KR100721814B1 - Pd-doped silica nanotube and a manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유기화합물을 이용하여 주형을 제조한 후 실리카 및 팔라듐을 반응시켜 팔라듐이 도핑된 이중층 실리카 나노튜브에 관한 것으로 좀더 상세히는 수소 및 기타의 질소, 아르곤, 이산화탄소, 메탄 등의 기체분자를 저장하는데 유용한 나노튜브를 제조하기 위하여, 겔형성제로 사용되는 유기화합물을 유기용매 또는 유기용매와 수용액의 혼합액에 첨가하여 주형을 제조하고 여기에 팔라듐 및 실리카를 도핑하여 제조하는 팔라듐 도핑 실리카 나노튜브의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a double layered silica nanotube doped with palladium by reacting silica and palladium after preparing a template using an organic compound, and more specifically, hydrogen and other gas molecules such as nitrogen, argon, carbon dioxide, and methane are stored. In order to prepare nanotubes useful for the preparation of palladium-doped silica nanotubes, the organic compound used as a gel-forming agent is added to an organic solvent or a mixture of an organic solvent and an aqueous solution to prepare a mold, and then doped with palladium and silica. It is about a method.

팔라듐(Pd), 실리카 나노튜브 Palladium (Pd), Silica Nanotubes

Description

팔라듐이 도핑된 실리카 나노튜브 및 그의 제조방법{Pd-doped silica nanotube and a manufacturing method thereof}Pd-doped silica nanotube and a manufacturing method thereof

도 1a, 1b는 본 발명의 팔라듐이 도핑된 이중층 실리카 나노튜브의 SEM 사진이다.1a and 1b are SEM images of palladium doped double layer silica nanotubes of the present invention.

도 2는 실시예 2의 나노튜브를 EELS(electron energy-loss spectroscopy)를 이용하여 원소 맵핑을 실시한 결과이다. A는 나노튜브 전체를 측정한 것이며, B는 Si를, C는 산소를, D는 Pd를 맵핑한 결과이다. FIG. 2 shows the results of element mapping of the nanotubes of Example 2 using electron energy-loss spectroscopy (EELS). FIG. A is the measurement of the whole nanotube, B is the result of mapping Si, C for oxygen, and D for Pd.

도 3은 실시예 1 내지 3의 나노튜브의 수소 저장능을 측정한 그래프이다.Figure 3 is a graph measuring the hydrogen storage capacity of the nanotubes of Examples 1 to 3.

본 발명은 유기화합물을 이용하여 주형을 제조한 후 실리카 및 팔라듐을 반응시켜 팔라듐이 도핑된 실리카 나노튜브에 관한 것으로 좀더 상세히는 겔형성제로 사용되는 유기화합물을 유기용매 또는 유기용매와 수용액의 혼합액에 첨가하여 주형을 제조하고 여기에 팔라듐 및 실리카를 도핑하여 제조하는 팔라듐 도핑 실리카 나노튜브의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a silica nanotube doped with palladium by reacting silica and palladium after preparing a mold using an organic compound. More specifically, an organic compound used as a gel-forming agent may be added to an organic solvent or a mixture of an organic solvent and an aqueous solution. The present invention relates to a method for producing a palladium-doped silica nanotube which is prepared by adding a mold and doping the palladium and silica thereto.

나노미터 크기의 기능성 물질은 이들의 잠재적인 용도로 인하여 나노테크놀로지 분야에서 폭넓게 연구되고 있다. 특이적인 상보성 분자를 인식할 수 있는 스마트 튜브는 전자분야, 광학분야 및 센서 등으로 응용하기 위하여 현재 그 중요성에 대한 인식이 증가하고 있다. 특히 지난 10년간 나노튜브 제조에 대하여 많은 관심을 가져왔으며, 이것은 나노미터 크기의 와이어 및 장치를 나타내는데 기본원리를 제공하는 잠재력이 있기 때문이다.Nanometer-sized functional materials are widely studied in the field of nanotechnology because of their potential use. Smart tubes capable of recognizing specific complementary molecules are increasingly being recognized for their application to electronics, optics and sensors. In particular, there has been a great deal of interest in nanotube fabrication over the last decade, because of the potential to provide basic principles for representing nanometer-sized wires and devices.

무기다공질체는 표면적과 기공의 크기 등에 의하여 분자의 선택성이 있으며, 이러한 특성으로 촉매나 지지재 재료 흡착재, 크로마토그래피용 재료 등으로서 사용되고 있으며, 새로운 개량이 시도되고 있다. 이러한 다공재료의 제조에 있어서 주형을 이용하는 방법이 주로 사용되고 있다. 즉, 섬유상 또는 혹은 중공상의 무기 재료나 주석산의 분자상 회합체나 탄소섬유, 카본나노 튜브를 주형으로 하여 무기 다공질체가 합성되었다. 또한 생체물질의 기능을 이용하여 생체물질을 주형으로 하고 다양한 형태의 무기 재료를 제조하는 시도(일본 공개특허 제2000-220036호)가 있었으며, 자기조직화한 지방질 튜브를 이용한 원통상의 유기 무기복합체를 제조하였다.Inorganic porous bodies have molecular selectivity depending on the surface area and pore size, etc., and are used as catalysts, support material adsorbents, chromatography materials, and the like, and new improvements have been attempted. In the production of such porous materials, a method using a mold is mainly used. In other words, an inorganic porous body was synthesized using a fibrous or hollow inorganic material or a molecular association of tartaric acid, carbon fiber, or carbon nanotube as a template. In addition, there has been an attempt to manufacture various types of inorganic materials by using biological materials as a template (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-220036), and use a cylindrical organic inorganic composite using a self-organized fat tube. Prepared.

일본 공개특허평 11-319070호는 특정 관능기로 치환된 아자크라운환을 갖는 콜레스테롤 유도체 겔을 주형으로 하여 나선상의 금속산화물과 그 금속과는 다른 종류의 금속이 고정된 구조체를 제조하는 방법에 대한 것이다. 또한, 일본 공개특 허 제2001-335594호는 수소결합부위를 갖는 콜레스테롤 유도체를 주형으로 이용하여 유기-무기 복합체 및 금속산화물을 제조하는 기술에 관한 것으로 원통상 또는 롤페이퍼(roll paper)상의 금속산화물을 제조하였다.Japanese Laid-Open Patent Publication No. 11-319070 relates to a method for producing a spiral metal oxide and a structure in which a metal of a different type from the metal is fixed by using a cholesterol derivative gel having an azacrown ring substituted with a specific functional group as a template. . In addition, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-335594 relates to a technique for producing an organic-inorganic composite and a metal oxide using a cholesterol derivative having a hydrogen bonding site as a template, and a metal oxide in a cylindrical or roll paper shape. Was prepared.

이상과 같이 상기 발명들은 유기물 분자와 금속 알콕사이드 등의 졸(sol)이 촉매에 의하여 중합하고 가교하면서 금속산화물 중합체가 형성되는 기술을 이용하며 금속산화물을 제조하는 기술에 관한 것이나, 제조되는 유기-무기 복합체 또는 금속산화물이 원통상인 화이버(fiber) 형상 또는 중공이 형성된 나선형으로 제조되며 균일한 형상으로 제어하는 데 어려움이 있다.As described above, the present invention relates to a technique for forming a metal oxide by forming a metal oxide polymer while polymerizing and crosslinking a sol such as an organic molecule and a metal alkoxide by a catalyst. The composite or metal oxide is manufactured in a fiber shape or a spiral in which a hollow is formed and has a difficulty in controlling to a uniform shape.

또한, 최근에는 금, 백금, 루테올린, 로듐, 팔라듐 등의 귀금속 원소의 전기화학적 특성, 자기적 특성 및 화학적 특성 등에 의하여 연료전지 및 휴대용 전자제품 등에 다양하게 응용하려는 시도가 계속되고 있다. 특히 이러한 귀금속 중 팔라듐은 수소 흡착능이 뛰어나므로 이를 연료전지에 응용하려는 연구가 활발히 진행 중이다.In recent years, attempts have been made to various applications such as fuel cells and portable electronic products by electrochemical, magnetic, and chemical properties of precious metal elements such as gold, platinum, luteolin, rhodium, and palladium. Particularly, since palladium among these precious metals has excellent hydrogen adsorption capacity, studies are actively underway to apply them to fuel cells.

수소는 깨끗한 연소와 높은 열효율 특성이 때문에 연료전지와 휴대용 전자제품 등에서 화석연료를 대체할 새로운 에너지원으로 관심이 집중되고 있다. 연료전지와 휴대용 전자제품은 상온이나 낮은 압력에서 많은 양의 수소를 저장할 수 있어야 하고, 재충전을 위하여 부피가 작고 무게가 가벼워야하며 충전속도 또한 빨라야 하는 요건을 만족해야 한다.Hydrogen has attracted attention as a new energy source to replace fossil fuels in fuel cells and portable electronics because of its clean combustion and high thermal efficiency. Fuel cells and portable electronics must be able to store large amounts of hydrogen at room temperature or at low pressures, and must be small in size, light in weight, and fast in charging for recharging.

그러나, 수소의 이러한 장점에도 불구하고 수소의 저장과 운송을 위한 실질 적인 수단은 아직 개발되지 못한 실정이다. 금속 수소화물, 화학적 수소화물, 탄소 나노튜브 구조체 및 금속-유기 구조체(MOFs) 등을 포함한 다양한 물질들은 수소 저장을 위하여 사용되고 있다.However, despite these advantages of hydrogen, practical means for the storage and transportation of hydrogen have not yet been developed. Various materials have been used for hydrogen storage, including metal hydrides, chemical hydrides, carbon nanotube structures and metal-organic structures (MOFs).

이들 중 현재까지 탄소 나노구조체가 가장 많이 응용되고 있으나, 탄소 나노구조체는 상온, 적정 압력하에서 많은 양의 수소를 저장할 수 없다는 보고가 있었다. 탄소 나노튜브의 수소 저장능이 4~8중량% 정도이나 상기 반응은 비가역적 반응이고, 비정상적 온도와 압력하에서만 가능하므로 실질적인 응용성이 매우 낮아 유용하지 못하다. 예를 들어 액체 질소의 온도인 80K에서 탄소나노튜브에 8중량%의 수소를 흡착하는 것이 관찰되었으나, 이는 매우 낮은 온도조건에서 측정된 결과이므로 저장 시스템의 온도를 유지하기 위한 비용 때문에 수소전원 자동차 등에 응용하는 것은 현실적이지 못하다.Among these, carbon nanostructures are the most widely used to date, but carbon nanostructures have been reported to be unable to store a large amount of hydrogen at room temperature and under proper pressure. Although the hydrogen storage capacity of the carbon nanotubes is about 4 to 8% by weight, the reaction is irreversible, and is possible only under abnormal temperature and pressure, and thus practical application is very low and thus not useful. For example, the adsorption of 8% by weight of hydrogen on carbon nanotubes was observed at 80K, the temperature of liquid nitrogen, but this was measured at very low temperature conditions, so the cost of maintaining the temperature of the storage system was increased. Application is not realistic.

따라서, 최근 다공성 물질의 제조를 위한 새로운 접근으로써 금속-유기 구조체가 좀더 유연하고 합리적인 디자인이 가능하기 때문에 많은 관심을 받고 있다. 그러나, 이들 물질의 심각한 문제점은 유기물 등의 게스트(guest) 제거시에 구조체가 변형되거나 붕괴하는 등의 불안정성을 갖는 것이다.Therefore, in recent years, as a new approach for the production of porous materials, metal-organic structures have attracted much attention because they allow for a more flexible and reasonable design. However, a serious problem of these materials is that they have instability such as deformation or collapse of the structure upon removal of guest such as organic matter.

한국공개특허 제2005-24430호는 귀금속 나노튜브 및 그의 제조방법에 관한 것으로 계면활성제와 물 등으로 반응혼합물을 제조하고 광조사 또는 환원제 첨가로 제조되는 귀금속 나노튜브에 관한 것이다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2005-24430 relates to a noble metal nanotube and a method for manufacturing the same, and to a noble metal nanotube prepared by preparing a reaction mixture with a surfactant, water, and the like and adding light or reducing agent.

그리고, 한국공개특허 제2005-4377호는 나노입자로 구성된 미세 다공성 박막 및 그의 제조방법에 대한 것으로 균일한 크기의 나노입자로 형성하고 높은 기공도 를 유지함으로써 연료 전지, 일차 또는 이차 전지, 흡착제 및 수소저장 합금 등 다양한 장치에 유용하게 사용될 수 있는 미세 다공성 박막과 이를 제조하기 위한 방법에 대한 것이다. 즉, 탄소 기판에 금속공급원인 금, 팔라듐, 이리듐, 루테늄, 주석 및 몰리브덴 등을 스퍼터링법으로 증착시켜 나노입자 박막을 제조하였다. 그러나, 이러한 스퍼터링에 의한 증착을 적용 면이 평면일 때 가장 효율적이므로 나노튜브 등의 구조체에 적용하는 데에는 한계가 있다.In addition, Korean Patent Application Publication No. 2005-4377 relates to a microporous thin film composed of nanoparticles and a method for manufacturing the same, and is formed of nanoparticles of uniform size and maintains high porosity, thereby providing fuel cells, primary or secondary batteries, adsorbents, and the like. The present invention relates to a microporous thin film that can be usefully used in various devices such as a hydrogen storage alloy and a method for manufacturing the same. That is, nanoparticle thin films were prepared by depositing gold, palladium, iridium, ruthenium, tin, molybdenum, and the like as metal sources on a carbon substrate by sputtering. However, since the deposition by sputtering is most efficient when the plane of application is flat, there is a limit in applying it to structures such as nanotubes.

또한, 한국특허 제453820호는 알루미나 나노튜브의 제조방법과 수소 저장체로서의 용도에 대한 것으로 계면활성제, 알루미나 전구체 및 물을 반응물로 하고 수열합성법으로 알루미나 나노튜브를 제조하는 방법에 대하여 기재하고 있다.In addition, Korean Patent No. 454820 describes a method for producing alumina nanotubes and uses as a hydrogen storage body, and describes a method for producing alumina nanotubes by hydrothermal synthesis using a surfactant, an alumina precursor, and water as a reactant.

이러한 종래기술 외에도 수소저장을 의한 다양한 금속 나노구조체들이 제조되고 있으나 아직까지 현실적으로 연료전지 등에 사용가능한 것은 없는 실정이다.In addition to the prior art, various metal nanostructures have been manufactured by hydrogen storage, but there is no practical use for fuel cells.

따라서, 본 발명은 수소 및 기타 기체분자인 질소, 아르곤, 메탄 또는 이산화탄소 등에 대한 저장능이 높은 팔라듐 나노튜브를 제조하는 데 있어 신규 유기화합물을 주형으로 이용하여 제조하는 방법을 제공하려는 것이다.Accordingly, the present invention is to provide a method for producing palladium nanotubes having high storage capacity for hydrogen and other gas molecules such as nitrogen, argon, methane or carbon dioxide by using a novel organic compound as a template.

또한, 본 발명은 상기 팔라듐이 도핑된 이중층(double-wall layer) 실리카 나노튜브를 연료전지의 촉매 및 휴대용 전자제품 등에 다양하게 응용하려는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to variously apply the palladium-doped double-wall layer silica nanotubes to the fuel cell catalyst and portable electronic products.

본 출원인은 상기 목적을 달성하기 위하여, 수소 및 기타 기체 성분의 저장능력이 잘 알려진 팔라듐을 신규한 유기물을 주형으로 이용하여 이중층(double-wall layer) 구조를 갖는 다공성의 팔라듐-실리카 나노튜브를 제조하였다.In order to achieve the above object, the present inventors prepared a porous palladium-silica nanotube having a double-wall layer structure using palladium, which is well known for storing hydrogen and other gas components, as a template. It was.

본 발명은 The present invention

ⅰ) 유기용매, 수용액 또는 유기용매와 수용액과의 혼합용액에 하기 화학식 1로 표시되는 유기물을 첨가하여 튜브형의 주형을 제조하는 단계;Iii) preparing a tubular mold by adding an organic solvent represented by the following Chemical Formula 1 to an organic solvent, an aqueous solution, or a mixed solution of the organic solvent and an aqueous solution;

ⅱ) 상기 ⅰ)단계에서 제조된 용액에 Pd(Ac)2 용액을 첨가하여 튜브형의 주형에 팔라듐을 도핑시키는 단계;Ii) doping palladium into the tubular mold by adding Pd (Ac) 2 solution to the solution prepared in step iii);

ⅲ) 상기 팔라듐을 도핑하는 단계 후의 용액에 콜로이달 실리카를 첨가하여 반응시킨 후 소성시키는 단계;를 포함하는 팔라듐이 도핑된 실리카 나노튜브의 제조방법에 관한 것이다.And iii) adding colloidal silica to the solution after the step of doping the palladium, followed by calcination, and calcining the palladium-doped silica nanotubes.

Figure 112005063381347-pat00001
Figure 112005063381347-pat00001

또한, 본 발명은 상기 화학식 1의 유기물을 용매에 대하여 1~15중량% 혼합하는 것을 특징으로 하는 팔라듐이 도핑된 실리카 나노튜브의 제조방법에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to a method for producing palladium-doped silica nanotubes, characterized in that 1 to 15% by weight of the organic compound of Formula 1 is mixed with respect to the solvent.

상기 유기용매로는 아세토니트릴, 헥사올, 헵탄올, 헵탄 또는 옥탄올 등이 사용가능하며, 수용액 용매로는 아세트산 수용액이 바람직하다.Acetonitrile, hexaol, heptanol, heptane or octanol may be used as the organic solvent, and an aqueous solution of acetic acid is preferable.

또한, 본 발명은 상기 ⅱ)단계에서 팔라듐을 1~50중량%를 첨가하는 것을 특징으로 하는 팔라듐이 도핑된 실리카 나노튜브의 제조방법에 관한 것이다..The present invention also relates to a method for producing palladium-doped silica nanotubes, which comprises adding 1 to 50% by weight of palladium in step ii).

또한, 본 발명은 상기 ⅲ) 단계에서 콜로이달 실리카 1~50중량%를 첨가하는 것을 특징으로 하는 팔라듐이 도핑된 실리카 나노튜브의 제조방법에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to a method for producing palladium-doped silica nanotubes, characterized in that 1 to 50% by weight of colloidal silica is added in step iii).

상기 콜로이달 실리카로는 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane), 1,4-비스(트리에톡실릴)벤젠(1,4-bis(triethoxysilyl)benzene), 1,3-비스(트리에톡실릴)벤젠(1,3-bis(triethoxysilyl) benzene), (1-나프실)트리에톡시실란((1-Naphthyl) triethoxy silane) 또는 트리에톡시페닐실란(triethoxyphenylsilane) 등을 사용할 수 있다.Examples of the colloidal silica include tetraethoxysilane, 1,4-bis (triethoxysilyl) benzene, and 1,3-bis (triethoxysilyl) benzene. (1,3-bis (triethoxysilyl) benzene), (1-naphthyl) triethoxysilane ((1-Naphthyl) triethoxy silane) or triethoxyphenylsilane (triethoxyphenylsilane) and the like can be used.

뿐만 아니라, 본 발명은 기공의 크기가 2.0~10nm이고, 도핑된 팔라듐 입자의 크기가 1.8~6.0nm이며, 내경이 160~300nm이고, 외경이 200~400nm인 단일축배열(unidirectional arrangement)을 갖는 팔라듐이 도핑된 실리카 나노튜브에 관한 것이다.In addition, the present invention has a unidirectional arrangement having a pore size of 2.0 to 10 nm, doped palladium particles of 1.8 to 6.0 nm, an inner diameter of 160 to 300 nm, and an outer diameter of 200 to 400 nm. Palladium doped silica nanotubes.

또한, 본 발명은 상기 나노튜브가 이중층(double-wall) 구조인 것을 특징으로 하는 팔라듐이 도핑된 실리카 나노튜브에 관한 것이다.The present invention also relates to palladium-doped silica nanotubes, wherein the nanotubes have a double-wall structure.

즉, 튜브 주형의 내부면과 외부면에 팔라듐과 실리카가 흡착되어 이중으로 튜브가 형성되는 것이다.That is, palladium and silica are adsorbed on the inner surface and the outer surface of the tube mold to form a tube.

나아가, 팔라듐이 도핑된 실리카 나노튜브에 수소, 질소, 아르곤, 메탄 또는 이산화탄소 중 선택되는 1종의 기체를 흡착시켜 얻어지는 것을 특징으로 하는 기체분자 저장체에 관한 것이다.Furthermore, the present invention relates to a gas molecule storage body obtained by adsorbing one kind of gas selected from hydrogen, nitrogen, argon, methane or carbon dioxide to palladium-doped silica nanotubes.

이하, 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 자세히 설명한다. 그러나, 본원 발명의 범위가 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration of the present invention through the embodiment in detail. However, the scope of the present invention is not limited to the examples.

실시예Example 1: 팔라듐이  1: palladium is 도핑된Doped 실리카 나노튜브 제조 Silica nanotube manufacturing

겔형성제(gel-generator)로서 상기 화학식 1의 유기물 30mg을 아세트산 900mg에 첨가하고 용액이 투명해질 때까지 가온하였다. 이를 상온, 정지상태(static condition)에서 1시간 동안 방치한 후 아세트산 60mg에 녹인 13mg의 Pd(Ac)2을 첨가하고, 이를 다시 상온, 정지상태(static condition)에서 하룻밤 동안 방치시켰다. TEOS(tetraethoxysilane) 240mg과 물 120mg을 순서대로 첨가하고 잘 섞이도록 저은 후 이를 상온, 정지상태(static condition)에서 5일간 보관하였다.As a gel-generator, 30 mg of the organic material of Chemical Formula 1 was added to 900 mg of acetic acid and warmed until the solution became clear. After standing at room temperature for 1 hour at static condition, 13 mg of Pd (Ac) 2 dissolved in 60 mg of acetic acid was added, which was left at room temperature and static condition overnight. 240 mg of TEOS (tetraethoxysilane) and 120 mg of water were added sequentially, and the mixture was stirred to mix well, and then stored at room temperature and static condition for 5 days.

상기 실란 화합물이 첨가된 혼합물에서 화학식 1의 유기물을 제거하기 위하여 600℃, 질소와 공기조건에서 하소(calcination)시킨 후 아스코르빈산 30mg 수용액으로 Pd 이온을 환원시킴으로 팔라듐(Pd)이 도핑된 실리카 나노튜브(silica nanotube)를 제조하였다.Palladium (Pd) -doped silica nanoparticles were calcined at 600 ° C. under nitrogen and air conditions to remove the organic material of Formula 1 from the mixture containing the silane compound, and then reduced with Pd ions in an aqueous solution of 30 mg of ascorbic acid. A tube (silica nanotube) was prepared.

실시예Example 2: 팔라듐이  2: palladium is 도핑된Doped 실리카 나노튜브 제조 Silica nanotube manufacturing

겔형성제(gel-generator)로서 상기 화학식 1의 유기물 30mg을 아세트산 900mg에 첨가하고 용액이 투명해질 때까지 가온하였다. 이를 상온, 정지상태(static condition)에서 1시간동안 방치한 후 아세트산 60mg에 녹인 13mg의 Pd(Ac)2을 첨가하고, 이를 다시 상온, 정지상태(static condition)에서 하룻밤 방치시켰다. TEOS(tetraethoxysilane) 120mg과 물 60mg을 순서대로 첨가하고 잘 섞이도록 저은 후 이를 상온, 정지상태(static condition)에서 5일간 보관하였다. As a gel-generator, 30 mg of the organic material of Chemical Formula 1 was added to 900 mg of acetic acid and warmed until the solution became clear. This was allowed to stand for 1 hour at room temperature and static conditions, and then 13 mg of Pd (Ac) 2 dissolved in 60 mg of acetic acid was added, which was then left overnight at room temperature and static conditions. 120 mg of tetraethoxysilane (TEOS) and 60 mg of water were added in this order and stirred to mix well, and then stored at room temperature and static condition for 5 days.

상기 제조된 혼합물은 화합물 1을 제거하기 위하여 600℃, 질소와 공기조건에서 하소(calcination)시킨 후 아스코르빈산 30mg 수용액으로 Pd 이온을 환원시킴으로 팔라듐이 도핑된 실리카 나노튜브(silica nanotube)를 제조하였다.The prepared mixture was calcined at 600 ° C., nitrogen and air conditions to remove compound 1, and then palladium-doped silica nanotubes were prepared by reducing Pd ions with an aqueous solution of 30 mg of ascorbic acid. .

실시예Example 3: 팔라듐이  3: palladium is 도핑된Doped 실리카 나노튜브 제조 Silica nanotube manufacturing

겔형성제로서 상기 화학식 1의 유기물 30mg을 아세트산 900mg에 첨가하고 용액이 투명해질 때까지 가온하였다. 이를 상온, 정지상태(static condition)에서 1시간동안 방치한 후 아세트산 60mg에 녹인 13mg의 Pd(Ac)2을 첨가하고, 이를 다시 상온, 정지상태(static condition)에서 하룻밤 방치시켰다. TEOS(tetraethoxysilane) 80mg과 물 40mg을 순서대로 첨가하고 잘 섞이도록 저은 후 이를 상온, 정지상태(static condition)에서 5일간 보관하였다. As a gel forming agent, 30 mg of the organic material of Chemical Formula 1 was added to 900 mg of acetic acid and warmed until the solution became clear. This was allowed to stand for 1 hour at room temperature and static conditions, and then 13 mg of Pd (Ac) 2 dissolved in 60 mg of acetic acid was added, which was then left overnight at room temperature and static conditions. 80 mg of tetraethoxysilane (TEOS) and 40 mg of water were added sequentially, and the mixture was stirred to mix well, and then stored at room temperature and static condition for 5 days.

상기 제조된 혼합물은 화합물 1을 제거하기 위하여 600℃, 질소와 공기조건에서 하소(calcination)시킨 후 아스코르빈산 30mg 수용액으로 Pd 이온을 환원시킴으로 팔라듐이 도핑된 실리카 나노튜브(silica nanotube)를 제조하였다.The prepared mixture was calcined at 600 ° C., nitrogen and air conditions to remove compound 1, and then palladium-doped silica nanotubes were prepared by reducing Pd ions with an aqueous solution of 30 mg of ascorbic acid. .

실험예Experimental Example 1: 물리적 특성 측정 1: Measure physical properties

상기 실시예 1 내지 3의 나노튜브와 팔라듐이 도핑되지 않은 실리카 나노튜브를 대조군으로 하여 기공의 직경, BET 표면적, 랑뮤어(Langmuir) 표면적 및 기공부피 등을 측정하여 표 1에 나타내었다.Using the nanotubes and the palladium-doped silica nanotubes of Examples 1 to 3 as a control, pore diameter, BET surface area, Langmuir surface area, and pore volume were measured and shown in Table 1 below.

표 1에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 팔라듐이 도핑된 이중층 실리카 나노튜브는 표면적 및 기공의 부피가 대조군에 비하여 월등히 높은 것을 확인할 수 있다. 이는 본 발명의 나노튜브가 수소 저장능이 높은 것을 알 수 있다.As can be seen in Table 1, the palladium-doped double-layer silica nanotubes of the present invention can be seen that the surface area and the volume of pores are significantly higher than the control. This shows that the nanotubes of the present invention have a high hydrogen storage capacity.

BET 표면적 (㎡/g)BET surface area (㎡ / g) langmuir 표면적 (㎡/g)langmuir surface area (㎡ / g) 기공의 부피 (㎤/g)Pore volume (cm3 / g) 기공의 크기 (nm)Pore size (nm) 대조군Control 45.945.9 62.662.6 0.150.15 13.813.8 실시예 1Example 1 160.6160.6 218.9218.9 0.360.36 1.81.8 실시예 2Example 2 264.3264.3 440.2440.2 0.400.40 3.0~6.23.0 ~ 6.2 실시예 3Example 3 190.3190.3 314.7314.7 0.340.34 3.0~6.23.0 ~ 6.2

실험예Experimental Example 2: 성분  2: ingredients 맵핑Mapping (elemental mapping)(elemental mapping)

실시예 2에서 제조된 실리카 나노튜브를 EELS(electron energy-loss spectroscopy)를 이용하여 원소 및 화학적 정보를 측정하고 그 결과를 도 2에 나타내었다. A는 나노튜브 전체를 측정한 것이며, B는 Si를, C는 산소를, D는 Pd를 맵핑한 결과이다. The silica nanotubes prepared in Example 2 were measured for elemental and chemical information using electron energy-loss spectroscopy (EELS), and the results are shown in FIG. 2. A is the measurement of the whole nanotube, B is the result of mapping Si, C for oxygen, and D for Pd.

실험예Experimental Example 3:  3: 수소흡착율Hydrogen adsorption rate 측정 Measure

실시예 1 내지 3의 나노튜브와 팔라듐을 도핑하지 않은 순수 실리카 나노튜브를 제조하여 각각의 수소 흡착능을 측정하여 도 3에 나타내었다.The nanotubes of Examples 1 to 3 and pure silica nanotubes not doped with palladium were prepared, and their respective hydrogen adsorption capacities were measured.

상기 실시예 1 내지 3의 나노튜브는 수소의 압력이 증가할수록 수소흡착능이 점차적으로 증가하는 것을 확인하였으며, 또한, 실시예 1 내지 3의 나노튜브는 상온에서도 수소저장 물질로서 효과적인 것을 알 수 있었다.It was confirmed that the nanotubes of Examples 1 to 3 gradually increase the hydrogen adsorption capacity as the pressure of hydrogen increases, and also, the nanotubes of Examples 1 to 3 were effective as a hydrogen storage material even at room temperature.

실시예 2의 나노튜브가 가장 높은 흡착성능을 보였으며, 이는 실시예 2의 나노튜브는 한 개의 팔라듐 원자가 10분자 이상의 H2와 결합한다는 것을 확인할 수 있었다.The nanotubes of Example 2 showed the highest adsorption performance, and it was confirmed that the nanotubes of Example 2 bind one palladium atom to 10 or more molecules of H 2 .

본 발명의 팔라듐이 도핑 실리카 나노튜브는 연료 전지의 수소저장 수단 및 세포공학, 바이오물질 제조, 촉매 또는 분리막 등의 다양한 분야에서 응용될 수 있다.The palladium-doped silica nanotubes of the present invention can be applied in various fields such as hydrogen storage means of fuel cells and cell engineering, biomaterial production, catalysts or membranes.

또한, 본 발명의 나노튜브는 수소뿐만 아니라 질소, 아르곤, 이산화탄소 및 메탄 등의 기체 분자에 대한 흡착력이 높아 이들의 저장 수단으로 이용될 수 있다.In addition, the nanotubes of the present invention have high adsorptivity to gas molecules such as nitrogen, argon, carbon dioxide, and methane as well as hydrogen, and thus may be used as their storage means.

Claims (7)

ⅰ) 유기용매, 수용액 또는 유기용매와 수용액과의 혼합용액에 하기 일반식(Ⅰ)로 표시되는 유기물을 첨가하여 튜브형의 주형을 제조하는 단계;Iii) preparing a tubular mold by adding an organic solvent represented by the following general formula (I) to an organic solvent, an aqueous solution, or a mixed solution of the organic solvent and an aqueous solution; ⅱ) 상기 ⅰ)단계에서 제조된 용액에 Pd(Ac)2 용액을 첨가하여 튜브형의 주형에 팔라듐을 도핑시키는 단계;Ii) doping palladium into the tubular mold by adding Pd (Ac) 2 solution to the solution prepared in step iii); ⅲ) 상기 팔라듐을 도핑하는 단계 후의 용액에 콜로이달 실리카를 첨가하여 반응시킨 후 소성시키는 단계;를 포함하는 팔라듐이 도핑된 실리카 나노튜브의 제조방법.Iii) adding colloidal silica to the solution after the step of doping the palladium, reacting and calcining; palladium-doped silica nanotubes.
Figure 112005063381347-pat00002
(Ⅰ)
Figure 112005063381347-pat00002
(Ⅰ)
제1항에 있어서, 상기 일반식 (Ⅰ)의 유기물은 용매 전체 중량에 대하여 1~15중량%를 첨가하는 것을 특징으로 하는 팔라듐이 도핑된 실리카 나노튜브의 제조방법.The method of claim 1, wherein the organic material of the general formula (I) is added 1 to 15% by weight based on the total weight of the solvent. 제1항에 있어서, 상기 ⅱ)단계에서 팔라듐은 1~50중량%를 첨가하는 것을 특징으로 하는 팔라듐이 도핑된 실리카 나노튜브의 제조방법.The method of claim 1, wherein the palladium in step ii) is added to 1 to 50% by weight, characterized in that the manufacturing method of the silica nanotubes doped with palladium. 제1항에 있어서, 상기 ⅲ) 단계에서 콜로이달 실리카 1~50중량%를 첨가하는 것을 특징으로 하는 팔라듐이 도핑된 실리카 나노튜브의 제조방법.The method of claim 1, wherein 1 to 50% by weight of colloidal silica is added in step iii). 상기 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되며, 기공의 크기가 2.0~10nm이고, 도핑된 팔라듐 입자의 크기가 1.8~6.0nm이며, 내경이 160~300nm이고, 외경이 200~400nm인 단일축 배열(unidirectional arrangement)을 갖는 팔라듐이 도핑되어 있으며, 나노튜브는 이중층(double-wall) 구조인 실리카 나노튜브.Prepared by the method of any one of claims 1 to 4, the pore size is 2.0 ~ 10nm, the size of the doped palladium particles is 1.8 ~ 6.0nm, the inner diameter is 160 ~ 300nm, the outer diameter 200 Silica nanotubes doped with palladium having a unidirectional arrangement of ˜400 nm and the nanotubes are double-walled structures. 삭제delete 제5항의 팔라듐이 도핑된 실리카 나노튜브에 수소, 질소, 아르곤, 메탄 또는 이산화탄소 중 선택되는 1종의 기체를 흡착시켜 얻어지는 것을 특징으로 하는 기체분자 저장체.A gas molecule storage body obtained by adsorbing at least one gas selected from hydrogen, nitrogen, argon, methane or carbon dioxide to a palladium-doped silica nanotube.
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