 수 있도록 미리 적절한 pH 범위로 조절하는 단계이다. pH조절에는 통상의 산 또는 염기 수용액이 사용될 수 있다.Step c) of the method according to the second object of the present invention is a step of adjusting to an appropriate pH range in advance so that a smooth reduction reaction may proceed in the following reduction reaction step. Conventional acid or base aqueous solution may be used for pH adjustment.

상기 본 발명의 두 번째 목적에 따른 방법의 단계 d)는 수용성 염 상태의 촉매 금속을 환원시켜 금속으로 지지체 표면에 석출시키는 단계이다. 환원제로는 NaBH4, LiBH4 또는 AlBH4 수용액, 바람직하게는 NaBH4 수용액을 사용하며, 환원되어야 할 금속의 몰수에 비해 과량, 예를 들어, 금속 몰수의 10배 정도에 상당하는 H-를 생성할 정도의 과량으로 NaBH4 수용액을 사용한다.Step d) of the method according to the second object of the present invention is a step of reducing the catalyst metal in the water-soluble salt state to precipitate it on the surface of the support as a metal. As a reducing agent, an aqueous NaBH 4 , LiBH 4 or AlBH 4 solution, preferably an aqueous NaBH 4 solution, generates an excess of H , corresponding to about 10 times the number of moles of metal, relative to the number of moles of metal to be reduced. Use an aqueous NaBH 4 solution in excess.

상기 본 발명의 두 번째 목적에 따른 방법의 단계 e)는 상기 단계 d)에서 환원 반응에 의해 금속 입자가 지지체 표면상에 침전되어 생성된 촉매를 분리, 회수하는 과정으로써, 반응액을 정치시켜 두어서 촉매 입자를 침전시키고, 상층 용액을 분리하여 버린 후 침전물을 물로 반복하여 세척하고 건조시킨다. 세척 과정은 수용성 금속염 중에 포함되어 있던 염소 등의 불순물을 제거하기 위한 과정이다.Step e) of the method according to the second object of the present invention is a process of separating and recovering a catalyst produced by precipitation of metal particles on the surface of the support by the reduction reaction in step d). The catalyst particles are then precipitated, the supernatant is separated off and the precipitate is washed repeatedly with water and dried. The washing process is a process for removing impurities such as chlorine contained in the water-soluble metal salt.

상기 단계들은 특별한 언급이 없는 한 실온 및 대기압하의 공기 분위기 하에서 수행되며, 사용되는 물은 증류수 또는 탈이온수가 바람직하다.The above steps are carried out under an air atmosphere at room temperature and atmospheric pressure unless otherwise noted, and distilled or deionized water is preferably used for the water used.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 더 상세하게 설명하나, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated in detail, this invention is not limited by these Examples.

실시예Example

균일한 직경을 가진 구형 세공이 규칙적으로 배열된 다공성 탄소 구조체의 제조 방법에 관해서는 대한민국 특허 출원 제10-2000-57082호에 상세히 설명되어 있으며, 본 명세서에서는 그 기재 내용을 인용하고, 그 제조에 관해서는 간단히 설명한다.A method for producing a porous carbon structure in which spherical pores having a uniform diameter are regularly arranged is described in detail in Korean Patent Application No. 10-2000-57082, which is incorporated herein by reference, and the preparation thereof is incorporated herein by reference. This is briefly explained.

제조 실시예 1Preparation Example 1

100 nm 이하의 구형 실리카의 제조Preparation of Spherical Silica of 100 nm or Less

1L 둥근바닥 플라스크에 시클로헥산 1500ml, n-헥산올 60ml 및 Tergitol NP-9(비이온성 계면활성제) 190ml를 투입한 후 충분히 교반하여 일정한 크기의 역미셀을 형성시킨 후, 여기에 물 60ml와 28% 암모니아수 17ml를 첨가하고 약 30분 정도 추가로 교반해 주면 마이크로에멀젼(microemulsion) 상태가 된다.1500 ml of cyclohexane, 60 ml of n-hexanol and 190 ml of Tergitol NP-9 (nonionic surfactant) were added to a 1 L round bottom flask, followed by stirring sufficiently to form a reverse micelle of constant size. Then, 60 ml of water and 28% 17 ml of ammonia water is added and stirred for about 30 minutes to obtain a microemulsion state.

이 용액에 TEOS(테트라에틸오르소실리케이트) 100ml를 넣고 계속적으로 약 3∼4일 정도 교반해 주면 용액이 흰색으로 변하고, 콜로이달 실리카가 형성된다. 회전식 진공 증류기(Rotary Vacuum Evaporator)를 이용하여 시클로헥산 용매를 제거한 후 콜로이달 실리카 주위를 둘러싸서 역미셀을 형성하고 있는 계면활성제들이 에탄올 용액 속에 분산되어지도록 에탄올(absolute)을 첨가한 후 약 1시간 정도 교반을 한다. 100 ml of TEOS (tetraethyl orthosilicate) was added to the solution, and the solution was continuously stirred for about 3 to 4 days. The solution turned white and colloidal silica was formed. After removal of the cyclohexane solvent using a rotary vacuum evaporator, around 1 hour after adding ethanol (absolute) to disperse the surfactants forming the reverse micelles around the colloidal silica to be dispersed in the ethanol solution Stir to a degree.

이 콜로이달 실리카 에탄올 용액을 원심분리기(Centrifuge)를 이용해서 5000 ∼ 6000rpm으로 1 ∼ 2시간 원심분리 시켜 콜로이달 실리카를 에탄올 용액으로부터 분리한다. 콜로이달 실리카를 에탄올 용액으로 세척하고 원심분리하는 과정을 2 ∼ 3회 반복하여 잔류 계면활성제를 제거한 후 70 ∼ 80℃의 오븐에서 건조하여 직경 100 nm 미만의 구형 실리카(silica sphere)를 얻는다. The colloidal silica ethanol solution is centrifuged at 5000 to 6000 rpm for 1 to 2 hours using a centrifuge to separate the colloidal silica from the ethanol solution. The colloidal silica was washed with an ethanol solution and centrifuged two to three times to remove residual surfactant and dried in an oven at 70 to 80 ° C. to obtain spherical silica having a diameter of less than 100 nm.

상기의 방법에서 계면활성제, 물 및 TEOS의 양을 조절하면 구형 실리카의 크기를 조절할 수 있으며, 본 발명에서는 표 1에 열거된 바와 같은, 25nm 및 68nm의 직경을 가진 구형 실리카를 제조하였다.In the above method, the size of the spherical silica can be adjusted by adjusting the amount of the surfactant, water, and TEOS. In the present invention, spherical silica having diameters of 25 nm and 68 nm, as listed in Table 1, was prepared.

제조 실시예 2.Preparation Example 2.

100nm 이상의 구형 실리카의 제조Preparation of Spherical Silica Over 100nm

1L 둥근바닥 플라스크에 에탄올(absolute) 1000 ml, 28wt% 암모니아수 40 ml, 증류수 40 ml를 투입한 후 충분히 교반하여 균일하게 혼합한 다음, TEOS 60 ml를 넣고 용액내의 실리콘 알콕사이드 이온들이 충분히 가수분해 되어 균일한 크기로 성장할 수 있도록 약 6 ∼ 7시간동안 교반시켜준다. 1000 ml of ethanol (absolute), 40 ml of 28wt% ammonia and 40 ml of distilled water were added to a 1L round bottom flask, and the mixture was stirred and mixed well. Then, 60 ml of TEOS was added and the silicon alkoxide ions in the solution were sufficiently hydrolyzed. Stir for about 6-7 hours to grow to a size.

제조 실시예 1에서와 유사하게 실리카 에탄올 현탁액을 약 3000rpm으로 20 ∼ 30분간 원심분리시켜 콜로이달 실리카에서 에탄올 용액을 제거한 후, 콜로이달 실리카를 증류수로 세척하고 원심분리하는 과정을 2 ∼ 3회 반복한 후 오븐에서 70 ∼ 80℃로 건조시켜주면 400 nm 정도 구형 실리카들을 얻을 수 있다. Similar to Preparation Example 1, the silica ethanol suspension was centrifuged at about 3000 rpm for 20 to 30 minutes to remove the ethanol solution from the colloidal silica, followed by washing the colloidal silica with distilled water and centrifuging 2-3 times. After drying in the oven at 70 ~ 80 ℃ to obtain spherical silica about 400 nm.

암모니아, 물, TEOS의 혼합비율을 조절하여 상기 표 1에 열거된 100 nm 이상 의 직경을 가진 구형 실리카들을 제조하였다.Spherical silica having a diameter of 100 nm or more listed in Table 1 was prepared by adjusting the mixing ratio of ammonia, water and TEOS.

제조 실시예 3.Preparation Example 3.

다공성 탄소 구조체의 제조Fabrication of Porous Carbon Structures

구형 실리카를 적층시켜 만든 실리카 주형틀의 구형 실리카들 사이에 있는 빈 공극에 탄소 전구체인 당류 등 탄화수소 또는 고분자 단량체를 채운 후 중합한 고분자를 탄소화 반응시키면 다공성 탄소 구조체를 얻을 수 있다. 다음의 구조체를 합성하였다.A porous carbon structure can be obtained by filling a hollow void between the spherical silicas of a silica mold made by stacking spherical silicas with a hydrocarbon or polymer monomer such as a saccharide as a carbon precursor and then carbonizing the polymerized polymer. The following structure was synthesized.

먼저, 직경이 약 250nm의 균일한 크기를 가진 구형 실리카 1 g을 침강법을 사용하여 잘 적층시켜 실리카 주형틀을 만든 후 디비닐벤젠(divinylbenzene) 단량체 4ml에 AIBN(개시제) 0.1845g의 비율로 혼합한 용액에 상기 주형틀을 침지하여 공극에 DVB 와 AIBN 을 주입한 후 약 70℃에서 12시간 동안 라디칼 중합시킨 후, 튜브 퍼니스(Tube furnace)에서 아르곤 가스를 흘려보내면서 약 1000℃에서 8시간 동안 탄소화 반응을 시킨 다음 불화수소 용액을 사용하여 실리카 주형틀을 제거함으로써 다공성 탄소 구조체를 합성하였다.First, 1 g of spherical silica having a uniform size of about 250 nm in diameter is laminated well using sedimentation method to form a silica mold, and then mixed with 4 ml of divinylbenzene monomer at a ratio of 0.1845 g of AIBN (initiator). After immersing the mold in one solution to inject DVB and AIBN into the pores, radical polymerization was carried out at about 70 ° C. for 12 hours, and then argon gas was flowed from a tube furnace for 8 hours at about 1000 ° C. After the carbonization reaction, the porous carbon structure was synthesized by removing the silica template using a hydrogen fluoride solution.

두번째로, 위에서와 동일하게 제조된 실리카 주형틀의 공극에 페놀 5g에 포름알데하이드 3.5ml의 비율로 혼합한 용액과 황산 촉매 0.28ml를 주입한 후 125℃에서 축합반응시켜 페놀수지를 만들어 실리카-고분자 복합체를 만든 후, 튜브 퍼니스에서 아르곤 가스를 흘려보내면서 약 1000℃에서 8시간동안 탄소화 반응을 시킨 다음 불화수소 용액을 사용하여 실리카 주형틀을 제거함으로써 다공성 탄소 구조체 를 합성하였다. 이 때, 형태(morphology) 제어를 통해 두가지 다른 형태를 가지는 다공성 탄소 구조체를 제조할 수 있다. 먼저, 적층된 구형 실리카들 사이의 빈 공극을 페놀수지로 가득 채운 후 고분자화 반응 및 탄소화 반응을 거친 후 실리카 주형틀을 제거함으로써 구형 실리카 입자들 사이의 공극이 꽉 찬 다공성 탄소 구조체를 제조하는 방법(volume templating)이 있다. 두번째 방법은 AlCl3를 이용해 구형 실리카들의 표면에 Al을 치환시키고 이 Al 때문에 생기는 산을 이용하여 실리카 표면에서만 페놀과 포름알데히드의 축합반응이 규칙적으로 진행하도록 유도시킨 후, 탄소화 반응을 거친 후 불화수소 용액을 이용하여 실리카 주형틀을 제거함으로써 실리카 표면에만 탄소껍질이 형성된 다공성 탄소 구조체를 제조하는 방법(surface templating)이 있다.Secondly, a solution of a mixture of 5g of phenol and 3.5 ml of formaldehyde and 0.28ml of sulfuric acid catalyst was injected into the pores of the silica mold prepared in the same manner as above, and condensation reaction was carried out at 125 ° C. to form a phenolic resin. After the composite was prepared, a carbonaceous reaction was carried out at about 1000 ° C. for 8 hours while argon gas was flowed from a tube furnace, and then a porous carbon structure was synthesized by removing the silica template using a hydrogen fluoride solution. In this case, it is possible to manufacture a porous carbon structure having two different forms through morphology control. First, a porous carbon structure in which pores between spherical silica particles are filled by filling the empty voids between the stacked spherical silicas with phenol resin and then undergoing a polymerization reaction and a carbonization reaction and then removing the silica template. There is a method (volume templating). In the second method, AlCl 3 is used to displace Al on the surfaces of spherical silicas, and the acid generated by Al causes the condensation reaction of phenol and formaldehyde to proceed regularly only on the silica surface. There is a method of manufacturing a porous carbon structure in which a carbon shell is formed only on a silica surface by removing a silica mold using a hydrogen solution.

제조 실시예 3에서 제조한 다양한 직경을 가지는 세공을 가진 다공성 탄소 구조체의 주사 전자 현미경(SEM) 사진을 도 2에 나타내었다. 구체적으로, a) 약 25 nm, b) 약 68 nm, c) 약 245 nm, 및 d) 약 512 nm 의 직경을 각각 가지는 다공성 탄소 구조체의 SEM 사진이다.A scanning electron microscope (SEM) photograph of the porous carbon structure having pores having various diameters prepared in Preparation Example 3 is shown in FIG. 2. Specifically, SEM images of porous carbon structures each having a diameter of a) about 25 nm, b) about 68 nm, c) about 245 nm, and d) about 512 nm.

또한 각각의 상기 탄소 구조체의 표면적 기타 특성은 다른 지지체의 특성과 함께 표 1에 나타내었다.In addition, the surface area and other properties of each of the carbon structures are shown in Table 1 together with the properties of other supports.

실시예 1Example 1

Pt-Ru 촉매의 제조Preparation of Pt-Ru Catalyst

80㎖의 증류수가 들어있는 250㎖ 비이커에 H2PtCl6과 RuCl3을 1:1 몰비가 되도록 각각 1g 및 0.5206g을 투입하고 30분간 교반하여 용해시켜 금속염 용액을 제조한 후 3ℓ삼각플라스크에 금속염 용액을 옮겨 부었다. 증류수 100㎖가 들어 있는 250㎖ 비이커에 상기 제조실시예에서 제조한, 직경 245nm의 세공을 가진, 볼륨 템플레이팅법으로 제조한 다공성 탄소 구조체 0.1552g을 투입하고 30분간 교반한 다음 상기 금속염 용액에 천천히 첨가한 후 증류수 1800㎖을 투입하여 금속염의 전체 농도가 약 2mM정도 되게 희석시킨 후 1시간 동안 교반하였다. 그 후, 20wt% NaOH 수용액을 첨가하여 pH를 8로 조절한 후, NaBH4 1.5g을 증류수 20㎖에 용해시킨 후 금속염-탄소 혼합 분산액에 천천히 첨가하고 약 2시간 동안 교반시킨 후 교반을 중지하고 방치하여 침전을 형성시켰다. 상층 용액이 맑아지면 상층액을 따라 버리고 0.2 ㎛ 나일론 여과용지를 이용하여 여과한 후 증류수로 3회 반복 세척하고 80℃에서 건조시켜 규칙적으로 배열된 직경 245nm의 균일한 세공을 갖는 다공성 탄소 구조체에 1:1 몰비를 갖는 Pt-Ru 합금 촉매 금속이 80wt%로 담지된 연료 전지용 전극 촉매 0.76g을 얻었다.1 g and 0.5206 g of H 2 PtCl 6 and RuCl 3 were added to a 250 ml beaker containing 80 ml of distilled water in a 1: 1 molar ratio, and stirred for 30 minutes to dissolve and prepare a metal salt solution. Transfer the solution. Into a 250 ml beaker containing 100 ml of distilled water was added 0.1552 g of the porous carbon structure prepared by the volume template method, which had pores of 245 nm in diameter, stirred for 30 minutes, and then slowly added to the metal salt solution. After addition, 1800 ml of distilled water was added thereto, and the total concentration of the metal salt was diluted to about 2 mM, followed by stirring for 1 hour. Then, pH was adjusted to 8 by adding 20 wt% NaOH aqueous solution, and then 1.5 g of NaBH 4 was dissolved in 20 ml of distilled water, slowly added to the metal salt-carbon mixed dispersion, stirred for about 2 hours, and then the stirring was stopped. It was left to form a precipitate. When the supernatant solution is clear, the supernatant is discarded, filtered using 0.2 μm nylon filter paper, washed three times with distilled water and dried at 80 ° C. in a porous carbon structure having uniform pore diameters of 245 nm. 0.76 g of an electrode catalyst for a fuel cell carrying 80 wt% of a Pt-Ru alloy catalyst metal having a: 1 molar ratio was obtained.

실시예 2 내지 5Examples 2-5

직경이 25, 68, 512 및 806nm인 세공을 가지는 다공성 탄소 구조체를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 각각 규칙적으로 배열된 직경 25nm(실시예 2), 68nm(실시예 3), 512nm(실시예 4) 및 812nm(실시예 5)의 균일한 세공을 갖는 다공성 탄소 구조체에 1:1 몰비를 갖는 Pt-Ru 합금 촉매 금속이 80wt%로 담지된 연료 전지용 전극 촉매 0.74 내지 0.76g을 얻었다. 25 nm (Example 2) and 68 nm (Example 3) regularly arranged in the same manner as in Example 1, except that porous carbon structures having pores having diameters of 25, 68, 512 and 806 nm were used. 0.74 to 0.76 g of an electrode catalyst for a fuel cell in which a Pt-Ru alloy catalyst metal having a 1: 1 molar ratio of 80 wt% is supported on a porous carbon structure having uniform pores of 512 nm (Example 4) and 812 nm (Example 5). Got.

실시예 1 내지 5에서 제조한 촉매 중 다공성 탄소 지지체의 기공 크기가 68, 245 및 512nm인 것의 TEM 사진을 도 5a, 5b, 및 5c에 각각 나타내었다.TEM images of the pore sizes of the porous carbon support in the catalysts prepared in Examples 1 to 5 are 68, 245 and 512 nm are shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C, respectively.

실시예 6Example 6

PtRuCoW 4성분계 촉매의 제조Preparation of PtRuCoW Four-Component Catalysts

150㎖의 증류수가 들어있는 250㎖ 비이커에 H2PtCl6, RuCl3, CoCl2 , Na2WO4를 Pt:Ru:Co:W의 몰비가 0.55:0.22:0.11:0.11이 되도록 H2PtCl6 2.7869g, RuCl3 0.5462g, CoCl2 0.1428g 및 Na2WO4 0.3628g을 투입한 후 30분간 교반하여 용해시킨 후, 5ℓ 삼각플라스크에 상기 금속염 용액을 옮겨 부었다. 세공의 직경이 250 nm인 다공성 탄소 0.3906g(금속무게의 20wt%)을 250㎖ 비이커에서 증류수 100㎖와 혼합한 후 30분간 교반시킨 다음 금속염 용액에 천천히 첨가한 후 금속염의 전체 농도가 2mM 정도 되게 증류수 4.5ℓ를 첨가하여 희석시킨 후 1시간 정도 교반하였다. 20wt% NaOH용액을 이용하여 pH를 8-9로 조절한 후, 3.8g NaBH4를 증류수 40ml에 녹인 용액을 금속염-탄소 혼합 용액에 천천히 첨가하고 약 2시간 동안 교반한 후 교반을 중지하고 방치하여 침전을 형성시켰다. 상층 용액이 맑아지면 0.2 ㎛의 포어를 가진 나일론 여과용지를 이용하여 여과한 후 증류수로 3회 반복 세척한 후 80℃에서 건조하여 PtRuCoW 4성분계 합금이 담지된 촉매를 제조하였다. 250㎖ the beaker containing distilled water at 150㎖ H 2 PtCl 6, RuCl 3 , CoCl 2, the Na 2 WO 4 Pt: Ru: Co: the molar ratio of W 0.55: 0.22: 0.11: 0.11 H 2 PtCl 6 to the 2.7869g, 0.5462g of RuCl 3, 0.1428g of CoCl 2 and 0.3628g of Na 2 WO 4 were added thereto, stirred for 30 minutes to dissolve, and then, the metal salt solution was transferred to a 5L Erlenmeyer flask. 0.3906 g of porous carbon having a pore diameter of 250 nm (20 wt% of metal weight) was mixed with 100 ml of distilled water in a 250 ml beaker, stirred for 30 minutes, and slowly added to the metal salt solution. The total concentration of the metal salt was about 2 mM. 4.5 L of distilled water was added and diluted, followed by stirring for about 1 hour. After adjusting the pH to 8-9 using 20wt% NaOH solution, 3.8g NaBH 4 dissolved in 40ml of distilled water was slowly added to the metal salt-carbon mixed solution and stirred for about 2 hours, and then the stirring was stopped and left to stand. A precipitate formed. When the upper solution was clear, the filter was filtered using a nylon filter paper having a pore of 0.2 μm, washed three times with distilled water, and dried at 80 ° C. to prepare a catalyst having a PtRuCoW 4-component alloy.

비교 실시예 1Comparative Example 1

탄소 지지체로서 Cabot Co.의 Vulcan XC-72 카본 블랙을 0.4137g 사용하여 실시예 1에서와 동일한 방법을 반복하여 카본 블랙에 1:1 몰비를 갖는 Pt-Ru 합금 촉매 금속이 60wt%로 담지된 연료 전지용 전극 촉매 0.98g을 얻었다.Using 0.4137 g of Vulcan XC-72 carbon black from Cabot Co. as the carbon support, the same method as in Example 1 was repeated to carry a 60 wt% Pt-Ru alloy catalyst metal having a 1: 1 molar ratio on the carbon black. 0.98 g of battery electrode catalysts were obtained.

실험예 1Experimental Example 1

상기 실시예들에서 제조한 촉매중 25nm 및 68nm 크기의 세공을 가진 탄소구조체를 지지체로 사용한 촉매에 대해 흡착 실험을 다음과 같이 행하였다.Adsorption experiments were carried out on the catalysts using carbon structures having pore sizes of 25 nm and 68 nm in the catalysts prepared in Examples as a support.

촉매 0.1g을 칭량하여 샘플 분석 튜브에 넣고 150℃에서 4시간 전처리 하여 시료에 흡착되어 있는 수분 및 불순들을 제거한 후 액체 질소하에서 상대압력을 0에서 1까지 증가시키면서 시료에 질소기체를 흡착시키고 다시 상대압력을 1에서 0.1까지 감압시키면서 시료에 흡착된 질소기체를 탈착시키면서 상대압력에 따른 흡착 부피를 측정하여, 그 결과를 도 3에 흡착등온선으로 나타내었다. 이때 흡착된 질소기체 분자의 부피를 이용하여 BET식 및 BJH 방법을 사용하여 시료가 가지고 있는 표면적, 세공부피 및 세공크기 분포 등을 측정할 수 있다. 본 발명에서 제조한 다공성 탄소구조체 및 촉매들의 BET 흡착 등온선은 IUPAC 정의에 따라 Type Ⅵ에 해당되는 메조 세공 물질의 특성을 나타내고 있음을 알 수 있으며 표면적, 세공 부피 등을 표 1에 나타내었다.0.1 g of the catalyst was weighed and placed in a sample analysis tube and pretreated at 150 ° C. for 4 hours to remove moisture and impurities adsorbed on the sample. Then, nitrogen gas was adsorbed onto the sample while increasing the relative pressure from 0 to 1 under liquid nitrogen. While depressurizing the pressure from 1 to 0.1, the adsorption volume according to the relative pressure was measured while desorbing the nitrogen gas adsorbed on the sample, and the results are shown as adsorption isotherms in FIG. In this case, the surface area, pore volume, and pore size distribution of the sample may be measured using the BET equation and the BJH method using the volume of the adsorbed nitrogen gas molecules. The BET adsorption isotherm of the porous carbon structures and catalysts prepared in the present invention shows the characteristics of the mesoporous material corresponding to Type VI according to the definition of IUPAC, and the surface area and pore volume are shown in Table 1.

실시예들에서 제조한 Pt-Ru촉매의 XRD(X-Ray Diffraction) 분석패턴을 도 4 에 나타내었다. X-선 회절 분석은 리가쿠 1200(Rigaku 1200)을 사용하고, Cu Kα조사(radiation), Ni-β필터(filter), 40kV, 20mA에서 4o/분으로 10o∼100o의 2θ값 영역에서 분석하였다. XRD상의 결정구조는 백금의 면심입방구조(fcc:face-centered cubic)구조를 보여준다. 다공성 탄소와 Vulcan 탄소를 지지체로 사용하여 NaBH4 환원법으로 합성된 각 촉매의 XRD 패턴은 2θ=40, 68, 83 부근에서 E-TEK 촉매와 같은 패턴을 나타내는 것으로 보아 각 촉매들의 금속들은 백금과 합금이 잘 이루어진 것을 알 수 있으며, 각 촉매들의 입자 크기는 쉬러 식(Sherrer's equation)을 사용하여 백금 fcc격자의 (220) 회절의 피크넓이(peak broadening)를 통해 계산하였다. 각 촉매들의 대략의 입자 크기는 2∼3㎚ 정도 되었으며 전자현미경 사진으로 확인한 결과와 일치함을 보여주고 있다. The X-ray diffraction (XRD) analysis pattern of the Pt-Ru catalyst prepared in Examples is shown in FIG. 4. X-ray diffraction analysis using Rigaku 1200, Cu Kα irradiation, Ni-β filter, 2θ value range of 10 o to 100 o at 40 kV, 20 mA at 4 o / min. Analyze The crystal structure on the XRD shows the face-centered cubic (fcc) structure of platinum. The XRD pattern of each catalyst synthesized by NaBH 4 reduction method using porous carbon and Vulcan carbon as a support shows the same pattern as E-TEK catalyst at around 2θ = 40, 68 and 83. It can be seen that this is well done, the particle size of each catalyst was calculated through the peak broadening of the (220) diffraction of the platinum fcc lattice using the Scherrer's equation. The approximate particle size of each catalyst was about 2 to 3 nm, which is in agreement with the results confirmed by electron micrographs.

또한, 실시예들에서 제조한 Pt-Ru 전극 촉매에서 탄소지지체에 담지된 Pt-Ru촉매의 상태를 전자현미경으로 관찰하고 그 사진을 도 5에 나타내었다. In addition, the state of the Pt-Ru catalyst supported on the carbon support in the Pt-Ru electrode catalyst prepared in Examples was observed by electron microscopy and the photo is shown in FIG. 5.

실험예 2Experimental Example 2

메탄올 산화 반응에 대한 촉매 활성의 평가Evaluation of Catalytic Activity for Methanol Oxidation

본 발명의 서로 다른 크기의 세공을 가지는 다공성 탄소를 지지체로 사용하여 제조한 Pt-Ru 합금촉매의 메탄올 산화반응에 대한 촉매 활성을 사이클릭 볼타메트리[cyclic voltammetry(CV)]를 이용하여 측정하였다. 그 결과를 시판중인 E-TEK Pt-Ru 합금촉매(60wt.% 금속 담지) 및 제조 실시예 1에서 제조한 카본블랙(Vulcan XC-72, Cabot Co.)을 지지체로 사용하여 합성한 Pt-Ru(몰비1:1) 합금촉매의 활성과 함께 비교하여 도 6a에 나타내었다. The catalytic activity of methanol oxidation of Pt-Ru alloy catalyst prepared using porous carbon having different size pores of the present invention as a support was measured by cyclic voltammetry (CV). . The result was synthesized using a commercially available E-TEK Pt-Ru alloy catalyst (supporting 60 wt.% Metal) and carbon black (Vulcan XC-72, Cabot Co.) prepared in Preparation Example 1 as a support. (Molar ratio 1: 1) It is shown in FIG. 6A compared with the activity of an alloy catalyst.

한편, 도 6b는 본 발명에 따라 합성된 직경이 25nm인 세공을 가진 다공성 탄소를 지지체로 사용하여 제조된 백금-루테늄 합금촉매와 상용 백금-루테늄 합금촉매(E-TEK)의 에탄올 산화반응에 대한 촉매의 활성을 나타내는 사이클릭 볼타모그램(cyclic voltammogram)이다.On the other hand, Figure 6b is a ethanol oxidation reaction of the platinum-ruthenium alloy catalyst and commercial platinum-ruthenium alloy catalyst (E-TEK) prepared using a porous carbon having a pore diameter of 25nm synthesized according to the present invention as a support Cyclic voltammogram showing the activity of the catalyst.

사이클릭 볼타모그램은 EG&G Model 362 스캐닝 포텐티오스탯(Scanning Potentiostat)을 사용하였으며 반응 셀(cell)은 테프론으로 제작하여 사용하였다. 기준전극(Reference electrode)은 실험실에서 제작한 은/염화은(Ag/AgCl) 전극을 라긴 모세관(luggin capillary)를 사용하여 작업전극(working electrode)에 매우 가깝게 위치시켰다. 상대전극(Counter electrode)은 작업전극보다 넓은 면적의 백금 전극(Pt gauze, 100 mesh, Aldrich)를 사용하였다. 전해질은 0.5M 황산용액과 1.0M 메탄올 용액이 혼합된 수용액을 사용하였으며, 용액내의 용존 산소를 제거하기 위해 용액에 충분히 질소 가스를 퍼지한 후 사용하였다. 작업전극은 탄소종이(1.5㎝x1.5㎝)에 촉매를 바른 후 셀 사이에 위치시키고, 얇은 금 조각을 고무 개스킷과 탄소종이 사이에 끼워 고정시켰으며, 이때, 전해질에 노출된 작업전극의 단면적은 약 0.95㎠이었다. 전위는 -350mV에서 1350mV까지의 범위에서 20mV/s의 스캔 속도(scan rate)로 변화시켰다. The cyclic voltammogram used EG & G Model 362 Scanning Potentiostat and the reaction cell was made of Teflon. The reference electrode was placed very close to the working electrode using a labyrinth of silver / silver chloride (Ag / AgCl) electrodes using luggin capillary. The counter electrode (Pt gauze, 100 mesh, Aldrich) of a larger area than the working electrode was used. The electrolyte used was an aqueous solution mixed with 0.5M sulfuric acid solution and 1.0M methanol solution, and was used after sufficiently purging nitrogen gas in the solution to remove dissolved oxygen in the solution. The working electrode was placed between the cells after applying carbon catalyst (1.5 cm x 1.5 cm) and a thin piece of gold was sandwiched between the rubber gasket and the carbon paper to fix the cross section of the working electrode exposed to the electrolyte. Was about 0.95 cm 2. The potential was varied at a scan rate of 20 mV / s in the range from -350 mV to 1350 mV.

도 6a에서 보면, 각 전극 촉매들은 0.25∼1V영역(vs. Ag/AgCl)에서 산화전류 피크가 나타나고, 0.4∼0.6V영역(vs. Ag/AgCl)에서 환원전류 피크가 나타나고 있 다. 도면에 나타난 바와 같이, 본 발명의 다공성 탄소 구조체를 지지체로 사용하여 제조한 Pt50Ru50촉매가 Vulcan 탄소를 지지체로 사용하여 제조한 Pt50Ru 50촉매(제조 실시예 1)나 E-TEK 촉매보다 메탄올 산화반응에 대하여 보다 향상된 촉매 활성을 나타내고 있음을 알 수 있다. 이는 본 발명의 다공성 탄소가 가지는 몇 가지 특성 때문인 것으로 생각된다. 즉, 넓은 표면적에 금속촉매가 균일하게 분산되어 메탄올 산화반응에 대하여 넓은 반응면적을 제공함과 동시에 규칙적이고 3차원적으로 잘 발달된 균일한 세공은 전해질 용액의 이동과 확산을 자유롭게 하여 연료인 메탄올이 촉매표면에 쉽게 접근하여 메탄올 산화반응이 빨리 진행 될 수 있으므로 종래의 카본 블랙 지지체에 비해 우수한 활성을 나타낸 것으로 판단된다In FIG. 6A, each electrode catalyst exhibits an oxidation current peak in a 0.25 to 1 V region (vs. Ag / AgCl) and a reduction current peak in a 0.4 to 0.6 V region (vs. Ag / AgCl). As shown in the figure, this was prepared by using a porous carbon structure to support Pt 50 Ru of the invention 50 the catalyst is Pt 50 Ru 50 catalyst was prepared by using Vulcan carbon as a support (Example 1) or E-TEK catalyst It can be seen that it shows more improved catalytic activity for methanol oxidation. This is considered to be due to some properties of the porous carbon of the present invention. That is, the metal catalyst is uniformly dispersed over a large surface area to provide a wide reaction area for methanol oxidation, and the uniform and well-developed uniform pores freely move and diffuse the electrolyte solution, allowing methanol to be a fuel. It is considered that it showed superior activity compared to the conventional carbon black support because the methanol oxidation reaction can proceed quickly with easy access to the catalyst surface.

도 6b에서, 본 발명의 촉매는 메탄올은 물론 에탄올의 산화 반응에 대해서도 상업적으로 판매되고 있는 촉매에 비해 활성이 우수함을 알 수 있다.In Figure 6b, it can be seen that the catalyst of the present invention has superior activity compared to commercially available catalysts for the oxidation reaction of ethanol as well as methanol.

실험예 3Experimental Example 3

단위 전지 성능 시험Unit battery performance test

양극에는 상기 실시예 1 내지 6 및 제조 실시예 1에서 제조한 촉매를 사용하여 제조한 전극 또는 상업적 E-TEK 촉매 전극을, 음극에는 Pt 블랙(Johnson Matthey)을 각각 장착한, 활성면적이 2㎠인 단위전지 셀을 제작하고 나피온(Nafion)을 전해질로 하여 연료극에는 2M 메탄올 용액을 1㎖/분의 속도로 흘려주고, 공기극에는 산소 가스를 300㎖/분의 속도로 흘려주면서 전류 밀도와 전지 전압을 측정하여 단위 전지 성능 시험을 수행하였으며 그 결과를 시판중인 E-TEK Pt-Ru 합금촉매(60wt.% 금속 담지) 및 제조 실시예 1에서 제조한 카본블랙(Vulcan XC-72, Cabot Co.)을 지지체로 사용하여 합성한 Pt-Ru(몰비1:1) 합금촉매의 단위전지 성능실험 결과와 함께 도 7에 나타내었다. The anode is equipped with an electrode prepared by using the catalysts prepared in Examples 1 to 6 and Preparation Example 1 or commercial E-TEK catalyst electrode, and the cathode is equipped with Pt black (Johnson Matthey), respectively. Phosphorus unit cell was fabricated, Nafion was used as electrolyte, 2M methanol solution was flowed to the anode at 1ml / min, and oxygen gas was flowed at 300ml / min to the cathode, resulting in current density and battery The unit cell performance test was performed by measuring the voltage, and the results were obtained using a commercially available E-TEK Pt-Ru alloy catalyst (supporting 60 wt.% Metal) and carbon black prepared in Preparation Example 1 (Vulcan XC-72, Cabot Co. 7 shows the results of the unit cell performance test of the Pt-Ru (molar ratio 1: 1) alloy catalyst synthesized using the same as the support.

도 7a 및 도 7b에서 보면, 본 발명의 다공성 탄소 구조체를 지지체로 사용하여 제조한 Pt-Ru 합금 촉매의 메탄올 산화에 대한 단위 전지 성능은 E-TEK 촉매에 비하여 15% 이상 향상되었음을 알 수 있어서 본 발명의 전극 촉매가 매우 우수한 연료 전지용 촉매임을 알 수 있다. 7A and 7B, it can be seen that the unit cell performance for methanol oxidation of the Pt-Ru alloy catalyst prepared using the porous carbon structure of the present invention as a support was improved by 15% or more compared to the E-TEK catalyst. It can be seen that the electrode catalyst of the invention is a very good catalyst for fuel cells.

도 7c는 직경이 약 245nm인 세공을 가진 다공성 탄소에 PtRuCoW 4성분계 합금을 담지시킨 촉매와 상용 백금-루테늄 합금촉매(E-TEK)의 30℃(7a)와 70℃(7b)에서 측정한 단위전지 성능 곡선이다. 직경이 245nm인 다공성 탄소에 담지시킨 백금-루테늄 합금촉매의 경우 30℃에서 상용 백금-루테늄 합금촉매보다 약 30% 성능이 향상된 메탄올 산화반응 특성을 나타낸 반면에 PtRuCoW 4성분계 합금촉매는 약 60% 성능향상을 나타내었으며 70℃에서는 직경이 250nm인 다공성 탄소에 담지시킨 상용 백금-루테늄 합금촉매보다 약 15% 성능이 향상된 메탄올 산화반응 특성을 나타낸 반면에 백금-루테늄-코발트-텅스텐 4성분계 합금촉매는 약 27% 성능향상을 나타내었다.7C is a unit measured at 30 ° C. (7a) and 70 ° C. (7b) of a commercially available platinum-ruthenium alloy catalyst (E-TEK) and a catalyst carrying a PtRuCoW tetracomponent alloy on porous carbon with pores having a diameter of about 245 nm. Cell performance curve. The platinum-ruthenium alloy catalyst supported on the porous carbon with diameter of 245nm showed methanol oxidation performance improved by about 30% over the commercial platinum-ruthenium alloy catalyst at 30 ° C, whereas the PtRuCoW four-component alloy catalyst had about 60% performance. At 70 ° C, methanol oxidation was improved by about 15% over the commercial platinum-ruthenium alloy catalyst supported on porous carbon of 250 nm in diameter, whereas the platinum-ruthenium-cobalt-tungsten tetracomponent alloy catalyst was about 70%. 27% performance improvement.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른, 전기전도성이 우수하고 표면적이 넓으며 균일한 직경을 가진 구형 세공이 규칙적으로 3차원적으로 배열된 다공성 탄소 구조체를 지지체로 사용하여 제조된 연료 전지용 전극촉매는 소량의 활성 금속을 사용하여 제조할 수 있고, 금속을 2 내지 3 nm의 미세한 크기로 분산시킬 수 있으며, 규칙적으로 배열된 세공 사이로 반응물 및 생성물의 이동과 확산이 원활하여 종래의 카본블랙을 지지체로 하여 제조한 Pt-Ru 또는 Pt 촉매보다 높은 촉매 활성을 가지고 있어 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있으며, 수용액상태에서 간단한 방법을 통해 제조할 수 있다.As described above, according to the present invention, an electrocatalyst for a fuel cell manufactured using a porous carbon structure having excellent electrical conductivity, a large surface area, and a uniform diameter of three-dimensionally arranged porous carbon structures as a support is It can be prepared using a small amount of active metal, can disperse the metal into fine size of 2 to 3 nm, and smoothly transfer and diffusion of reactants and products through regularly arranged pores, so that the conventional carbon black is used as a support. It has a higher catalytic activity than the Pt-Ru or Pt catalyst prepared by the present invention can improve the performance of the fuel cell, it can be prepared by a simple method in the aqueous solution state.

Claims (6)

직경 5 ㎚ 내지 1 ㎛ 범위의 균일한 직경을 가진 구형 세공이 3 차원적으로 규칙적으로 배열된 다공성 탄소 구조체에 2 nm 내지 3 nm 크기의 활성 금속이 전체 촉매중량에 대해 5 내지 95중량%로 담지된 것을 특징으로 하는 연료 전지용 전극 촉매.In a porous carbon structure in which spherical pores having a uniform diameter in the range of 5 nm to 1 μm in diameter are arranged in three dimensions regularly, an active metal having a size of 2 nm to 3 nm is supported at 5 to 95% by weight based on the total catalyst weight. An electrode catalyst for fuel cell, characterized in that. 제1항에 있어서, 상기 탄소 구조체는 디비닐벤젠, 아크릴로니트릴, 페놀레진, 염화비닐, 비닐아세테이트, 스티렌, 메타크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 푸르푸릴 알코올, 레조르시놀-포름알데히드, 설탕, 일반식 CH2=CRR'로 나타내어지는 화합물(여기서, R 및 R'은 알킬기 또는 아릴기이다) 또는 메조페이스 피치중에서 선택되는 탄소화 반응에 의해 흑연성 탄소를 형성하는 탄소 전구체를 이용하여 제조된 것임을 특징으로 하는 연료 전지용 전극 촉매.The method of claim 1, wherein the carbon structure is divinylbenzene, acrylonitrile, phenol resin, vinyl chloride, vinyl acetate, styrene, methacrylate, methyl methacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, furfuryl alcohol, reso Graphite carbon is formed by a carbonation reaction selected from lecinol-formaldehyde, sugar, a compound represented by the general formula CH 2 = CRR ', wherein R and R' are alkyl or aryl groups or mesophase pitch Electrode catalyst for a fuel cell, characterized in that manufactured using a carbon precursor. 제1항에 있어서, 상기 활성 금속은 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 몰리브덴(Mo), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 레늄(Re), 팔라듐(Pd), 바나듐(V), 코발트(Co), 텅스텐(W), 백금-루테늄(Pt-Ru) 합금, Pt-Ru-Rh 합금, Pt-Ru-Co-W 합금 또는 Pt-Ru-Mo-W 합금인 것을 특징으로 하는 연료 전지용 전극 촉매. The method of claim 1, wherein the active metal is platinum (Pt), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), molybdenum (Mo), osmium (Os), iridium (Ir), rhenium (Re), palladium (Pd), Vanadium (V), cobalt (Co), tungsten (W), platinum-ruthenium (Pt-Ru) alloys, Pt-Ru-Rh alloys, Pt-Ru-Co-W alloys or Pt-Ru-Mo-W alloys An electrode catalyst for a fuel cell, characterized in that. 삭제delete a) 촉매 활성을 갖는 금속의 수용성 염을 물에 용해시키는 단계; a) dissolving a water-soluble salt of a metal having catalytic activity in water; b) 규칙적으로 배열된 균일한 세공을 가진 탄소 구조체의 수중 슬러리를 반응 용기에 투입하고 수용성 금속염의 수용액과 혼합하는 단계; b) injecting an aqueous slurry of a carbon structure with uniformly arranged uniform pores into a reaction vessel and mixing with an aqueous solution of a water-soluble metal salt; c) 염기성 또는 산성 수용액을 첨가하여 반응 용액의 pH를 8∼9로 조절하는 단계; c) adjusting the pH of the reaction solution to 8-9 by adding a basic or acidic aqueous solution; d) 환원제를 반응 용액에 첨가하여 침전을 형성하는 단계; 및 d) adding a reducing agent to the reaction solution to form a precipitate; And f) 촉매를 회수하는 단계를 포함함을 특징으로 하여 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 따른 연료 전지용 촉매의 제조 방법.f) recovering the catalyst, the method of producing a catalyst for a fuel cell according to any one of claims 1 to 3. 제5항에 있어서, 상기 단계 b)는 수용성 금속염의 농도를 1mM 내지 3mM이 되도록 물로 희석하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 단계 d)의 환원제는 NaBH4, LiBH4 또는 AlBH4 수용액임을 특징으로 하는 연료 전지용 촉매의 제조 방법.The method of claim 5, wherein step b) further comprises the step of diluting the water-soluble metal salt concentration to 1mM to 3mM, wherein the reducing agent of step d) is NaBH 4 , LiBH 4 or AlBH 4 aqueous solution A method for producing a catalyst for a fuel cell.
KR1020030087761A 2003-12-04 2003-12-04 Electrocatalysts for fuel cell supported by porous carbon structure having regularly 3-dimensionally arranged spherical pores of uniform diameter and their preparation method KR100574030B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030087761A KR100574030B1 (en) 2003-12-04 2003-12-04 Electrocatalysts for fuel cell supported by porous carbon structure having regularly 3-dimensionally arranged spherical pores of uniform diameter and their preparation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030087761A KR100574030B1 (en) 2003-12-04 2003-12-04 Electrocatalysts for fuel cell supported by porous carbon structure having regularly 3-dimensionally arranged spherical pores of uniform diameter and their preparation method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050054389A KR20050054389A (en) 2005-06-10
KR100574030B1 true KR100574030B1 (en) 2006-04-26

Family

ID=37249728

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030087761A KR100574030B1 (en) 2003-12-04 2003-12-04 Electrocatalysts for fuel cell supported by porous carbon structure having regularly 3-dimensionally arranged spherical pores of uniform diameter and their preparation method

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100574030B1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101013600B1 (en) 2008-07-30 2011-02-14 고려대학교 산학협력단 Colloidal-Imprinted carbon structure, Preparing method thereof and ?? carbon supported catalysts for electrodes of fuel cell using thereof
US9272909B2 (en) 2011-07-26 2016-03-01 Sogang University Research Foundation Porous carbon particle and producing method of the same
WO2016195313A1 (en) * 2015-05-29 2016-12-08 코오롱인더스트리 주식회사 Cathode catalyst layer for fuel cell, preparation method therefor, and membrane-electrode assembly for fuel cell including cathode catalyst layer
US10058845B2 (en) 2012-02-27 2018-08-28 Sogang University Research Foundation Porous carbon particles and preparation method thereof
KR20200081851A (en) 2018-12-28 2020-07-08 엘티메탈 주식회사 Preparation of Reduced Palladium on Activated Carbon without Reducing Agent
KR20220076621A (en) 2020-12-01 2022-06-08 재단법인 한국탄소산업진흥원 Method for manufacturing carbon nanotube heating ink and heating ink manufactured by the method

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100846478B1 (en) * 2006-05-16 2008-07-17 삼성에스디아이 주식회사 Supported Catalyst, manufacturing method thereof, and fuel cell using the same
KR100835857B1 (en) * 2006-10-23 2008-06-09 주식회사 프로파워 Hydride compound using porous support material and hydrogen storage compound, and the method of preparing the same
KR100838644B1 (en) * 2007-01-29 2008-06-16 충남대학교산학협력단 Metal hallow sphere assemblies using carbon templates and process thereof
KR100907357B1 (en) * 2007-05-23 2009-07-10 한화엘앤씨 주식회사 Method for Producing a Coating Agent for Anti-Glare Coating, and the Coating Agent and Anti-Glare Film
KR100874112B1 (en) 2007-06-25 2008-12-15 한화석유화학 주식회사 Process for preparing of a catalyst solution for fuel cell and a membrane electrode assembly using the same
KR100934940B1 (en) * 2007-08-20 2010-01-06 충남대학교산학협력단 Lithium Cobalt Oxide Hallow Sphere Assemblies using Carbon Templates and The Process Thereof
KR100963152B1 (en) * 2008-08-28 2010-06-15 고려대학교 산학협력단 Pt-Ru-Co-W Quaternary Alloy Catalysts For Direct Methanol Fuel Cell
CN104084196B (en) * 2014-07-04 2016-01-27 哈尔滨工程大学 Year Pd hollow anion exchange resin microballoon H of carbonization 2o 2the preparation method of electric reduction catalyst
KR102463506B1 (en) * 2020-10-07 2022-11-08 전남대학교산학협력단 Metal-carbon composite structure and high thermal conductivity heat-dissipating material including the same
CN118016912A (en) * 2024-02-05 2024-05-10 上海佑大能源技术有限公司 Carbon-based multi-element metal catalyst and preparation method and application thereof

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101013600B1 (en) 2008-07-30 2011-02-14 고려대학교 산학협력단 Colloidal-Imprinted carbon structure, Preparing method thereof and ?? carbon supported catalysts for electrodes of fuel cell using thereof
US9272909B2 (en) 2011-07-26 2016-03-01 Sogang University Research Foundation Porous carbon particle and producing method of the same
US10058845B2 (en) 2012-02-27 2018-08-28 Sogang University Research Foundation Porous carbon particles and preparation method thereof
WO2016195313A1 (en) * 2015-05-29 2016-12-08 코오롱인더스트리 주식회사 Cathode catalyst layer for fuel cell, preparation method therefor, and membrane-electrode assembly for fuel cell including cathode catalyst layer
CN107112546A (en) * 2015-05-29 2017-08-29 可隆工业株式会社 Cathode catalyst for fuel cell layer and its manufacture method include the membrane-membrane electrode for fuel cell component of the cathode catalyst layer
US10418655B2 (en) 2015-05-29 2019-09-17 Kolon Industries, Inc. Cathode catalyst layer for fuel cells, method of manufacturing the same and membrane-electrode assembly for fuel cells including the same
CN107112546B (en) * 2015-05-29 2021-01-26 可隆工业株式会社 Cathode catalyst layer for fuel cell, method for manufacturing same, and membrane electrode assembly for fuel cell including same
KR20200081851A (en) 2018-12-28 2020-07-08 엘티메탈 주식회사 Preparation of Reduced Palladium on Activated Carbon without Reducing Agent
KR20220076621A (en) 2020-12-01 2022-06-08 재단법인 한국탄소산업진흥원 Method for manufacturing carbon nanotube heating ink and heating ink manufactured by the method

Also Published As

Publication number Publication date
KR20050054389A (en) 2005-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhou et al. Atomic Fe dispersed hierarchical mesoporous Fe–N–C nanostructures for an efficient oxygen reduction reaction
KR100544886B1 (en) Electrocatalysts for fuel cell supported by hcms carbon capsule structure, and their preparation method
KR100866311B1 (en) Method for preparing n-rich nanoporous graphitic carbon nitride structure
EP2812110B1 (en) Preparation of highly sinter-stable metal nanoparticles supported on mesoporous graphitic particles
KR100574030B1 (en) Electrocatalysts for fuel cell supported by porous carbon structure having regularly 3-dimensionally arranged spherical pores of uniform diameter and their preparation method
KR100825688B1 (en) Nanoporous tungsten carbide catalyst and preparation method of the same
Akula et al. Transition metal (Fe, Co, Mn, Cu) containing nitrogen-doped porous carbon as efficient oxygen reduction electrocatalysts for anion exchange membrane fuel cells
Liu et al. Electrochemical activity and durability of platinum nanoparticles supported on ordered mesoporous carbons for oxygen reduction reaction
Lázaro et al. Study and application of carbon black Vulcan XC-72R in polymeric electrolyte fuel cells
An et al. Well-dispersed Pd3Pt1 alloy nanoparticles in large pore sized mesocellular carbon foam for improved methanol-tolerant oxygen reduction reaction
JPWO2008093731A1 (en) Fuel cell electrode catalyst and fuel cell using the same
KR20090055300A (en) Hollow capsule structure, and method for preparing same
KR100987498B1 (en) ???? carbon-supported electrode catalysts in proton exchange membrane fuel cell and method for manufacturing the same
KR102357700B1 (en) S and n dual-doped graphitic porous carbon, a catalyst including the same and method for preparing the same
Zhang et al. A carbon catalyst doped with Co and N derived from the metal-organic framework hybrid (ZIF-8@ ZIF-67) for efficient oxygen reduction reaction
JP2006228502A (en) Electrode catalyst for fuel cell, its manufacturing method, and electrode and fuel cell using the same
KR101013600B1 (en) Colloidal-Imprinted carbon structure, Preparing method thereof and ?? carbon supported catalysts for electrodes of fuel cell using thereof
KR100541977B1 (en) Carbon nanoball supported Pt/Ru alloy electrode catalysts for direct methanol fuel cell and their preparation method
KR100687729B1 (en) Spherical tungsten carbide catalyst and method of producing the same
Liu et al. Functionalized mesoporous carbons as platinum electrocatalyst supports for applications in fuel cells
Peng et al. A microstructure tuning strategy on hollow carbon nanoshells for high-efficient oxygen reduction reaction in direct formate fuel cells
CN112151820B (en) Carbon-supported platinum-copper alloy porous nanowire catalyst for fuel cell and preparation method thereof
Dembinska et al. Graphene-Supported Silver-Iron Carbon Nitride Derived from Thermal Decomposition of Silver Hexacyanoferrate as Effective Electrocatalyst for the Oxygen Reduction Reaction in Alkaline Media
Selvam et al. Ordered mesoporous carbon-supported nano-patinum catalysts: Application in direct methanol fuel cells
Hsu et al. Green synthesis of nitrogen-doped multiporous carbons for oxygen reduction reaction using water-caltrop shells and eggshell waste

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
N231 Notification of change of applicant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130322

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140421

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee