KR100846477B1 - Carbon-metal composite material and process for preparing the same - Google Patents

Carbon-metal composite material and process for preparing the same Download PDF

Info

Publication number
KR100846477B1
KR100846477B1 KR1020050098664A KR20050098664A KR100846477B1 KR 100846477 B1 KR100846477 B1 KR 100846477B1 KR 1020050098664 A KR1020050098664 A KR 1020050098664A KR 20050098664 A KR20050098664 A KR 20050098664A KR 100846477 B1 KR100846477 B1 KR 100846477B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon
metal
composite material
metal composite
group
Prior art date
Application number
KR1020050098664A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20060085163A (en
Inventor
임동민
이정희
김한수
함용남
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
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 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to JP2006012609A priority Critical patent/JP4675787B2/en
Priority to EP20060250317 priority patent/EP1683759B1/en
Priority to DE602006014311T priority patent/DE602006014311D1/en
Priority to CN2006100060031A priority patent/CN1817894B/en
Priority to US11/338,106 priority patent/US7824771B2/en
Publication of KR20060085163A publication Critical patent/KR20060085163A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100846477B1 publication Critical patent/KR100846477B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F15/00Compounds containing elements of Groups 8, 9, 10 or 18 of the Periodic System
    • C07F15/04Nickel compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F15/00Compounds containing elements of Groups 8, 9, 10 or 18 of the Periodic System
    • 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

Abstract

탄소-금속 복합재료 및 그 제조방법이 개시된다. 보다 구체적으로는 전도성, 비표면적 및 규칙성이 개선되고 입자형상의 제어가 용이한 탄소-금속 복합재료 및 그의 제조방법이 개시된다.Carbon-metal composites and methods of making the same are disclosed. More specifically, a carbon-metal composite material having improved conductivity, specific surface area and regularity and easy control of particle shape and a method of manufacturing the same are disclosed.

본 발명은 탄소와 금속을 포함하며, 100 Kgf/cm2의 압력조건하에 8 mΩ/sq. 이하의 면저항을 가지며, 비표면적이 30 m2/g 이상이고, 6nm 이상의 d-간격에서 적어도 하나의 피크를 갖는 X-선 회절 패턴을 나타내는 탄소-금속 복합재료 및 그의 제조방법을 제공한다.The present invention includes carbon and metal, and 8 mΩ / sq. Under pressure conditions of 100 Kg f / cm 2 . Provided is a carbon-metal composite material having a sheet resistance of less than 30 m 2 / g and having an X-ray diffraction pattern having at least one peak at a d-spacing of 6 nm or more, and a method of manufacturing the same.

Description

탄소-금속 복합재료 및 그의 제조방법{Carbon-metal composite material and process for preparing the same}Carbon-metal composite material and process for preparing the same

도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 탄소-니켈 복합재료의 X-선 회절 분석 결과를 나타내는 도면이다.1 is a view showing the results of X-ray diffraction analysis of the carbon-nickel composite material prepared in Example 1 of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예 1에서 제조한 배위 고분자의 SEM 사진을 나타내는 도면이다.2 is a view showing an SEM photograph of the coordination polymer prepared in Example 1 of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 탄소-니켈 복합재료의 SEM 사진을 나타내는 도면이다.3 is a view showing an SEM image of the carbon-nickel composite material prepared in Example 1 of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예 2에서 제조한 탄소-니켈 복합재료의 X-선 회절 분석 결과를 나타내는 도면이다.4 is a view showing the results of X-ray diffraction analysis of the carbon-nickel composite prepared in Example 2 of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예 2에서 제조한 배위 고분자의 SEM 사진을 나타내는 도면이다.5 is a view showing an SEM photograph of the coordination polymer prepared in Example 2 of the present invention.

도 6은 본 발명의 실시예 2에서 제조한 탄소-니켈 복합재료의 SEM 사진을 나타내는 도면이다.6 is a view showing an SEM image of the carbon-nickel composite material prepared in Example 2 of the present invention.

도 7은 본 발명의 실시예 3에서 제조한 배위 고분자의 SEM 사진을 나타내는 도면이다.7 is a view showing an SEM image of the coordination polymer prepared in Example 3 of the present invention.

도 8은 본 발명의 실시예 3에서 제조한 탄소-니켈 복합재료의 SEM 사진을 나 타내는 도면이다.8 is a view showing an SEM image of the carbon-nickel composite material prepared in Example 3 of the present invention.

도 9는 본 발명의 실시예 7에서 제조한 배위 고분자의 SEM 사진 (X10.0k)을 나타내는 도면이다.9 is a view showing an SEM image (X10.0k) of the coordination polymer prepared in Example 7 of the present invention.

도 10은 본 발명의 실시예 7에서 제조한 배위 고분자의 확대 SEM 사진(X30.0k)을 나타내는 도면이다.FIG. 10 is an enlarged SEM photograph (X30.0k) of the coordination polymer prepared in Example 7 of the present invention. FIG.

도 11은 본 발명의 실시예 7에서 제조한 탄소-은 복합재료의 SEM 사진(X 10.0k)을 나타내는 도면이다.FIG. 11 is a SEM photograph (X 10.0k) of the carbon-silver composite prepared in Example 7 of the present invention. FIG.

도 12는 본 발명의 실시예 7에서 제조한 탄소-은 복합재료의 확대 SEM 사진(X 30.0k)을 나타내는 도면이다.12 is an enlarged SEM photograph (X 30.0k) of the carbon-silver composite material prepared in Example 7 of the present invention.

도 13은 본 발명에 따른 실시예 1에서 얻어진 탄소-니켈 복합재료의 TEM 사진을 나타낸다.13 shows a TEM photograph of the carbon-nickel composite obtained in Example 1 according to the present invention.

도 14은 본 발명에 따른 실시예 1에서 얻어진 탄소-니켈 복합재료의 TEM 확대사진을 나타낸다.Figure 14 shows an enlarged TEM picture of the carbon-nickel composite material obtained in Example 1 according to the present invention.

도 15는 본 발명에 따른 실시예 1, 4, 5 및 6의 X-선 회절분석 결과를 나타낸다.15 shows the results of X-ray diffraction analysis of Examples 1, 4, 5 and 6 according to the present invention.

도 16은 본 발명에 따른 실시예 1의 배위고분자에 대한 열무게 측정분석 결과를 나타낸다.Figure 16 shows the results of thermogravimetric analysis of the coordination polymer of Example 1 according to the present invention.

도 17은 본 발명에 따른 실시예 1, 4, 5 및 6에서 얻어진 탄소-니켈 복합재료에 대한 열무게 측정분석 결과를 나타낸다.17 shows the results of thermogravimetric analysis on the carbon-nickel composites obtained in Examples 1, 4, 5 and 6 according to the present invention.

도 18은 본 발명의 실시예 7에서 제조한 배위 고분자의 X-선 회절 분석 결과 를 나타내는 도면이다.18 is a view showing the results of X-ray diffraction analysis of the coordination polymer prepared in Example 7 of the present invention.

도 19는 여러 금속의 표준 환원 전위를 나타내는 도면이다.19 shows standard reduction potentials of various metals.

도 20은 연료전지의 개략적인 구조를 나타내는 개략도이다.20 is a schematic diagram showing a schematic structure of a fuel cell.

본 발명은 탄소-금속 복합재료 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전도성, 비표면적 및 규칙성이 개선되고 입자형상의 제어가 용이한 탄소-금속 복합재료 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon-metal composite material and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a carbon-metal composite material having improved conductivity, specific surface area and regularity, and easy to control a particle shape, and a method for manufacturing the same.

종래 전도성 탄소 재료는 각종 에너지 소자의 내부저항을 감소시켜 효율을 향상시키기 위한 목적으로 주로 사용되어 왔으며, 예를 들어 전지의 도전재 또는 활물질, 연료 전지용 촉매의 담체, 슈퍼커패시터의 전극 물질 등 다양한 용도를 갖고 있다.Conventional conductive carbon materials have been mainly used for the purpose of improving the efficiency by reducing the internal resistance of various energy devices, for example, a variety of uses, such as a conductive material or active material of a battery, a carrier of a catalyst for a fuel cell, an electrode material of a supercapacitor, etc. Have

이와 같은 전도성 탄소재료의 물성을 강화하고 전도성을 개선하기 위하여 다양한 연구 및 시도가 이루어지고 있는 바, 이와 같은 예로서는 미국특허 4,263,376호, 6,649,265호, 6,780,350호, 5,783,139호 등을 예로 들 수 있다.Various studies and attempts have been made to enhance the physical properties of the conductive carbon material and to improve conductivity. Examples of the conductive carbon materials include US Pat. Nos. 4,263,376, 6,649,265, 6,780,350, and 5,783,139.

상기 미국특허 4,263,376호에는 금속 입자를 탄소 입자 표면에 부착시켜 연료 전지 촉매로 활용한 예가 기재되어 있으나, 상기 금속 입자가 탄소 입자 표면에만 존재하는 것에 불과하여 탄소입자의 실질적인 전도성 향상과는 무관하며, 복합 입자 형상이 모재인 탄소입자 형상에만 의존하여 비표면적의 개선이 여전히 부족하 였다.US Patent No. 4,263, 376 describes an example in which metal particles are attached to the surface of carbon particles and used as a fuel cell catalyst, but the metal particles are only present on the surface of the carbon particles, and are not related to the substantial increase in conductivity of the carbon particles. The improvement of specific surface area was still insufficient, depending on the shape of the carbon particles whose composite particle shape was the base material.

상기 미국특허 6,649,265호에는 탄소입자를 가압성형하여 얻은 재료의 기공을 금속으로 채워 전도성 향상을 시도한 예가 기재되어 있으나, 금속과 탄소간의 접촉이 부분적으로만 이루어지고 금속으로 채워지지 않은 기공이 여전히 존재하여 금속의 첨가에 의한 전도성 향상을 기대하기 어려웠으며, 마찬가지로 복합 입자 형상이 모재인 탄소입자 형상에만 의존하여 형상의 실질적인 제어가 곤란하므로 비표면적을 개선할 필요가 있었다.상기 미국특허 6,780,350호에는 탄소입자 또는 탄소 전구체와 금속 전구체가 녹아 있는 용액을 에어로졸 상태로 분무하고 열처리함으로써 탄소와 금속을 비교적 균일하게 분산시킴으로써 전도성을 향상시킨 예가 기재되어 있으나 에어로졸 방법의 특성상 구(sphere)에 가까운 입자 형상만이 구현 가능할 뿐 비표면적의 개선을 위한 다양한 형상을 갖는 입자의 제조는 곤란하다는 문제가 있었다.US Patent No. 6,649,265 describes an example of attempting to improve conductivity by filling pores of a material obtained by press-molding carbon particles with a metal, but the contact between the metal and carbon is only partially made and there are still pores that are not filled with metal. It was difficult to expect to improve the conductivity by the addition of metal, and similarly, it was necessary to improve the specific surface area because the composite particle shape was only difficult to control the shape depending on the shape of the carbon particle as the base material. Alternatively, an example is described in which conductivity is improved by spraying a solution in which a carbon precursor and a metal precursor are dissolved in an aerosol state and thermally dispersing carbon and metal in a relatively uniform manner, but only a particle shape close to a sphere is realized due to the characteristics of the aerosol method. Possible but improved specific surface area There was a problem that the production of particles having a variety of shapes for the difficulty.

상기 미국특허 5,783,139호에는 유기 고분자에 분산된 유기 금속화합물의 열분해를 통해 얻어지는 세라믹 섬유를 개시하고 있으나, 불균일한 조성의 복합재료가 얻어진다는 문제가 있었다.The U.S. Patent No. 5,783,139 discloses a ceramic fiber obtained through pyrolysis of an organometallic compound dispersed in an organic polymer, but has a problem in that a composite material having a nonuniform composition is obtained.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전도성, 비표면적 및 규칙성이 개선되고 형상의 제어가 용이한 탄소-금속 복합재료를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a carbon-metal composite material having improved conductivity, specific surface area, regularity, and easy shape control.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 탄소-금속 복합재료의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing the carbon-metal composite material.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 상기 탄소-금속 복합재료를 채용한 촉매 및, 상기 촉매를 구비한 연료전지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a catalyst employing the carbon-metal composite material and a fuel cell including the catalyst.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, The present invention to achieve the above technical problem,

탄소 및 금속을 포함하며,Carbon and metals,

100 kgf/cm2의 압력 조건하에 8 mΩ/sq. 이하의 면저항을 갖는 탄소-금속 복합재료를 제공한다.8 mΩ / sq. Under pressure conditions of 100 kg f / cm 2 . Provided is a carbon-metal composite material having the following sheet resistance.

본 발명에 따른 일 구현예에서 있어서, 상기 탄소-금속 복합재료의 비표면적은 30 m2/g 이상이다.In one embodiment according to the invention, the specific surface area of the carbon-metal composite is at least 30 m 2 / g.

본 발명에 따른 일 구현예에 있어서, 상기 탄소-금속 복합재료는 6 nm 이상의 d-간격에서 적어도 하나의 피크를 갖는 X-선 회절 패턴을 나타낸다.In one embodiment according to the invention, the carbon-metal composite exhibits an X-ray diffraction pattern having at least one peak at d-spacings of 6 nm or more.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 배위 고분자를 포함하는 분말을 열처리하는 것을 특징으로 하는 탄소-금속 복합재료의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above another technical problem, the present invention provides a method for producing a carbon-metal composite material, characterized in that the heat treatment powder containing a coordination polymer.

상기 배위 고분자는 하기 화학식 1의 단위체 구조를 갖는 화합물을 사용할 수 있다:As the coordination polymer, a compound having a unit structure of Formula 1 may be used:

<화학식 1><Formula 1>

MxLySz M x L y S z

식중 M은 전이금속, 13족, 14족, 15족, 란탄계 금속 및 악틴계 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 나타내고;Wherein M represents at least one metal selected from the group consisting of transition metals, groups 13, 14, 15, lanthanide metals and actin metals;

L은 두개 이상의 금속(M) 이온과 동시에 이온결합 또는 공유결합을 형성하는 여러 자리 리간드(multidentate ligand)를 나타내며;L represents a multidentate ligand that simultaneously forms an ionic or covalent bond with two or more metal (M) ions;

S는 하나의 금속(M) 이온과 이온결합 또는 공유결합을 형성하는 단일 자리 리간드를 나타내고;S represents a single site ligand which forms an ionic or covalent bond with one metal (M) ion;

상기 L에 포함된 상기 금속(M) 이온과 결합 가능한 작용기의 수를 d라 하였을 때 상기 x, y, 및 z는 yd+z ≤ 6x, x ≥ 1, y ≥ 1, 및 y + z ≥ 1의 관계식을 만족하는 정수를 나타낸다.When x is the number of functional groups bondable with the metal (M) ions included in L, x, y, and z are yd + z ≦ 6x, x ≧ 1, y ≧ 1, and y + z ≧ 1. An integer that satisfies the relational expression of.

상기 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above another technical problem,

상기 본 발명에 따른 탄소-금속 복합재료를, 예를 들어 담체로서 포함하는 촉매, 및 상기 촉매를 구비하는 연료전지를 제공한다.Provided are a catalyst comprising, for example, a carbon-metal composite material according to the present invention as a carrier, and a fuel cell comprising the catalyst.

이하에서는 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명에 따른 탄소-금속 복합재료는 금속 입자가 탄소와 함께 복합화된 소재로서 100 kgf/cm2의 압력 조건하에 8 mΩ/sq. 이하의 면저항을 가지며, BET법으로 측정시 30 m2/g 이상의 비표면적을 나타내고, 6nm 이상의 d-간격에서 적어도 하나의 피크를 갖는 X-선 회절 패턴을 나타낸다. The carbon-metal composite according to the present invention is a material in which metal particles are composited together with carbon, and 8 mΩ / sq. Under a pressure condition of 100 kg f / cm 2 . An X-ray diffraction pattern having the following sheet resistance, exhibiting a specific surface area of 30 m 2 / g or more as measured by the BET method, and having at least one peak at a d-spacing of 6 nm or more.

이들 본 발명에 따른 탄소-금속 복합재료는 배위 고분자 화합물을 포함하는 분말을 열처리하는 방법을 통해 제조할 수 있다. 상기 탄소-금속 복합재료는 상기 배위고분자 화합물이 여러자리 리간드를 매개로 금속이 상호연결된 네트워크 구조를 형성함으로써 고규칙성의 구조를 가짐과 동시에 우수한 전기전도도 및 높은 비표면적을 갖게 된다.These carbon-metal composites according to the present invention can be produced by a method of heat-treating a powder containing a coordination polymer compound. The carbon-metal composite material has a highly regular structure and has excellent electrical conductivity and high specific surface area by forming a network structure in which the coordination polymer compound is a metal structure interconnected via a multidentate ligand.

상기 배위 고분자는 복합재료의 합성에 있어서 새로운 개념의 접근 방법을 제공하는 있는 물질로서, 일반적인 형태를 갖는 하기 화학식 2의 배위 화합물과 비교하여 1차원, 2차원 및 3차원 형태의 반복구조를 갖고 있다.The coordination polymer is a material that provides a new concept approach to the synthesis of composite materials, and has a repeating structure of one-dimensional, two-dimensional and three-dimensional forms compared to the coordination compound of Formula 2 having a general form. .

<화학식 2><Formula 2>

Figure 112005059136856-pat00001
Figure 112005059136856-pat00001

2차원 배위 고분자의 예를 하기 화학식 3에 나타낸다. Examples of the two-dimensional coordination polymer are shown in the following formula (3).

<화학식 3><Formula 3>

Figure 112005059136856-pat00002
Figure 112005059136856-pat00002

(식중, M, L 및 S는 상기 정의한 바와 같다)Wherein M, L and S are as defined above.

상기 화학식 3에서 나타낸 2차원의 배위 고분자는 금속원자에 인접하여 4개의 여러자리 리간드(L)와 2 개의 단일자리 리간드(S)가 배위하고 있으며, 이 중 여러자리 리간드들은 인접한 다른 금속원자에 배위하고 있음을 나타낸다. 이 경우 금속원자는 상기 화학식 2의 일반적인 배위 화합물과 동일한 형태로 리간드에 배위 자리를 제공하나, 이에 배위하는 리간드는 서로 상이한 금속원자들과 여러 자리에서 배위하게 된다. 상기 화학식 3의 배위 고분자에서는 하나의 리간드가 2개의 금속에 동시에 배위결합하는 여러자리 리간드로서 전체적으로 매우 규칙적인 격자 구조의 배위 고분자를 형성하게 된다. 이와 같은 구조는 3차원으로 확장하는 것도 가능하며, 평면형 배위 고분자와 달리 상하에 위치하는 금속원자, 혹은 리간드와 더 결합하여 3차원 구조의 배위 고분자를 형성하게 된다.In the two-dimensional coordination polymer represented by Formula 3, four multidentate ligands (L) and two monodentate ligands (S) are coordinated adjacent to a metal atom, and among these, the multidentate ligands are coordinated to another adjacent metal atom. Indicates that it is. In this case, the metal atom provides a coordination site to the ligand in the same form as the general coordination compound of Chemical Formula 2, but the ligand coordinating is coordinated with different metal atoms at various sites. In the coordination polymer of Chemical Formula 3, a ligand is a multidentate ligand coordinating to two metals at the same time to form a coordination polymer having a very regular lattice structure. Such a structure can be expanded in three dimensions, and unlike planar coordination polymers, the structure is further combined with metal atoms or ligands located above and below to form a three dimensional coordination polymer.

본 발명에서 상기 탄소-금속 복합재료를 형성하기 위하여 사용되는 배위 고분자는 하기 화학식 1로 나타내어지는 화합물을 사용할 수 있다.As the coordination polymer used to form the carbon-metal composite material in the present invention, a compound represented by the following Chemical Formula 1 may be used.

<화학식 1><Formula 1>

MxLySz M x L y S z

식중 M은 전이금속, 13족, 14족, 15족, 란탄계 금속 및 악틴계 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 나타내고;Wherein M represents at least one metal selected from the group consisting of transition metals, groups 13, 14, 15, lanthanide metals and actin metals;

L은 두개 이상의 금속(M) 이온과 동시에 이온결합 또는 공유결합을 형성하는 여러 자리 리간드(multidentate ligand)를 나타내며;L represents a multidentate ligand that simultaneously forms an ionic or covalent bond with two or more metal (M) ions;

S는 하나의 금속(M) 이온과 이온결합 또는 공유결합을 형성하는 단일 자리 리간드를 나타내고;S represents a single site ligand which forms an ionic or covalent bond with one metal (M) ion;

상기 L에 포함된 상기 금속(M) 이온과 결합 가능한 작용기의 수를 d라 하였을 때 상기 x, y, 및 z는 yd+z ≤ 6x, x ≥ 1, y ≥ 1, 및 y + z ≥ 1의 관계식을 만족하는 정수를 나타낸다.When x is the number of functional groups bondable with the metal (M) ions included in L, x, y, and z are yd + z ≦ 6x, x ≧ 1, y ≧ 1, and y + z ≧ 1. An integer that satisfies the relational expression of.

상기 화학식 1의 화합물은 배위 고분자로서, 두개 이상의 금속 원자 또는 이온에 동시에 결합할 수 있는 여러 개의 작용기를 갖는 리간드 L(이하 여러 자리 리간드(multidentate ligand)라 칭함)이 금속 원자 또는 이온들을 연결하여 네트워크를 형성함으로써 얻어지는 물질로서, 주로 결정 형태를 띠게 된다. 이와 같은 배위 고분자는 여러자리 리간드와는 별도로 하나의 금속원자 또는 이온에 결합가능한 단일 자리 리간드 S를 선택에 따라 더 포함할 수 있다.The compound of Formula 1 is a coordination polymer, in which a ligand L having several functional groups capable of simultaneously binding to two or more metal atoms or ions (hereinafter referred to as a multidentate ligand) connects metal atoms or ions to a network It is a substance obtained by forming a, and mainly takes a crystalline form. Such a coordination polymer may further include a single site ligand S capable of binding to a single metal atom or an ion separately from the multidentate ligand.

본 발명에 따른 배위 고분자와는 구별되어야 할 구조를 갖는 물질로서 킬레이트 화합물을 들 수 있다. 킬레이트 화합물은 여러 자리 리간드가 금속 이온에 결합되어 있는 화합물을 의미하나, 이 경우는 일반적인 단일 화합물을 구성하는 것에 불과하여 본 발명의 배위 고분자와는 그 구조가 상이하다. 즉 에틸렌 디아민과 같은 여러 자리 리간드가 금속 이온에 배위 결합하는 경우가 이에 해당하며, 이 경우는 본 발명의 배위고분자와 같이 네트워크 구조물이 아니며, 상기 여러자리 리간드가 킬레이트 고리를 형성하는 하나의 단일 배위 화합물에 불과하기 때문에 본 발명의 배위 고분자와는 구별되어야 한다. 즉 본 발명의 배위 고분자는 필수적으로 이웃하는 금속 간에 여러 자리 리간드를 통해서 네트워크를 형성한 것을 의미하는 것 으로서 하나의 금속 이온에만 여러 자리에서 배위하여 형성되는 킬레이트 착물의 경우에는 네트워크를 형성하지 못하게 되므로 본 발명에 따른 배위 고분자를 형성할 수 없게 된다. Chelating compounds may be mentioned as materials having a structure to be distinguished from the coordination polymer according to the present invention. The chelate compound refers to a compound in which a plurality of site ligands are bonded to metal ions, but in this case, they constitute only a general single compound and have a different structure from the coordination polymer of the present invention. That is, when a multidentate ligand such as ethylene diamine is coordinatively bound to a metal ion, in this case, it is not a network structure like the coordination polymer of the present invention, and a single coordination in which the multidentate ligand forms a chelate ring Since it is only a compound, it should be distinguished from the coordination polymer of the present invention. That is, the coordination polymer of the present invention essentially means that a network is formed through a multi-site ligand between neighboring metals, and in the case of a chelate complex formed by coordination at multiple sites with only one metal ion, the network cannot be formed. It is not possible to form the coordination polymer according to the present invention.

상기 여러 자리 리간드 L를 통하여 네트워크를 형성하는 경우, 중심 금속 이온 또는 원자는 이들 여러자리 리간드와만 배위 결합을 형성해야 하는 것은 아니며, 필요시 단일 자리 리간드와도 결합하는 것도 가능하다. 즉 상술한 바와 같은 여러 자리 리간드를 포함하는 상황에서, 필요시 단일 자리 리간드 S를 더 포함하게 된다. 이와 같은 단일 자리 리간드 S로서는 일반적인 배위 화합물에서 사용되는 모든 리간드를 아무 제한 없이 선택하여 사용할 수 있으며, 주로 부대전자쌍이 존재하는 질소, 산소, 황, 인, 비소 등을 포함하는 리간드를 사용할 수 있다. 예를 들어 H2O, SCN-, CN-, Cl-, Br-, NH3 등을 사용할 수 있다. 그러나 단일 자리 리간드라고 하여 작용기가 하나만 존재하는 것은 아니며, 상술한 바와 같은 킬레이트 고리를 형성하는 경우라면 여러 자리 리간드를 사용하는 것도 가능하다. 즉 2자리, 3자리, 4자리 등의 여러 자리 리간드라 하여도 금속 원자 또는 이온이 다른 리간드를 통하여 네트워크의 형성이 가능한 경우라면 이들의 사용이 제한 되는 것은 아니다.In the case of forming a network through the multidentate ligand L, the central metal ion or atom does not have to form a coordinating bond only with these multidentate ligands, and it is also possible to bind to the monodentate ligand if necessary. In other words, in the case of containing a multidentate ligand as described above, the single-site ligand S is further included if necessary. As such single-site ligand S, any ligand used in a general coordination compound can be selected without any limitation, and a ligand including nitrogen, oxygen, sulfur, phosphorus, arsenic, etc., in which an auxiliary electron pair is present, can be used. For example, H 2 O, SCN , CN , Cl , Br , NH 3 and the like may be used. However, single-site ligands do not have only one functional group, and in the case of forming a chelate ring as described above, it is also possible to use a multi-site ligand. That is, even if a multi-digit ligand such as 2, 3, 4, etc., if the metal atoms or ions can form a network through another ligand, their use is not limited.

본 발명의 금속 이온 또는 원자들을 네트워크로 연결가능한 여러 자리 리간드로서는 상기 중심 금속과 공유결합 혹은 이온 결합을 형성하여 네트워크를 형성할 수 있는 작용기를 적어도 2개 이상 갖는 것이라면 아무 제한 없이 사용할 수 있 다. 특히 이와 같은 여러 자리 리간드는 상술한 바와 같이 하나의 금속이온에만 배위 결합하여 킬레이트 고리를 형성하는 킬레이트 리간드로서의 여러 자리 리간드와는 구별되어야 함은 이미 상술한 바와 같다. 이들은 배위 네트워크 고분자를 형성하는 것이 곤란하기 때문이다.The multi-site ligands capable of connecting the metal ions or atoms of the present invention to a network may be used without limitation as long as they have at least two functional groups capable of forming a network by forming a covalent bond or an ionic bond with the central metal. In particular, as described above, such multidentate ligands should be distinguished from multidentate ligands as chelating ligands that form a chelate ring by coordinating only one metal ion as described above. This is because it is difficult to form a coordination network polymer.

이와 같은 본 발명에 따른 배위 고분자를 형성하는 여러 자리 리간드로서 구체적으로 예를 들면 하기 화학식 4의 트리메세이트계 리간드, 화학식 5의 테레프탈레이트계 리간드, 화학식 6의 4,4'-비피리딘계 리간드, 화학식 7의 2,6-나프탈렌디카르복실레이트계 리간드, 및 화학식 8의 피라진계 리간드를 예로 들 수 있다.As such a multidentate ligand for forming a coordination polymer according to the present invention, for example, a trimethate ligand of Formula 4, a terephthalate ligand of Formula 5, and a 4,4′-bipyridine ligand of Formula 6 , 2,6-naphthalenedicarboxylate ligands of formula (7), and pyrazine ligands of formula (8).

<화학식 4><Formula 4>

Figure 112005059136856-pat00003
Figure 112005059136856-pat00003

<화학식 5><Formula 5>

Figure 112005059136856-pat00004
Figure 112005059136856-pat00004

<화학식 6><Formula 6>

Figure 112005059136856-pat00005
Figure 112005059136856-pat00005

<화학식 7><Formula 7>

Figure 112005059136856-pat00006
Figure 112005059136856-pat00006

<화학식 8><Formula 8>

Figure 112005059136856-pat00007
Figure 112005059136856-pat00007

상기 식중, R1 내지 R25는 각각 독립적으로 수소원자, 할로겐원자, 히드록시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴옥시기를 나타낸다. Wherein R 1 to R 25 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a hydroxy group, a substituted or unsubstituted C1-20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1-20 alkoxy group, substituted or unsubstituted Alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryloxy group having 6 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted heteroaryl group having 2 to 30 carbon atoms, or Substituted or unsubstituted C2-C30 heteroaryloxy group is shown.

이와 같은 여러 자리 리간드의 여러 예는 문헌(Christoph Janiak, Dalton Trans., 2003, p2781-2804; 및 Stuart L. James, Chem. Soc. Rev., 2003, 32, 276-288)에 보다 구체적으로 기술되어 있으며, 인용에 의해 본 명세서에 통합되어 있다.Several examples of such multidentate ligands are described in more detail in Christoph Janiak, Dalton Trans. , 2003, p2781-2804; and Stuart L. James, Chem. Soc. Rev. , 2003, 32 , 276-288. And incorporated herein by reference.

상기 여러 자리 리간드와 결합하여 배위 고분자를 형성하는 금속으로서는 상기 리간드에 배위 자리를 제공할 수 있는 것이라면 아무 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 전이금속, 13족, 14족, 15족, 란탄계 금속 및 악틴계 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 사용할 수 있다. 이들 중 바람직하게는 Fe, Pt, Co, Cd, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Ni, Ag, Au, Pd, Ru, Os, Mo, Zr, Nb, La, In, Sn, Pb, 및 Bi로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속을 사용할 수 있다. 이들 중 Ag, Cu, Pd, Pt, Au, Ru, 및 Os로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속은 도 14에 도시한 바와 같이 환원전위가 높아서 이들 금속을 포함하는 복합재료를 연료 전지 등의 전극으로 사용시 용리 등의 부작용을 최소화시킬 수 있다는 장점을 갖는다. 이미 상술한 바와 같이 상기 배위 고분자는 MxLySz의 화학식을 갖는 바, 여기서 배위수와 관련하여 상기 x, y 및 z는 yd+z ≤ 6x , x ≥ 1, y ≥ 1, 및 y + z ≥ 1 (여기서 d는 여러자리 리간드 L에서 금속과 결합가능한 작용기의 수를 나타낸다)의 관계식을 만족하는 정수이다. 예를 들어 L이 4자리 리간드에 해당하고, 단일 자리 리간드 S의 2분자가 금속과 배위결합을 형성하는 경우에는 기본적인 단위체의 구조는 MLS2의 기본구조를 갖게 되며, 1(y) X 4(d) + 2(z) = 6 X 1(x)의 관계식을 만족하게 된다. 여기서 여러자리 리간드 L은 네트워크를 구성하기 위한 필수 구성 요소이므로 그 값은 1 이상이 되어야 하며, 단일 자리 리간드인 S는 필요에 따라 선택할 수 있는 선택적인 구성 요소이므로 그 값은 0 이상이어야 한다. 이들 x, y 및 z는 상기 화합물이 고분자라는 특성상 구체적인 원자의 수를 나타내는 것은 아니며, 상기 금속 및 리간드들이 존재하는 비율을 의미하는 것으로 해석해야 함은 당업자들에겐 당연하게 이해되어져야 할 부분이다. 이들 중 중심 금속 M이 Cd이고, 여러자리 리간드 L이 4,4''-비피리딘인 경우의 본 발명에 따른 배위 고분자의 예는 하기 화학식 9와 같다(여기서 x 및 y는 1이며, z는 2의 값을 갖게 된다).As the metal that binds to the multidentate ligand to form a coordination polymer, any metal that can provide a coordination site to the ligand can be used without any limitation. For example, a transition metal, Group 13, Group 14, Group 15, or lanthanide One or more metals selected from the group consisting of metals and actinic metals can be used. Among these, Fe, Pt, Co, Cd, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Ni, Ag, Au, Pd, Ru, Os, Mo, Zr, Nb, La, In, Sn, Pb, and One or more metals selected from the group consisting of Bi can be used. Among them, at least one metal selected from the group consisting of Ag, Cu, Pd, Pt, Au, Ru, and Os has a high reduction potential as shown in FIG. 14, so that a composite material containing these metals is used as an electrode such as a fuel cell. In use, it has the advantage of minimizing side effects such as elution. As described above, the coordination polymer has a chemical formula of M x L y S z , wherein in terms of coordination number, x, y and z are yd + z ≦ 6x, x ≧ 1, y ≧ 1, and y is an integer that satisfies the relationship of + z ≥ 1, where d represents the number of functional groups capable of bonding with the metal in the multidentate ligand L. For example, when L corresponds to a 4-dentate ligand, and the two-molecule of single-site ligand S forms a coordination bond with a metal, the basic monomer structure has a basic structure of MLS 2 , and 1 (y) X 4 ( d) + 2 (z) = 6 X 1 (x) is satisfied. Since the multidentate ligand L is an essential component for constituting the network, its value should be 1 or more, and since the monodentate ligand S is an optional component that can be selected as necessary, its value should be 0 or more. These x, y and z does not represent a specific number of atoms in the nature that the compound is a polymer, it should be understood that those skilled in the art should be interpreted to mean the ratio of the metal and ligand present. Examples of the coordination polymer according to the present invention in the case where the central metal M is Cd and the multidentate ligand L is 4,4 ''-bipyridine are as shown in Formula 9 below, wherein x and y are 1, and z is Will have a value of 2).

<화학식 9><Formula 9>

Figure 112005059136856-pat00008
Figure 112005059136856-pat00008

상기 화학식 9의 배위 고분자는 중심 금속인 Cd에 4,4'-비피리딘이 배위결합한 상태를 나타내며, 4,4'-비피리딘에 포함되어 있는 말단 질소원자가 하나의 Cd 이온에 결합 한 후, 다른 말단의 질소원자가 다른 Cd 이온에 결합하는 형태로 반복하여 결합함으로써 네트워크의 형성이 가능해지며, 그 결과 2차원 형태의 격자 구조를 갖는 대단히 규칙적인 형태의 배위 고분자가 얻어진다. 이와 같은 배위 고분자의 형태는 이를 열처리하여 얻어지는 본 발명에 따른 탄소-금속 복합재료의 최종적인 형태, 즉 주기성 등에 영향을 미치게 된다. 따라서 배위 고분자의 형성 과정을 적절히 제어하게 되면 최종 생성물의 형태를 제어하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있게 된다. 배위 고분자의 결정 형태를 제어하는 방법으로서는 금속 전구체와 리간드를 결합시키는 반응의 반응 온도, pH, 및 반응시간과 더불어 금속의 종류, 리간드의 종류 및 이들의 농도 등을 적절히 변화시키거나, 이들을 결정 상태로 얻기 위한 건조 온도 및 시간 등을 적절히 제어함으로써 가능해진다.The coordination polymer of Chemical Formula 9 shows a state in which 4,4′-bipyridine is coordinated to Cd, which is a central metal, and the terminal nitrogen atom included in 4,4′-bipyridine binds to one Cd ion, and then another By repeating the bonds in which the terminal nitrogen atoms are bonded to other Cd ions, a network can be formed. As a result, a highly regular coordination polymer having a two-dimensional lattice structure is obtained. The shape of such coordination polymer affects the final form of the carbon-metal composite material according to the present invention obtained by heat treatment, that is, periodicity. Therefore, proper control of the formation process of the coordination polymer can achieve the same effect as controlling the shape of the final product. As a method of controlling the crystal form of the coordination polymer, the reaction temperature, pH, and reaction time of the reaction in which the metal precursor and the ligand are combined, as well as the type of metal, the type of ligand and their concentration, etc. are appropriately changed, or the crystal state thereof is determined. It becomes possible by appropriately controlling the drying temperature and time for obtaining.

이미 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 탄소-금속 복합재료는 상기와 같은 배위 고분자를 포함하는 분말을 열처리하여 얻어지게 된다. 열처리 조건으로서는 특별히 제한되는 것은 아니나, 불활성 분위기하에 약 600 ℃ 내지 해당 금속의 녹는점, 바람직하게는 약 600 ℃ 내지 약 1,000 ℃의 온도에서 약 0.1 내지 10시간 동안, 바람직하게는 약 0.5 내지 3시간 동안 열처리하는 것이 바람직하다. 상기 열처리 온도가 600℃ 미만인 경우에는 탄소 내의 수소가 완전히 제거되지 않아 저항값이 증가하므로 전기 전도도가 저하될 우려가 있으며, 해당 금속의 녹는점을 초과하는 경우에는 금속이 용융되어 복합재료의 균일한 형성이 곤란해질 수 있어 바람직하지 않다. 상기 열처리 온도가 0.1시간 미만인 경우에는 충분한 열처리 효과를 얻을 수 없으며, 10시간을 초과하는 경우에는 초과하는 시간만큼의 증가되는 열처리 효과를 얻을 수 없어 경제적이지 않다는 문제가 있다.As described above, the carbon-metal composite material according to the present invention is obtained by heat-treating a powder containing the coordination polymer as described above. The heat treatment conditions are not particularly limited, but in an inert atmosphere at a melting point of about 600 ° C. to the metal, preferably at a temperature of about 600 ° C. to about 1,000 ° C., for about 0.1 to 10 hours, preferably about 0.5 to 3 hours It is preferable to heat-treat for a while. If the heat treatment temperature is less than 600 ° C, hydrogen in carbon is not completely removed, thereby increasing the resistance value, and thus the electrical conductivity may be reduced. When the melting point of the metal is exceeded, the metal melts to uniform the composite material. It may be difficult to form, which is not preferable. If the heat treatment temperature is less than 0.1 hours, a sufficient heat treatment effect may not be obtained, and if it exceeds 10 hours, there is a problem in that it is not economical because an increased heat treatment effect by an excess time cannot be obtained.

상기 배위 고분자를 상술한 바와 같이 열처리를 하는 경우, 휘발 성분 및 연소가 가능한 부분은 모두 증발되어 제거되므로 그 형태는 동일하지만 부피가 감소된 탄소-금속 나노 복합 소재를 얻을 수 있게 된다. 또한 열처리 전후의 형태의 동일성을 유지할 수 있어 배위 고분자의 형태가 열처리 후에도 유지되므로 최종 목적물의 입자 형태를 용이하게 제어할 수 있음은 상술한 바와 같다.When the coordinating polymer is heat-treated as described above, all volatile components and combustible parts are evaporated and removed, thereby obtaining a carbon-metal nanocomposite having the same shape but having a reduced volume. In addition, since the shape of the coordination polymer is maintained even after the heat treatment because the shape of the shape before and after the heat treatment can be maintained, it is possible to easily control the particle shape of the final target.

또한 열처리를 거친 이후에는 배위 고분자 결정의 표면 상태가 달라져서 매 끄러운 표면이 거칠어지는 것을 알 수 있는 바, 이는 상술한 바와 같이 휘발 성분 및 연소가 가능한 부분은 모두 증발되어 제거됨과 동시에 금속 성분이 표면 상에서 응집되어 발생하는 현상으로 여겨지는 바, 이를 통해 비표면적이 상당부분 개선되는 효과를 나타내게 된다. 이와 같은 본 발명에 따른 탄소-금속 복합재료의 비표면적의 개선은 연료 전지 등에 사용되는 촉매용 담체로서 그 유용성을 강화시키게 된다.In addition, after the heat treatment, it can be seen that the surface state of the coordination polymer crystal is changed so that the smooth surface is rough. As described above, the volatile component and the combustible portion are all evaporated and removed, and the metal component is coated on the surface. It is considered that the phenomenon occurs due to aggregation of the phase, and this results in a significant improvement of the specific surface area. Such improvement in the specific surface area of the carbon-metal composite material according to the present invention enhances its usefulness as a catalyst carrier for use in fuel cells and the like.

한편, 상기 탄소-금속 복합재료는 일정한 주기성을 나타내게 된다. 이와 같은 주기성은 상기 배위 고분자가 1차원, 2차원, 및 3차원 형태로 반복구조를 갖는 것에 기인한 것으로 배위 고분자가 갖고 있는 반복적인 고규칙성이 열처리 후에도 유지됨을 의미한다. 이와 같은 주기성은 X-선 회절 분석법을 통해 측정할 수 있으며, 본 발명에 따른 탄소-금속 나노 복합 재료는 6nm 이상의 d-간격에서 적어도 하나의 피크가 존재하므로 이를 통해 상기와 같은 주기성의 존재를 알 수 있다. 상기 d-간격은 6 nm 이상, 예를 들어 10 내지 100 nm인 경우가 바람직하다. 이와 같은 주기성은 상기 본 발명에 따른 탄소-금속 복합재료의 물성을 결정하는 중요 요소로서 작용하게 되며, 금속이 되는 부분과 탄소가 되는 부분이 분자 수준에서 균일하게 배열됨으로써 평균입경이 1마이크론 이하인 나노크기의 금속 입자가 포함된 복합 재료를 얻을 수 있으며, 치밀한 구조의 복합 입자를 형성하게 된다. 이와 같이 6 nm보다 큰 주기를 갖는 주기적 배열은 구조 유도 물질(Structure directing agent)의 사용만으로는 얻기 곤란한 것으로 본 발명에 따른 배위 고분자를 포함하는 분말을 열처리하여 얻어지는 탄소-금속 복합재료의 경우만이 상기와 같은 6nm 이상의 d-간격을 X-선 회절 분석에서 나타내게 된다.On the other hand, the carbon-metal composite material exhibits a certain periodicity. Such periodicity is due to the repeating structure of the coordination polymer in one, two, and three dimensional forms, which means that the repetitive high regularity of the coordination polymer is maintained even after heat treatment. Such periodicity can be measured by X-ray diffraction analysis, and the carbon-metal nanocomposite according to the present invention has at least one peak at a d-spacing of 6 nm or more, thereby indicating the presence of such periodicity. Can be. The d-spacing is preferably at least 6 nm, for example 10 to 100 nm. Such periodicity acts as an important factor for determining the physical properties of the carbon-metal composite material according to the present invention, and the nanoparticles having a mean particle size of less than 1 micron are uniformly arranged at the molecular level. It is possible to obtain a composite material containing metal particles of size and to form a composite particle of compact structure. As such, the periodic arrangement having a period larger than 6 nm is difficult to obtain only by using a structure directing agent. Only in the case of the carbon-metal composite material obtained by heat-treating a powder containing a coordination polymer according to the present invention. The same d-spacing of 6 nm or more is shown in X-ray diffraction analysis.

또한 본 발명에 따른 탄소-금속 복합재료의 경우, 열처리에 의해 배위 고분자 입자분말의 표면 상태가 상당부분 개질되어 비표면적이 개선되는 효과를 갖게 된다. 이는 열처리를 진행하기 이전에 배위 고분자의 표면이 매끄러운 것(도 9 참조)과 달리 열처리 이후에는 표면이 상당히 거칠어지는 것(도 11 참조)을 통해 확인할 수 있으며, 이는 열처리 과정에서 탄소를 제외한 유기물의 대부분이 제거됨과 동시에 표면 상에서 금속이 응집이 되면서 비표면적을 이전과 비교하여 훨씬 개선하게 된다. 그 결과 본 발명에 따른 탄소-금속 복합재료는 BET법으로 측정시 약 30 m2 /g 이상, 바람직하게는 50 내지 500 m2/g의 비표면적을 갖게 된다. 이와 같은 개선된 비표면적은 촉매용 담체 등으로 사용시 보다 큰 유용성을 제공하게 된다. 특히 후술하는 바와 같이 전도도가 우수하면서도 비표면적이 높은 경우 그 유용성은 더욱 커지게 된다.In addition, in the case of the carbon-metal composite material according to the present invention, the surface state of the coordinating polymer particle powder is substantially modified by heat treatment, so that the specific surface area is improved. This can be confirmed by the fact that the surface of the coordination polymer is smooth before the heat treatment (see FIG. 9), whereas the surface is considerably roughened after the heat treatment (see FIG. 11). As most of them are removed, the metals agglomerate on the surface, improving the specific surface area compared to before. As a result, the carbon-metal composite material according to the present invention has a specific surface area of about 30 m 2 / g or more, preferably 50 to 500 m 2 / g, as measured by the BET method. This improved specific surface area provides greater utility when used as a carrier for catalysts and the like. In particular, as described later, when the conductivity is excellent and the specific surface area is high, the usefulness is further increased.

또한 본 발명에 따른 탄소-금속 복합재료는 탄소 부분과 금속 부분이 주기적으로 치밀하게 존재함으로 인하여 종래의 탄소 재료에 비하여 우수한 전도성을 나타내게 된다. 이와 같은 전도성은 100 kgf/cm2의 압력 조건하에 8 mΩ/sq. 이하, 바람직하게는 0.01 내지 5 mΩ/sq.의 면저항을 나타내게 된다. 상술한 면저항은 상기 탄소-금속 복합재료의 분말 0.1g을 사용하여 지름 13mm의 디스크 형태의 몰드에 넣고 압력을 가하면서 4-프로브 방법을 사용하여 측정할 수 있다. 이와 같이 낮은 저 항값은 본 발명의 탄소-금속 복합재료가 분자 내에 탄소 부분과 금속 부분을 모두 포함하며, 이들이 고규칙적으로 치밀하게 배열되어 형성되기 때문에 가능한 것으로 종래의 탄소재료로는 달성할 수 없는 수치에 해당한다.In addition, the carbon-metal composite material according to the present invention exhibits excellent conductivity compared to the conventional carbon material because the carbon portion and the metal portion are dense periodically. This conductivity is 8 mΩ / sq. Under a pressure of 100 kg f / cm 2 . Hereinafter, a sheet resistance of preferably 0.01 to 5 mΩ / sq. The sheet resistance described above may be measured using a 4-probe method while applying pressure to a disk-shaped mold having a diameter of 13 mm using 0.1 g of the carbon-metal composite material. These low resistance values are possible because the carbon-metal composites of the present invention contain both carbon and metal parts in the molecule, and they are formed in a highly regular and precise arrangement, which cannot be achieved with conventional carbon materials. It is a number.

본 발명에 따른 탄소-금속 복합재료는 그 형태가 입자 형태 혹은 로드 형태 등의 다양한 형태로 존재할 수 있으며, 그 형태의 특징상 입자 크기를 명확히 규명하기는 곤란하나, SEM 사진 등을 통한 육안 측정결과에 따르면 대략 나노미터 단위의 크기를 갖는 것을 알 수 있다. 이 경우 본 발명에 따른 탄소-금속 복합재료의 바람직한 평균입경은 약 0.1 내지 1㎛ 정도가 될 수 있다.The carbon-metal composite material according to the present invention may exist in various forms such as particle form or rod form, and it is difficult to clearly determine the particle size due to the characteristics of the form, but visual measurement results through SEM photographs, etc. It can be seen that according to the size of approximately nanometers. In this case, the preferred average particle diameter of the carbon-metal composite material according to the present invention may be about 0.1 to 1 μm.

본 발명에 따른 탄소-금속 복합재료의 제조방법은 그 원료가 되는 배위 고분자를 대부분 수용액 상에서 합성할 수 있어 경제적으로 유용성 및 안전성이 높고, 이들을 단순히 열처리하는 것만으로 목적물을 생성할 수 있어 대량 생산이 용이하고 템플레이트가 불필요하다는 이점이 있다. 특히 원료가 되는 배위 고분자는 상술한 바와 같은 리간드를, 예를 들어 산의 형태로 반응용액에 가하여 일반적으로 염의 형태로 존재하는 금속에 배위결합시켜 얻어지는 바, 이와 같은 반응 결과물에는 배위 고분자, 및 미반응물이 혼합되어 있는 상태가 된다. 여기서 배위 고분자만을 별도로 분리하여 이들만을 고농도로 사용하는 것도 가능하나, 이와 같은 혼합물을 포함하는 혼합용액을 별도의 분리 공정없이 그대로 여과 및 건조하여 열처리함으로써 공정 비용을 절감하면서 본 발명에 따른 탄소-금속 복합재료를 형성하는 것도 가능하다. 이 경우 열처리 이전 상태의 분말은 배위 고분자를 포함하는 분말 형태가 된다. 즉 이와 같은 분말에는 배위 고분자 결정 이외에도 미반응 리간드인 유기 화합물이 더 포함될 수 있다. 상기 미반응 유기 화합물의 함량은 반응 조건을 적절히 조절함에 따라 그 함량을 적절하게 조절하는 것이 가능하며, 그에 따라 최종적으로 얻어지는 탄소-금속 복합재료의 물성이 일부 달라질 수 있음은 당연하다 할 것이다.In the method for producing a carbon-metal composite material according to the present invention, the coordination polymer as a raw material thereof can be synthesized in an aqueous solution, and thus economical usefulness and safety are high, and the target product can be produced simply by heat treatment. There is an advantage that it is easy and template is unnecessary. In particular, the coordinating polymer as a raw material is obtained by coordinating a ligand as described above to the reaction solution in the form of an acid, for example, and coordinating with a metal generally present in the form of a salt. The reactants are in a mixed state. Here, it is also possible to separate only the coordination polymer and use only them in high concentration, but the carbon-metal according to the present invention while reducing the process cost by filtering and drying the mixed solution containing such a mixture as it is without a separate separation process. It is also possible to form a composite material. In this case, the powder before the heat treatment is in the form of a powder containing a coordination polymer. That is, such a powder may further include an organic compound that is an unreacted ligand in addition to the coordination polymer crystal. The content of the unreacted organic compound can be appropriately adjusted according to the appropriate control conditions of the reaction, it will be natural that the physical properties of the finally obtained carbon-metal composite material may vary.

또한 배위 고분자의 형태를 제어하여 목적하는 탄소-금속 복합재료의 형상을 다양한 형태로 얻을 수 있어 목적하는 용도에 따라 입자의 형상 제어도 용이하다는 이점도 아울러 갖는다. 더불어 탄소로 되는 부분과 금속으로 되는 부분이 주기적으로 반복되는 치밀한 구조를 형성함으로써 전도성이 매우 높아서 전지의 활물질, 촉매, 촉매용 담체, 수소 저장체, 도전재, 자성체, 발광체, 비선형 광학 소재 등에 유용하게 사용될 수 있다.In addition, the shape of the carbon-metal composite material can be obtained in various forms by controlling the shape of the coordination polymer, which also has the advantage that the shape of the particles is easily controlled according to the intended use. In addition, by forming a dense structure in which carbon and metal parts are periodically repeated, the conductivity is very high, which is useful for battery active materials, catalysts, catalyst carriers, hydrogen storage materials, conductive materials, magnetic materials, light emitters, and nonlinear optical materials. Can be used.

특히 본 발명에 따른 탄소-금속 복합재료는 고규칙성 이외에 전도도 및 비표면적이 개선되어 연료전지 등에 사용되는 촉매용 담체로서 그 유용성이 높다 할 수 있다.In particular, the carbon-metal composite material according to the present invention may have high utility as a catalyst carrier for use in fuel cells due to improved conductivity and specific surface area in addition to high regularity.

연료전지의 일종인 직접 메탄올 연료전지(DMFC)의 기본적인 구조는 도 13과 같다. 도 13에 나타나 있는 바와 같이, 연료가 공급되는 애노드(20), 산화제가 공급되는 캐소드(30), 및 애노드(20)와 캐소드(30) 사이에 위치하는 전해질막(10)을 포함한다. 일반적으로, 애노드(20)는 애노드 확산층(22)과 애노드 촉매층(21)으로 이루어지며, 캐소드(30)는 캐소드 확산층(32)과 캐소드 촉매층(31)으로 이루어진다. 분리판(40)은 애노드(20)에 연료를 공급하기 위한 유로를 구비하고 있으며, 애노드(20)에서 발생한 전자를 외부회로 또는 인접하는 단위전지로 전달하기 위한 전자전도체의 역할을 한다. 분리판(50)은 캐소드(30)에 산화제를 공급하기 위한 유로를 구비하고 있으며, 외부회로 또는 인접하는 단위전지로부터 공급된 전자를 캐소드(30)로 전달하기 위한 전자전도체의 역할을 한다. DMFC에 있어서, 애노드(20)에 공급되는 연료로서는 주로 메탄올 수용액이 사용되고, 캐소드(30)에 공급되는 산화제로서는 주로 공기가 사용된다. 애노드의 확산층(22)을 통하여 애노드(20)의 촉매층(21)에 전달된 메탄올 수용액은 전자, 수소이온, 이산화탄소 등으로 분해된다. 수소이온은 전해질막(10)을 통하여 캐소드 촉매층(31)으로 전달되고, 전자는 외부회로로 전달되며, 이산화탄소는 외부로 배출된다. 캐소드 촉매층(31)에서는, 전해질막(10)을 통하여 전달된 수소이온, 외부회로로부터 공급된 전자, 그리고 캐소드 확산층(32)를 통하여 전달된 공기중의 산소가 반응하여 물을 생성한다. The basic structure of a direct methanol fuel cell (DMFC), which is a kind of fuel cell, is shown in FIG. 13. As shown in FIG. 13, an anode 20 to which fuel is supplied, a cathode 30 to which an oxidant is supplied, and an electrolyte membrane 10 positioned between the anode 20 and the cathode 30 are included. In general, the anode 20 is composed of an anode diffusion layer 22 and an anode catalyst layer 21, and the cathode 30 is composed of a cathode diffusion layer 32 and a cathode catalyst layer 31. The separating plate 40 includes a flow path for supplying fuel to the anode 20, and serves as an electron conductor for transferring electrons generated from the anode 20 to an external circuit or an adjacent unit cell. The separator 50 includes a flow path for supplying an oxidant to the cathode 30 and serves as an electron conductor for transferring electrons supplied from an external circuit or an adjacent unit cell to the cathode 30. In DMFC, an aqueous methanol solution is mainly used as a fuel supplied to the anode 20, and air is mainly used as an oxidant supplied to the cathode 30. The aqueous methanol solution transferred to the catalyst layer 21 of the anode 20 through the diffusion layer 22 of the anode is decomposed into electrons, hydrogen ions, carbon dioxide, and the like. Hydrogen ions are transferred to the cathode catalyst layer 31 through the electrolyte membrane 10, electrons are transferred to an external circuit, and carbon dioxide is discharged to the outside. In the cathode catalyst layer 31, hydrogen ions delivered through the electrolyte membrane 10, electrons supplied from an external circuit, and oxygen in the air delivered through the cathode diffusion layer 32 react to generate water.

이와 같은 연료전지 시스템에서 촉매층의 역할은 대단히 중요하며, 일반적으로 촉매의 비표면적은 넓은 것이 그 효율면에서 바람직하며, 본 발명에 따른 탄소-금속 복합재료의 경우 전기 전도도가 기존 담체 재료보다 우수하면서도 비표면적이 개선되어 있어 이와 같은 연료 전지 시스템에서 촉매용 담체로서 그 유용성이 특히 높다 할 수 있다. The role of the catalyst layer in such a fuel cell system is very important, and in general, the specific surface area of the catalyst is preferable in terms of efficiency, and in the case of the carbon-metal composite material according to the present invention, the electrical conductivity is superior to that of the existing carrier material. Since the specific surface area is improved, the usefulness of the catalyst carrier in such a fuel cell system is particularly high.

이하에서 본 발명을 실시예 및 비교예를 들어 보다 상세히 설명하나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.

실시예 1Example 1

3.8g의 니켈(II) 아세테이트 4수화물과 2.0g의 트리메신산을 100ml의 증류수에 가하고 55℃에서 2시간 동안 교반하였다. 용액 중에 생성된 분말을 나일론 필터를 이용하여 분리하고, 증류수로 여러 번 세척한 후 100℃의 오븐에서 2시간 동안 건조하여 배위 고분자 결정을 얻었다.3.8 g of nickel (II) acetate tetrahydrate and 2.0 g of trimesic acid were added to 100 ml of distilled water and stirred at 55 ° C. for 2 hours. The powder produced in the solution was separated using a nylon filter, washed several times with distilled water and dried in an oven at 100 ° C. for 2 hours to obtain coordination polymer crystals.

얻어진 배위 고분자 결정을 아르곤 분위기하에 900℃에서 1시간 동안 열처리하여 열처리 전 배위 고분자 결정과 그 형태는 동일하고 부피는 감소한 탄소-니켈 복합재료를 제조하였다.The obtained coordination polymer crystal was heat-treated at 900 ° C. for 1 hour under argon atmosphere to prepare a carbon-nickel composite material having the same shape as that of the coordination polymer crystal and having reduced volume before heat treatment.

얻어진 탄소-니켈 복합재료를 X-선 회절법으로 측정한 니켈 금속 입자의 크기는 18.3nm이었다. 도 1에 나타낸 바와 같이 저각도(low angle) X-선 회절 실험에서는 18nm의 주기성을 관찰할 수 있었다.The size of the nickel metal particles obtained by measuring the obtained carbon-nickel composite material by X-ray diffraction method was 18.3 nm. As shown in FIG. 1, a periodicity of 18 nm was observed in a low angle X-ray diffraction experiment.

상기 열처리 전 배위 고분자 결정과 열처리 후 얻어진 탄소-니켈 복합재료에 대한 SEM 사진을 도 2 및 도 3에 도시하였다. 도 2 및 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 열처리 전후에 부피가 감소하여 치밀도가 증가함에도, 원래의 결정 구조가 갖는 형태를 유지하여 규칙적인 형태를 가짐을 알 수 있다.SEM pictures of the coordination polymer crystal and the carbon-nickel composite material obtained after the heat treatment are shown in FIGS. 2 and 3. As can be seen from Figures 2 and 3, it can be seen that even though the volume decreases before and after the heat treatment to increase the density, the original crystal structure retains its shape and thus has a regular shape.

실시예 2Example 2

3.8g의 니켈(II) 아세테이트 4수화물과 2.0g의 트리메신산을 100ml의 증류수에 가하고 상온에서 2시간 동안 교반하였다. 용액 중에 생성된 분말을 나일론 필터를 이용하여 분리하고, 증류수로 여러 번 세척한 후 100℃의 오븐에서 2시간 동안 건조하여 배위 고분자 결정을 얻었다.3.8 g of nickel (II) acetate tetrahydrate and 2.0 g of trimesic acid were added to 100 ml of distilled water and stirred at room temperature for 2 hours. The powder produced in the solution was separated using a nylon filter, washed several times with distilled water and dried in an oven at 100 ° C. for 2 hours to obtain coordination polymer crystals.

얻어진 배위 고분자 결정을 아르곤 분위기하에 900℃에서 1시간 동안 열처리 하여 열처리 전 배위 고분자 결정과 그 형태는 동일하고 부피는 감소한 탄소-니켈 복합재료를 제조하였다.The obtained coordination polymer crystal was heat-treated at 900 ° C. for 1 hour under argon atmosphere to prepare a carbon-nickel composite material having the same shape as that of the coordination polymer crystal and having reduced volume before the heat treatment.

도 4에 나타낸 바와 같이 저각도 X-선 회절 실험에서는 29nm의 주기성을 관찰할 수 있었다.As shown in FIG. 4, the periodicity of 29 nm was observed in the low angle X-ray diffraction experiment.

상기 열처리 전 배위 고분자 결정과 열처리 후 얻어진 탄소-니켈 복합재료에 대한 SEM 사진을 도 5 및 도 6에 도시하였다. 도 5 및 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 열처리 전후에 부피가 감소하여 치밀도가 증가함에도, 원래의 결정 구조가 갖는 형태를 유지하여 규칙적인 형태를 가짐을 알 수 있다.SEM pictures of the coordination polymer crystal and the carbon-nickel composite material obtained after the heat treatment are shown in FIGS. 5 and 6. As can be seen from Figures 5 and 6, it can be seen that even though the volume decreases before and after heat treatment to increase the density, the original crystal structure retains its shape and thus has a regular shape.

실시예 3Example 3

배위고분자의 합성온도를 55℃에서 100℃로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 과정을 수행하여 탄소-니켈 복합재료를 제조하였다.A carbon-nickel composite material was prepared in the same manner as in Example 1 except that the synthesis temperature of the coordination polymer was changed from 55 ° C. to 100 ° C.

상기 열처리 전 배위 고분자 결정과 열처리 후 얻어진 탄소-니켈 복합재료에 대한 SEM 사진을 도 7 및 도 8에 도시하였다. 도 7 및 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 열처리 전후에 부피가 감소하여 치밀도가 증가함에도, 원래의 결정 구조가 갖는 형태를 유지하여 규칙적인 형태를 가짐을 알 수 있다.SEM pictures of the coordination polymer crystal and the carbon-nickel composite material obtained after the heat treatment are shown in FIGS. 7 and 8. As can be seen from Figures 7 and 8, it can be seen that even though the volume decreases before and after the heat treatment to increase the density, the original crystal structure retains its shape and thus has a regular shape.

실시예 4Example 4

열처리 온도가 600℃인 것을 제외하면 상기 실시예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적하는 탄소-니켈 복합재료를 제조하였다. 얻어진 탄소-니켈 복합재료에 대한 저각도 X-선 회절 실험에서는 6.3nm의 주기성을 관찰할 수 있었다Except that the heat treatment temperature is 600 ℃ to perform the same process as in Example 1 to prepare the desired carbon-nickel composite material. In the low angle X-ray diffraction experiment on the obtained carbon-nickel composite, periodicity of 6.3 nm was observed.

실시예 5Example 5

열처리 온도가 700℃인 것을 제외하면 상기 실시예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적하는 탄소-니켈 복합재료를 제조하였다. 얻어진 탄소-니켈 복합재료에 대한 저각도 X-선 회절 실험에서는 13nm의 주기성을 관찰할 수 있었다Except that the heat treatment temperature is 700 ℃ to perform the same process as in Example 1 to prepare the desired carbon-nickel composite material. In the low angle X-ray diffraction experiment on the obtained carbon-nickel composite, periodicity of 13 nm was observed.

실시예 6Example 6

열처리 온도가 800℃인 것을 제외하면 상기 실시예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적하는 탄소-니켈 복합재료를 제조하였다. 얻어진 탄소-니켈 복합재료에 대한 저각도 X-선 회절 실험에서는 17nm의 주기성을 관찰할 수 있었다Except that the heat treatment temperature is 800 ℃ to carry out the same process as in Example 1 to prepare the desired carbon-nickel composite material. In the low angle X-ray diffraction experiment on the obtained carbon-nickel composite, periodicity of 17 nm was observed.

실시예 7Example 7

테레프탈산 4.89g을 50중량% NaOH 수용액 2.36g과 함께 250ml의 탈이온수에 분산시키고 서서히 가열하여 끓는점까지 이르게 한 다음, 질산은 10.0g이 녹아 있는 250ml의 수용액을 가하였다. 질산은 용액을 가함과 동시에 백색 입자가 형성됨을 육안으로 확인하였다. 상기 혼합용액이 끓는 상태를 유지하도록 20분간 가열 및 교반을 실시하였다. 용액 중에 생성된 분말을 나일론 필터를 이용하여 분리하고, 증류수로 여러 번 세척한 후 80℃의 오븐에서 밤새 건조하여 배위 고분자를 포함하는 결정인 실버(I) 테레프탈레이트를 백색 분말 형태로 얻었다.4.89 g of terephthalic acid was dispersed in 250 ml of deionized water together with 2.36 g of a 50 wt% NaOH aqueous solution, and slowly heated to a boiling point. Then, 250 ml of an aqueous solution of 10.0 g of nitric acid was added thereto. It was visually confirmed that the white nitrate was formed at the same time as the silver nitrate solution was added. The mixture solution was heated and stirred for 20 minutes to maintain a boiling state. The powder produced in the solution was separated using a nylon filter, washed several times with distilled water and dried in an oven at 80 ° C. overnight to obtain silver (I) terephthalate, a crystal containing a coordination polymer, in the form of a white powder.

상기 배위고분자에 대하여 X-선 회절법으로 측정한 결과를 도 18에 도시하였다. 도 18로부터 상기 배위고분자의 합성을 확인할 수 있다.18 shows the results of the coordination polymers measured by X-ray diffraction. From Figure 18 it can be confirmed the synthesis of the coordination polymer.

얻어진 실버(I) 테레프탈레이트 결정을 포함하는 분말을 아르곤 분위기하에 800℃에서 1시간 동안 열처리하여 열처리 전 배위 고분자 결정과 그 형태는 동일하고 부피는 감소한 탄소-은 복합재료를 제조하였다.The obtained powder containing silver (I) terephthalate crystals was heat-treated at 800 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere to prepare a carbon-silver composite material having the same shape and reduced volume as the coordination polymer crystals before heat treatment.

얻어진 탄소-은 복합재료를 X-선 회절법으로 측정한 은 금속 입자의 크기는 22.3nm이었다. 상기 열처리 전 배위 고분자 결정과 열처리 후 얻어진 탄소-은 복합재료에 대한 SEM 사진을 각각 도 9 내지 도 12에 도시하였다. 도 9는 열처리 전 배위 고분자 결정의 SEM 사진이며, 도 10은 그 표면 상태를 좀 더 명확히 구분할 수 있도록 이를 좀 더 확대한 사진에 해당한다. 도 11은 열처리 후 탄소-은 복합재료에 대한 SEM 사진이며, 도 12는 그 표면 상태를 좀 더 명확히 구분할 수 있도록 이를 좀 더 확대한 사진에 해당한다. 이들 도 9 내지 도 12로부터 알 수 있는 바와 같이, 열처리 전후에 부피가 감소하여 치밀도가 증가함에도, 원래의 결정 구조가 갖는 형태를 유지하여 규칙적인 형태를 가짐을 알 수 있다. 이와 동시에 확대 SEM 사진인 도 10 및 도 12를 통해서, 열처리 전에 매끄러웠던 도 9의 표면 상태가 열처리 이후에 도 12에 나타낸 바와 같이 매우 거칠어짐을 확인할 수 있으며, 이를 통해 비표면적이 개선되었음을 확인할 수 있다.The size of the silver metal particle which measured the obtained carbon-silver composite material by the X-ray diffraction method was 22.3 nm. SEM images of the coordination polymer crystal before the heat treatment and the carbon-silver composite material obtained after the heat treatment are shown in FIGS. 9 to 12, respectively. FIG. 9 is an SEM photograph of a coordination polymer crystal before heat treatment, and FIG. 10 corresponds to an enlarged photograph to more clearly distinguish the surface state. FIG. 11 is a SEM photograph of the carbon-silver composite material after heat treatment, and FIG. 12 corresponds to a magnified photograph to more clearly distinguish the surface state. As can be seen from FIG. 9 to FIG. 12, it can be seen that although the volume decreases before and after heat treatment and the density increases, the shape of the original crystal structure is maintained to have a regular shape. At the same time, through the enlarged SEM photographs of FIGS. 10 and 12, it can be seen that the surface state of FIG. 9, which was smooth before the heat treatment, becomes very rough as shown in FIG. 12 after the heat treatment, and thus the specific surface area is improved. .

실험예 1: 전도도 측정Experimental Example 1: Conductivity Measurement

상기 실시예 1, 2, 3 및 7에서 얻어진 탄소-금속 복합재료, 즉 탄소-니켈 복합재료 및 탄소-은 복합재료 분말 각 0.1g을 지름 13mm의 디스크 형태의 펠렛으로 제작하고, 각각 100kgf/cm2과 200kgf/cm2의 압력을 가한 상태에서 CMT-SR1000 표면 저항 측정기(주식회사 창민테크 제조)를 이용하여 4프로브 방법으로 면저항을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.Each 0.1 g of the carbon-metal composite material, that is, the carbon-nickel composite material and the carbon-silver composite powder obtained in Examples 1, 2, 3, and 7, was made into a pellet of disk shape having a diameter of 13 mm, and each 100 kg f / The sheet resistance was measured by a four-probe method using a CMT-SR1000 surface resistance meter (manufactured by Changmin Tech Co., Ltd.) under pressure of cm 2 and 200 kg f / cm 2 , and the results are shown in Table 1 below.

일반적으로 전도성이 우수하여 촉매의 담체 또는 전도성 첨가제로 많이 사용되는 탄소 재료인 Akzo Nobel사의 케첸블랙(Ketjenblack), 전도성 탄소재 중에서 흑연화도가 매우 높아 전도성이 매우 우수한 것으로 알려진 재료인 Nippon Carbon사의 SP-270 분말, 및 흑연의 일종으로서 입자 크기가 6마이크론인 Timcal사의 SFG6 분말 각 0.1g을 지름 13mm의 디스크 형태의 펠렛으로 제작하고, 각각 100kgf/cm2과 200kgf/cm2의 압력을 가한 상태에서 4프로브 방법을 사용하여 면저항을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.In general, Ketjenblack of Akzo Nobel, a carbon material that is widely used as a carrier or conductive additive for catalysts, and Nippon Carbon, SP- 270 powder, and a type of graphite, creates a particle size of 6 microns of Timcal Inc. SFG6 each powder 0.1g into pellets of disc shape with a diameter of 13mm, was added to each state f 100kg / cm 2 and a pressure of 200kg f / 2 cm In Table 4, the sheet resistance was measured using the 4 probe method.

<표 1>TABLE 1

구분division 측정 조건Measuring conditions 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예 7Example 7 케첸블랙Ketchen Black SP-270SP-270 SFG6SFG6 면저항 (mΩ/sq.)Sheet resistance (mΩ / sq.) 100kgf/cm2 100kg f / cm 2 5.15.1 2.72.7 2.12.1 < 1<1 12.712.7 8.18.1 11.611.6 200kgf/cm2 200 kg f / cm 2 2.42.4 1.71.7 1.51.5 < 1<1 9.09.0 7.57.5 4.34.3

상술한 표 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 실시예 1, 2, 3 및7에서 제조한 탄소-금속 복합재료(탄소-니켈 복합재료 및 탄소-은 복합재료)의 경우 종래의 탄소재료인 비교예 1 내지 3의 케첸블랙, SP-270 또는 SFG6와 비교하여 면저항이 거의 절반 이하로 낮아져 대단히 우수한 전도성을 나타냄을 알 수 있다. 특히 실시예 7에서 얻어진 탄소-은 복합재료의 경우 장비의 측정한계 이하인 1 mΩ/sq. 미만의 값을 나타내고 있어 비약적인 전도성 향상이 이루어졌음을 알 수 있다.As shown in Table 1, in the case of the carbon-metal composite materials (carbon-nickel composite material and carbon-silver composite material) prepared in Examples 1, 2, 3, and 7 of the present invention, a comparative example of a conventional carbon material Compared with KetjenBlack, SP-270 or SFG6 of 1 to 3, the sheet resistance is lowered to almost half or less, which shows very excellent conductivity. Especially for the carbon-silver composites obtained in Example 7, 1 mΩ / sq. It shows that the value is less than that a significant improvement in conductivity was achieved.

실험예 2: 도전재로서 성능 실험Experimental Example 2: Performance Experiment as Conductive Material

상기 실시예 2에서 얻어진 재료를 실리콘-흑연 복합계 음극에 도전재로서 첨 가하여 그 효과를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 비교 대상은 상기 흑연의 일종으로서 입자 크기가 6마이크론인 Timcal사의 SFG6 분말을 사용하였다. 여기서 용량비는 표준전류(0.1 C)의 10배(1 C)를 가하였을 때 얻어지는 용량을 표준전류를 가하였을 때 얻어지는 용량에 대하여 백분율로 나타낸 것이다.The material obtained in Example 2 was added to the silicon-graphite composite anode as a conductive material, and the effect thereof was measured. For comparison, Timcal's SFG6 powder having a particle size of 6 microns was used as a kind of graphite. Here, the capacity ratio is expressed as a percentage of the capacity obtained when the standard current is applied when the capacity obtained when 10 times (1 C) of the standard current (0.1 C) is applied.

<표 2>TABLE 2

전도성 극판 첨가물Conductive electrode plate additive 첨가량Amount 용량비 (1C / 0.1C)Capacity ratio (1C / 0.1C) 실시예 2Example 2 5중량%5 wt% 97.0%97.0% 없음none 0%0% 26.8%26.8% SFG6SFG6 20중량%20 wt% 94.0%94.0%

상기 표 2의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 실시예 2에 따른 탄소-니켈 복합재료는 종래 물질인 SFG6가 20중량%의 많은 함량에서도 달성할 수 없던 97.0%의 용량비를 나타내는 바 도전재로서 매우 우수한 결과를 나타내고 있음을 알 수 있다.As can be seen from the results of Table 2, the carbon-nickel composite material according to Example 2 of the present invention shows a capacity ratio of 97.0%, which SFG6, which is a conventional material, could not be achieved even at a large content of 20% by weight. It can be seen that the results are very excellent.

실험예 3: 비표면적 측정Experimental Example 3: Measurement of Specific Surface Area

미국 조지아주 Norcross시에 위치한 Micromeritics사의 장비를 사용하여 BET 측정법으로 상기 실시예 7에서 얻어진 탄소-은 복합재료의 비표면적을 측정한 결과 93.8 m2/g (C-Ag 복합재료)을 나타내었다. 이를 탄소만의 무게로 환산하면 440 m2/g (C)에 해당하는 비표면적을 나타내었다. 이들 결과로부터 본 발명에 따른 탄소-금속 복합재료의 경우 비표면적이 대폭 향상되었음을 알 수 있다. 이와 같은 높은 비표면적은 연료전지의 촉매용 담체로서 유용성이 커짐을 보여준다.The specific surface area of the carbon-silver composite material obtained in Example 7 by BET measurement using a Micromeritics company located in Norcross, Georgia, USA, showed 93.8 m 2 / g (C-Ag composite material). When converted into carbon only, it showed a specific surface area corresponding to 440 m 2 / g (C). From these results, it can be seen that the specific surface area of the carbon-metal composite material according to the present invention was greatly improved. This high specific surface area shows great utility as a catalyst carrier for fuel cells.

실험예 4: 평균입경 측정Experimental Example 4: Measurement of Average Particle Size

실시예 7에서 얻어진 탄소-은 복합재료에 대하여 도 9 내지 도 12의 SEM 사진을 이용하여 무작위로 추출한 40개의 입자에 대하여 육안으로 그 크기를 확인하여 측정한 평균입경은 약 0.75㎛이었으며, 대략적으로 나노크기의 입자들로 구성되었음을 확인할 수 있다.The average particle diameter of the carbon-silver composite material obtained in Example 7 by visually confirming the size of the 40 particles randomly extracted by using the SEM photographs of FIGS. 9 to 12 was about 0.75 μm. It can be seen that it is composed of nano-sized particles.

실험예 5: 탄소-니켈 복합재료의 TEM 측정Experimental Example 5: TEM Measurement of Carbon-Nickel Composites

실시예 1에서 얻어진 탄소-니켈 복합재료에 대하여 측정한 TEM 사진을 도 13 및 도 14에 도시하였다. 도 13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 니켈 일부가 로드(rod)와 같은 형상으로 존재하고 있으며, 탄소의 일부는 나노튜브 혹은 나노파이버의 형태로 존재함을 나타내고 있다. 도 14는 도 13의 이미지를 좀 더 확대한 사진으로서, 니켈 입자 주위로 흑연질의 탄소가 발달해 있으며, 나노튜브 또는 나노파이버 형태의 탄소가 존재함을 명확히 확인할 수 있다.TEM photographs of the carbon-nickel composite material obtained in Example 1 are shown in FIGS. 13 and 14. As can be seen from FIG. 13, some nickel is present in a rod-like shape, and some carbon is present in the form of nanotubes or nanofibers. FIG. 14 is a further enlarged photograph of the image of FIG. 13, in which graphite carbon is developed around nickel particles, and carbon nanotubes or nanofibers are clearly present.

실험예 6: 일반각에서의 X-선 회절 분석 실험Experimental Example 6: X-ray Diffraction Analysis at Normal Angle

실시예 1, 4, 5 및 6에서 얻어진 탄소-니켈 복합재료에 대하여 일반각에서의 X-선 회절분석 실험을 수행하였으며, 그 결과를 도 15에 도시하였다. 도 15로부터 상기 탄소-니켈 복합재료가 니켈과 탄소로 이루어져 있으며, 특히 800℃ 이상의 열처리 온도를 사용하여 복합재료를 형성시 흑연질 탄소가 형성됨을 알 수 있다.The carbon-nickel composites obtained in Examples 1, 4, 5, and 6 were subjected to X-ray diffraction analysis at a general angle, and the results are shown in FIG. 15. It can be seen from FIG. 15 that the carbon-nickel composite material is made of nickel and carbon, and in particular, graphite carbon is formed when the composite material is formed using a heat treatment temperature of 800 ° C. or higher.

실험예 7: 열무게 측정 분석 실험(TGA; thermogravimetric analysis)Experimental Example 7: thermogravimetric analysis (TGA)

실시예 1에서 얻어진 배위고분자를 질소 분위기하에 분당 10℃의 속도로 승온시켜 열무게 측정 분석 실험을 실시하여 그 결과를 도 16에 도시하였다. 도 16의 결과로부터, 대략 350℃까지 수분이 제거되고, 400 내지 500℃의 온도 범위에서 열분해가 진행되며, 500℃ 이상의 온도에서 완전한 탄소-니켈 복합재료를 형성할 수 있음을 알 수 있다.The coordination polymer obtained in Example 1 was heated at a rate of 10 ° C. per minute in a nitrogen atmosphere, and then subjected to thermogravimetric analysis and the results are shown in FIG. 16. From the results in FIG. 16, it can be seen that water is removed to approximately 350 ° C., pyrolysis proceeds in a temperature range of 400 to 500 ° C., and a complete carbon-nickel composite can be formed at a temperature of 500 ° C. or more.

마찬가지로 실시예 1, 4, 5 및 6에서 얻어진 탄소-니켈 복합재료에 대하여 공기 분위기에서 분당 10℃의 속도로 승온하면서 열무게 측정 분석실험을 실시하여 그 결과를 도 17에 도시하였다. 도시한 곡선의 중간부분에서 질량증가가 관찰되는 것은 니켈이 니켈산화물로 산화되기 때문인 것으로 여겨지며, 실시예 4 및 실시예 5에서 각각 600℃ 및 700℃에서 열처리하여 얻은 복합재료의 경우는 400℃ 이하의 온도에서 탄소가 제거되며, 이는 상기 실시예 4 및 5의 탄소-니켈 복합재료를 구성하는 탄소가 대부분 비정질 탄소임을 의미한다. 실시예 6의 800℃ 열처리물의 경우 탄소 중 일부는 400℃ 이하에서, 다른 일부는 그 이후의 온도에서 제거되고 있어 실시예 6에 따른 탄소-니켈 복합재료를 구성하는 탄소가 비정질탄소와 흑연질 탄소의 혼합물임을 알 수 있다. 실시예 1의 900℃ 열처리물의 경우 대부분의 탄소가 500℃ 이후에 제거되고 있어 상기 실시예 1의 탄소-니켈 복합재료를 구성하는 탄소가 대부분 흑연질 탄소임을 알 수 있다.Similarly, the carbon-nickel composites obtained in Examples 1, 4, 5, and 6 were subjected to thermogravimetric analysis experiments while heating up at a rate of 10 ° C. per minute in an air atmosphere, and the results are shown in FIG. 17. The increase in mass in the middle of the curve is considered to be due to the oxidation of nickel to nickel oxide, and in the case of composites obtained by heat treatment at 600 ° C and 700 ° C in Examples 4 and 5, respectively, it is 400 ° C or less. The carbon is removed at a temperature of, which means that the carbon constituting the carbon-nickel composite materials of Examples 4 and 5 is mostly amorphous carbon. In the case of the 800 ° C. heat treatment of Example 6, some of the carbon was removed at 400 ° C. or lower and others at a temperature thereafter such that the carbon constituting the carbon-nickel composite material according to Example 6 was amorphous carbon and graphite carbon. It can be seen that the mixture of. In the case of 900 ° C heat treatment of Example 1, most of the carbon is removed after 500 ° C it can be seen that the carbon constituting the carbon-nickel composite material of Example 1 is mostly graphite carbon.

본 발명에 따른 탄소-금속 복합재료는 배위 고분자를 열처리하여 얻어지는 것으로서 형태의 제어가 용이하고, 입자 내의 구조가 높은 규칙성으로 치밀하게 형성되어 매우 우수한 전도성을 나타냄은 물론 비표면적이 개선되어,전지의 활물질, 촉매, 촉매용 담체, 수소 저장체, 도전재, 자성체, 발광체, 비선형 광학 소재 등에 유용하게 사용할 수 있다.The carbon-metal composite material according to the present invention is obtained by heat treatment of a coordination polymer, and is easy to control the form, and the structure in the particles is densely formed with high regularity, thus exhibiting excellent conductivity as well as improving specific surface area. It can be usefully used for an active material, a catalyst, a carrier for a catalyst, a hydrogen storage body, a conductive material, a magnetic body, a light emitting body, a nonlinear optical material, and the like.

Claims (27)

배위 고분자를 열처리하여 얻어지고,Obtained by heat treatment of the coordination polymer, 탄소 및 금속을 포함하며,Carbon and metals, 100 kgf/cm2의 압력 조건하에 0.01 내지 8 mΩ/sq.의 면저항을 가지고,Has a sheet resistance of 0.01 to 8 mΩ / sq. Under pressure conditions of 100 kg f / cm 2 , 상기 배위 고분자가 하기 화학식 1의 단위체 구조를 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 탄소-금속 복합재료:Carbon-metal composite material, characterized in that the coordination polymer is a compound having a monomer structure of the formula (1): <화학식 1><Formula 1> MxLySz M x L y S z 식중 M은 전이금속, 13족, 14족, 15족, 란탄계 금속 및 악틴계 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 나타내고;Wherein M represents at least one metal selected from the group consisting of transition metals, groups 13, 14, 15, lanthanide metals and actin metals; L은 두개 이상의 금속(M) 이온과 동시에 이온결합 또는 공유결합을 형성하는 여러 자리 리간드(multidentate ligand)를 나타내며;L represents a multidentate ligand that simultaneously forms an ionic or covalent bond with two or more metal (M) ions; S는 하나의 금속(M) 이온과 이온결합 또는 공유결합을 형성하는 단일 자리 리간드를 나타내고;S represents a single site ligand which forms an ionic or covalent bond with one metal (M) ion; 상기 L에 포함된 상기 금속(M) 이온과 결합 가능한 작용기의 수를 d라 하였을 때 상기 x, y, 및 z는 yd+z ≤ 6x, x ≥ 1, y ≥ 1, 및 y + z ≥ 1의 관계식을 만족하는 정수를 나타낸다.When x is the number of functional groups bondable with the metal (M) ions included in L, x, y, and z are yd + z ≦ 6x, x ≧ 1, y ≧ 1, and y + z ≧ 1. An integer that satisfies the relational expression of. 제1항에 있어서, 상기 면저항이 0.01 내지 5 mΩ/sq.의 범위인 것을 특징으로 하는 탄소-금속 복합재료.The carbon-metal composite material as claimed in claim 1, wherein the sheet resistance is in the range of 0.01 to 5 mΩ / sq. 제1항에 있어서, 비표면적이 30 내지 500 m2/g인 것을 특징으로 하는 탄소-금속 복합재료.The carbon-metal composite material according to claim 1, wherein the specific surface area is 30 to 500 m 2 / g. 제1항에 있어서, 비표면적이 50 내지 500 m2/g의 범위인 것을 특징으로 하는 탄소-금속 복합재료.The carbon-metal composite material according to claim 1, wherein the specific surface area is in the range of 50 to 500 m 2 / g. 제1항에 있어서, 6 내지 100nm의 d-간격에서 적어도 하나의 피크를 갖는 X-선 회절 패턴을 나타내는 것을 특징으로 하는 탄소-금속 복합재료.The carbon-metal composite material according to claim 1, wherein the carbon-metal composite material exhibits an X-ray diffraction pattern having at least one peak at a d-spacing of 6 to 100 nm. 제1항에 있어서, d-간격이 10 내지 100 nm인 X-선 회절 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 탄소-금속 복합재료.The carbon-metal composite material according to claim 1, having an X-ray diffraction pattern having a d-spacing of 10 to 100 nm. 제1항에 있어서, 평균입경이 0.01 내지 1마이크론인 것을 특징으로 하는 탄소-금속 복합재료.2. The carbon-metal composite material as defined in claim 1, wherein the average particle diameter is 0.01 to 1 micron. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 금속이 전이금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 란탄계 금속 및 악틴계 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 탄소-금속 복합재료.The carbon-metal composite material according to claim 1, wherein the metal is at least one selected from the group consisting of transition metals, group 13 elements, group 14 elements, group 15 elements, lanthanide metals, and actin metals. 제1항에 있어서, 상기 금속이 Fe, Pt, Co, Cd, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Ni, Ag, Au, Pd, Ru, Os, Mo, Zr, Nb, La, In, Sn, Pb 및 Bi로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 탄소-금속 복합재료.The method of claim 1, wherein the metal is Fe, Pt, Co, Cd, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Ni, Ag, Au, Pd, Ru, Os, Mo, Zr, Nb, La, In, Sn , At least one carbon-metal composite material selected from the group consisting of Pb and Bi. 제1항에 있어서, 상기 금속이 Ag, Cu, Au, Pt, Pd, Pd, Ru 및 Os로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 탄소-금속 복합재료.The carbon-metal composite material according to claim 1, wherein the metal is at least one selected from the group consisting of Ag, Cu, Au, Pt, Pd, Pd, Ru, and Os. 배위 고분자를 열처리하여 얻어지고,Obtained by heat treatment of the coordination polymer, 탄소 및 금속을 포함하며,Carbon and metals, 비표면적이 30 내지 500 m2/g이고,Specific surface area of from 30 to 500 m 2 / g, 상기 배위 고분자가 하기 화학식 1의 단위체 구조를 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 탄소-금속 복합재료:Carbon-metal composite material, characterized in that the coordination polymer is a compound having a monomer structure of the formula (1): <화학식 1><Formula 1> MxLySz M x L y S z 식중 M은 전이금속, 13족, 14족, 15족, 란탄계 금속 및 악틴계 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 나타내고;Wherein M represents at least one metal selected from the group consisting of transition metals, groups 13, 14, 15, lanthanide metals and actin metals; L은 두개 이상의 금속(M) 이온과 동시에 이온결합 또는 공유결합을 형성하는 여러 자리 리간드(multidentate ligand)를 나타내며;L represents a multidentate ligand that simultaneously forms an ionic or covalent bond with two or more metal (M) ions; S는 하나의 금속(M) 이온과 이온결합 또는 공유결합을 형성하는 단일 자리 리간드를 나타내고;S represents a single site ligand which forms an ionic or covalent bond with one metal (M) ion; 상기 L에 포함된 상기 금속(M) 이온과 결합 가능한 작용기의 수를 d라 하였을 때 상기 x, y, 및 z는 yd+z ≤ 6x, x ≥ 1, y ≥ 1, 및 y + z ≥ 1의 관계식을 만족하는 정수를 나타낸다.When x is the number of functional groups bondable with the metal (M) ions included in L, x, y, and z are yd + z ≦ 6x, x ≧ 1, y ≧ 1, and y + z ≧ 1. An integer that satisfies the relational expression of. 제12항에 있어서, 상기 비표면적이 50 내지 500 m2/g의 범위인 것을 특징으로 하는 탄소-금속 복합재료.13. The carbon-metal composite material according to claim 12, wherein the specific surface area is in the range of 50 to 500 m 2 / g. 제12항에 있어서, 100 kgf/cm2의 압력 조건하에 0.01 내지 8 mΩ/sq.의 면저항을 갖는 것을 특징으로 하는 탄소-금속 복합재료.The carbon-metal composite material according to claim 12, having a sheet resistance of 0.01 to 8 mΩ / sq. Under a pressure condition of 100 kg f / cm 2 . 제12항에 있어서, 6 내지 100nm의 d-간격에서 적어도 하나의 피크를 갖는 X-선 회절 패턴을 나타내는 것을 특징으로 하는 탄소-금속 복합재료.13. The carbon-metal composite material according to claim 12, wherein the carbon-metal composite material exhibits an X-ray diffraction pattern having at least one peak at d-spacings of 6 to 100 nm. 제1항 내지 제7항과 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 전지의 활물질, 촉매, 촉매용 담체, 수소 저장체, 도전재, 자성체, 발광체, 또는 비선형 광학 소재에 사용하는 것을 특징으로 하는 탄소-금속 복합재료.The method according to any one of claims 1 to 7 and 9 to 15, which is used for an active material, a catalyst, a carrier for a catalyst, a hydrogen storage body, a conductive material, a magnetic body, a light emitting body, or a nonlinear optical material of a battery. Carbon-metal composite material, characterized in that. 배위 고분자를 포함하는 분말을 열처리하는 단계를 포함하며,Heat-treating the powder containing the coordination polymer, 상기 배위 고분자가 하기 화학식 1의 단위체 구조를 갖는 화합물인 것을 특징으로 하는 탄소-금속 복합재료의 제조방법:Method for producing a carbon-metal composite material, characterized in that the coordination polymer is a compound having a unit structure of Formula 1 <화학식 1><Formula 1> MxLySz M x L y S z 식중 M은 전이금속, 13족, 14족, 15족, 란탄계 금속 및 악틴계 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 나타내고;Wherein M represents at least one metal selected from the group consisting of transition metals, groups 13, 14, 15, lanthanide metals and actin metals; L은 두개 이상의 금속(M) 이온과 동시에 이온결합 또는 공유결합을 형성하는 여러 자리 리간드(multidentate ligand)를 나타내며;L represents a multidentate ligand that simultaneously forms an ionic or covalent bond with two or more metal (M) ions; S는 하나의 금속(M) 이온과 이온결합 또는 공유결합을 형성하는 단일 자리 리간드를 나타내고;S represents a single site ligand which forms an ionic or covalent bond with one metal (M) ion; 상기 L에 포함된 상기 금속(M) 이온과 결합 가능한 작용기의 수를 d라 하였을 때 상기 x, y, 및 z는 yd+z ≤ 6x, x ≥ 1, y ≥ 1, 및 y + z ≥ 1의 관계식을 만족하는 정수를 나타낸다.When x is the number of functional groups bondable with the metal (M) ions included in L, x, y, and z are yd + z ≦ 6x, x ≧ 1, y ≧ 1, and y + z ≧ 1. An integer that satisfies the relational expression of. 제17항에 있어서, 상기 배위 고분자를 포함하는 분말이 여러자리 리간드, 단일자리 리간드 또는 이들 모두를 금속에 배위시켜 형성된 배위고분자 혼합용액에서 고형성분을 분리 및 건조하여 얻어지는 것임을 특징으로 하는 탄소-금속 복합재료의 제조방법.18. The carbon-metal according to claim 17, wherein the coordination polymer-containing powder is obtained by separating and drying a solid component in a coordinating polymer mixed solution formed by coordinating a multidentate ligand, a monodentate ligand, or both. Method of manufacturing a composite material. 제17항에 있어서, 상기 열처리 공정의 열처리 온도가 600℃ 내지 상기 배위 고분자에 포함된 중심 금속의 녹는점인 것을 특징으로 하는 탄소-금속 복합재료의 제조방법.18. The method of claim 17, wherein the heat treatment temperature of the heat treatment step is 600 ° C to the melting point of the center metal contained in the coordination polymer. 삭제delete 제17항에 있어서, 상기 배위 고분자가 상기 여러 자리 리간드를 매개로 금속을 상호 연결하여 얻어지는 네트워크 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소-금속 복합재료의 제조방법.18. The method of claim 17, wherein the coordination polymer forms a network structure obtained by interconnecting metals via the multidentate ligands. 제17항에 있어서, 상기 여러자리 리간드가 하기 화학식 4의 트리메세이트계 리간드, 화학식 5의 테레프탈레이트계 리간드, 화학식 6의 4,4'-비피리딘계 리간드, 화학식 7의 2,6-나프탈렌디카르복실레이트계 리간드, 및 화학식 8의 피라진계 리간드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 탄소-금속 복합재료의 제조방법:The method of claim 17, wherein the multidentate ligand is a trimethate ligand of Formula 4, a terephthalate ligand of Formula 5, a 4,4'-bipyridine ligand of Formula 6, 2,6-naphthalene of Formula 7 Method for producing a carbon-metal composite material, characterized in that at least one selected from the group consisting of dicarboxylate-based ligand, and pyrazine-based ligand of formula (8): <화학식 4><Formula 4>
Figure 112007064871119-pat00009
Figure 112007064871119-pat00009
<화학식 5><Formula 5>
Figure 112007064871119-pat00010
Figure 112007064871119-pat00010
<화학식 6><Formula 6>
Figure 112007064871119-pat00011
Figure 112007064871119-pat00011
<화학식 7><Formula 7>
Figure 112007064871119-pat00012
Figure 112007064871119-pat00012
<화학식 8><Formula 8>
Figure 112007064871119-pat00013
Figure 112007064871119-pat00013
상기 식중, R1 내지 R25는 각각 독립적으로 수소원자, 할로겐원자, 히드록시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴기, 혹은 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 헤테로아릴옥시기를 나타낸다.Wherein R 1 to R 25 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a hydroxy group, a substituted or unsubstituted C1-20 alkyl group, a substituted or unsubstituted C1-20 alkoxy group, substituted or unsubstituted Alkenyl group having 2 to 20 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryloxy group having 6 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted heteroaryl group having 2 to 30 carbon atoms, or Substituted or unsubstituted C2-C30 heteroaryloxy group is shown.
제17항에 있어서, 상기 금속 M이 Fe, Pt, Co, Cd, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Ni, Ag, Au, Pd, Ru, Os, Mo, Zr, Nb, La, In, Sn, Pb, Bi 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 탄소-금속 복합재료의 제조방법.The method according to claim 17, wherein the metal M is Fe, Pt, Co, Cd, Cu, Ti, V, Cr, Mn, Ni, Ag, Au, Pd, Ru, Os, Mo, Zr, Nb, La, In, Method for producing a carbon-metal composite material, characterized in that at least one selected from the group consisting of Sn, Pb, Bi. 제17항 내지 19항과 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 탄소-금속 복합재료.A carbon-metal composite material obtained by the manufacturing method according to any one of claims 17 to 19 and 21 to 23. 제1항 내지 제7항과 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 탄소-금속 복합재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매.A catalyst comprising the carbon-metal composite according to any one of claims 1 to 7 and 9 to 15. 제25항에 있어서, 상기 탄소-금속 복합재료가 담체인 것을 특징으로 하는 촉매.The catalyst of claim 25 wherein the carbon-metal composite is a carrier. 상기 제25항에 따른 촉매를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지.A fuel cell comprising the catalyst according to claim 25.
KR1020050098664A 2005-01-21 2005-10-19 Carbon-metal composite material and process for preparing the same KR100846477B1 (en)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006012609A JP4675787B2 (en) 2005-01-21 2006-01-20 Carbon-metal composite material and method for producing the same
EP20060250317 EP1683759B1 (en) 2005-01-21 2006-01-20 Carbon-metal composite material and process of preparing the same
DE602006014311T DE602006014311D1 (en) 2005-01-21 2006-01-20 Carbon-metal composite material and process for its production
CN2006100060031A CN1817894B (en) 2005-01-21 2006-01-23 Carbon-metal composite material and process of preparing the same
US11/338,106 US7824771B2 (en) 2005-01-21 2006-01-23 Carbon-metal composite material and process of preparing the same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20050005808 2005-01-21
KR1020050005808 2005-01-21

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060085163A KR20060085163A (en) 2006-07-26
KR100846477B1 true KR100846477B1 (en) 2008-07-17

Family

ID=36918116

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050098664A KR100846477B1 (en) 2005-01-21 2005-10-19 Carbon-metal composite material and process for preparing the same

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR100846477B1 (en)
CN (1) CN1817894B (en)
DE (1) DE602006014311D1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101310883B1 (en) * 2006-03-29 2013-09-25 삼성에스디아이 주식회사 Porous metal oxide and process for preparing the same

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100817537B1 (en) * 2005-05-30 2008-04-01 재단법인서울대학교산학협력재단 Porous metal-organic framework with coordinatively unsaturated sites, preparation method thereof and its uses as a molecule adsorber and a catalyst
KR100818257B1 (en) 2006-09-07 2008-04-01 삼성에스디아이 주식회사 Porous carbon material and process for preparing the same
KR100964507B1 (en) * 2008-04-18 2010-06-21 포항공과대학교 산학협력단 Ionic or molecular channel, sensor and antibacterial agent comprising metal-organic polyhedra
JP2012171826A (en) * 2011-02-21 2012-09-10 Toyo Tanso Kk Metal-carbon composite material, and method for producing the same
CN103601756B (en) * 2013-11-06 2016-07-13 江苏华富储能新技术股份有限公司 Bismuth metal-organic framework material, preparation method and positive electode of lead battery additive thereof
CN105669713B (en) * 2016-01-12 2019-05-03 河南大学 One kind 1,3,5- benzenetricarboxylic acid silver complex and its preparation method and application
CN109196693B (en) * 2016-03-29 2022-06-10 安泰奥能源科技有限公司 Electrically conductive composite material
CN110349758B (en) * 2019-06-20 2021-09-03 宿州速果信息科技有限公司 Cathode material of super capacitor

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5243320A (en) 1988-02-26 1993-09-07 Gould Inc. Resistive metal layers and method for making same
JP2001179101A (en) 1999-10-14 2001-07-03 Toda Kogyo Corp Porous functional powder and method of producing the same

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6780350B1 (en) * 1997-02-24 2004-08-24 Superior Micropowders Llc Metal-carbon composite powders, methods for producing powders and devices fabricated from same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5243320A (en) 1988-02-26 1993-09-07 Gould Inc. Resistive metal layers and method for making same
JP2001179101A (en) 1999-10-14 2001-07-03 Toda Kogyo Corp Porous functional powder and method of producing the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J. Inorganic Organometallic Polymers, 4, pp. 139-146 (2003)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101310883B1 (en) * 2006-03-29 2013-09-25 삼성에스디아이 주식회사 Porous metal oxide and process for preparing the same
US8617510B2 (en) 2006-03-29 2013-12-31 Samsung Sdi Co., Ltd. Porous metal oxide and method of preparing the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20060085163A (en) 2006-07-26
CN1817894B (en) 2013-03-20
CN1817894A (en) 2006-08-16
DE602006014311D1 (en) 2010-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4675787B2 (en) Carbon-metal composite material and method for producing the same
KR100846477B1 (en) Carbon-metal composite material and process for preparing the same
KR100818257B1 (en) Porous carbon material and process for preparing the same
Ahmad et al. Self-sacrifice MOFs for heterogeneous catalysis: Synthesis mechanisms and future perspectives
KR101310883B1 (en) Porous metal oxide and process for preparing the same
Xue et al. Metal–organic frameworks-derived heteroatom-doped carbon electrocatalysts for oxygen reduction reaction
Yang et al. Electrospun MOF-based FeCo nanoparticles embedded in nitrogen-doped mesoporous carbon nanofibers as an efficient bifunctional catalyst for oxygen reduction and oxygen evolution reactions in zinc-air batteries
Li et al. Recent advances in carbonized non-noble metal–organic frameworks for electrochemical catalyst of oxygen reduction reaction
US10301727B2 (en) Covalent organic frameworks as porous supports for non-noble metal based water splitting electrocatalysts
Tran et al. Emerging core-shell nanostructured catalysts of transition metal encapsulated by two-dimensional carbon materials for electrochemical applications
He et al. Recent progress in electrocatalysts for oxygen reduction suitable for alkaline anion exchange membrane fuel cells
Meng et al. In situ coupling of strung Co4N and intertwined N–C fibers toward free-standing bifunctional cathode for robust, efficient, and flexible Zn–air batteries
Kong et al. Recent advances in the rational design of electrocatalysts towards the oxygen reduction reaction
Li et al. Metal–organic framework based bifunctional oxygen electrocatalysts for rechargeable zinc–air batteries: current progress and prospects
Maiti et al. Hierarchical flowerlike highly synergistic three-dimensional iron tungsten oxide nanostructure-anchored nitrogen-doped graphene as an efficient and durable electrocatalyst for oxygen reduction reaction
Deng et al. Functional electrocatalysts derived from Prussian blue and its analogues for metal‐air batteries: progress and prospects
Li et al. A strategy for easy synthesis of carbon supported Co@ Pt core–shell configuration as highly active catalyst for oxygen reduction reaction
KR101267317B1 (en) Transition metal oxide/graphene composites by using microwave-polyol process and synthesizing method thereof
Li et al. 3D honeycomb nanostructure comprised of mesoporous N-doped carbon nanosheets encapsulating isolated cobalt and vanadium nitride nanoparticles as a highly efficient electrocatalyst for the oxygen reduction reaction
KR101971260B1 (en) Preparation Method for Cdot-Pt-Pd Composite, Cdot-Pt-Pd Catalyst thereby and Fuel Cell using the Catalyst
Zheng et al. Bimetallic metal–organic framework-derived graphitic carbon-coated small Co/VN nanoparticles as advanced trifunctional electrocatalysts
Gopalakrishnan et al. Tailoring the MOF structure via ligand optimization afforded a dandelion flower like CoS/Co–N x/CoNi/NiS catalyst to enhance the ORR/OER in zinc–air batteries
Cong et al. Solvothermal synthesis of a high supercapacitive humate–NiCo–LDH composite material derived from the humate–ZIF-67 template
Chen et al. Nanostructured coral-like carbon as Pt support for fuel cells
JP2007042519A (en) Catalyst for fuel cell, its manufacturing method, and electrode for fuel cell and fuel cell using it

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130621

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140701

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150623

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee