KR101013600B1 - Colloidal-Imprinted carbon structure, Preparing method thereof and ?? carbon supported catalysts for electrodes of fuel cell using thereof - Google Patents

Colloidal-Imprinted carbon structure, Preparing method thereof and ?? carbon supported catalysts for electrodes of fuel cell using thereof Download PDF

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Abstract

본 발명은 콜로이달-임프린티드(colloidal-imprinted, CI) 탄소구조체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 연료전지 전극용 CI 탄소 담지 촉매에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 설명을 하면, 본 발명의 CI 탄소구조체는 균일한 크기의 메조 세공과 3차원적으로 각 세공이 서로 연결된 나노 다공성 구조를 갖는 다공성 탄소로서, 콜로이달-임프린팅(colloidal-imprinting) 방법을 통하여 제조할 수 있다. 본 발명의 CI 탄소구조체는 넓은 표면적과 큰 세공 부피를 갖고 있을 뿐만 아니라, 또한 높은 전기 전도성을 갖고 있기 때문에, 기존 연료전지 전극용 촉매의 담체(지지체)로서 사용되던 카본블랙보다 소량을 사용하여 연료전지 전극용 촉매의 제조가 가능하다. 본 발명의 CI 탄소구조체를 이용하여 제조된 연료전지 전극용 CI 탄소 담지 촉매는 수소, 알코올, 개미산(formic acid)를 연료로 하는 연료전지에 있어서, 이들 연료의 산화반응 또는 환원반응에 대한 촉매활성을 기존 촉매보다 크게 증가시킬 수 있다.The present invention relates to a colloidal-imprinted (CI) carbon structure, a method for preparing the same, and a CI carbon supported catalyst for fuel cell electrodes including the same, in more detail, the CI carbon of the present invention. The structure is a porous carbon having a mesopores of uniform size and a nanoporous structure in which three pores are connected to each other in three dimensions, and may be manufactured through a colloidal-imprinting method. Since the CI carbon structure of the present invention not only has a large surface area and a large pore volume, but also has a high electrical conductivity, it uses a smaller amount of carbon black than the carbon black used as a carrier (support) of the conventional catalyst for fuel cell electrodes. Production of a catalyst for battery electrodes is possible. The CI carbon supported catalyst for fuel cell electrodes prepared using the CI carbon structure of the present invention is a catalytic activity for oxidation or reduction of these fuels in a fuel cell fueled by hydrogen, alcohol, and formic acid. Can be significantly increased than existing catalysts.

콜로이달-임프린팅, 탄소구조체, 연료극, 산소극 Colloidal-imprinting, carbon structure, fuel electrode, oxygen electrode

Description

콜로이달-임프린티드 탄소구조체, 그의 제조방법 및 이를 이용한 연료전지 전극용 CI 탄소 담지 촉매{Colloidal-Imprinted carbon structure, Preparing method thereof and CI carbon supported catalysts for electrodes of fuel cell using thereof}Colloidal-Imprinted carbon structure, Preparing method etc. and CI carbon supported catalysts for electrodes of fuel cell using Young}

본 발명은 콜로이달-임프린팅(colloidal-imprinting) 방법을 통하여 제조된 균일한 크기의 메조 세공과 3차원적으로 각 세공이 서로 연결된 나노 다공성 구조를 갖는 콜로이달-임프린티드(colloidal-imprited, CI) 탄소구조체에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 CI 탄소구조체에 전이금속을 담지시킨 연료전지 전극용 CI 탄소 담지 촉매에 관한 것이다.The present invention is a colloidal-imprited, having a uniform size of mesopores prepared by a colloidal-imprinting method and a nanoporous structure in which each pore is connected in three dimensions. CI) relates to a carbon structure. The present invention also relates to a CI carbon supported catalyst for fuel cell electrodes in which a transition metal is supported on the CI carbon structure.

연료전지(Fuel Cell)는 보통 전지와는 달리 전지의 교환이나 충전이 불필요하고 대신, 수소나 메탄올 등의 연료를 공급하여 전기화학반응을 통해 화학에너지를 전기에너지를 변환시켜주는 장치이다. 연료전지의 장점은 고효율 (에너지 변환 효율 약60%), 무공해 에너지원으로서 다양한 연료의 사용이 가능하며, 적은 입지면적 및 짧은 건설기간 등의 장점으로 휴대기기 등의 이동용 전원, 자동차등의 수송용 전원, 가정용 및 전력사업용으로 이용 가능한 분산형 발전에 이르기까지 다양한 응용분야가 가능한데, 특히 차세대 운송장치인 연료전지 자동차의 운용이 다양하게 실용화될 경우, 그 잠재 시장규모는 엄청날 것으로 예상된다. 특히, 수소연료 양성자교환막(proton exchange membrane, PEM) 연료전지의 경우 보다 큰 파워(power)를 필요로 하는 자동차용 및 운송용 등의 에너지원으로 주목받고 있다. Unlike ordinary batteries, fuel cells do not need to be replaced or recharged. Instead, a fuel cell is a device that converts chemical energy into electrical energy through an electrochemical reaction by supplying fuel such as hydrogen or methanol. The advantages of fuel cells are high efficiency (approximately 60% energy conversion efficiency), the use of various fuels as a pollution-free energy source, and the advantages of low land area and short construction period. Various applications are possible, from decentralized power generation available for power, home and power businesses. Especially, the potential market size is expected to be enormous when the operation of fuel cell vehicles, which is the next generation transportation device, is used in various ways. In particular, hydrogen fuel proton exchange membrane (PEM) fuel cells have attracted attention as energy sources for automobiles and transportation that require greater power.

PEM 연료전지의 원리는 다음과 같다. 연료전지는 연료극(산화전극), 산소극(환원전극) 및 이들을 물리적으로 분리하고 있는 양성자교환막을 포함하는데, 연료극에는 수소가 공급되고, 산소극에는 산소가 공급된다. 상기 연료극 및 산소극에 각각 전선을 연결하고(예를 들면, 외부의 전력소비 회로를 연결함으로써) 회로를 구성하면, 연료전지의 작동이 개시된다.The principle of the PEM fuel cell is as follows. The fuel cell includes a fuel electrode (oxide electrode), an oxygen electrode (reduction electrode), and a proton exchange membrane that physically separates them. Hydrogen is supplied to the fuel electrode and oxygen is supplied to the oxygen electrode. When a wire is connected to each of the fuel electrode and the oxygen electrode (for example, by connecting an external power consumption circuit), the circuit starts operation.

연료극에서는 공급된 수소가 하기 화학식 1과 같이 양성자와 전자로 분해되는데, 생성된 양성자는 막을 통해 연료극에서 산소극으로 쉽게 전달되는 반면, 전기절연체인 고분자 전해질막은 전자가 막을 통해 연료극에서 산소극으로 전달되는 것을 차단한다.In the fuel electrode, the supplied hydrogen is decomposed into protons and electrons as shown in Formula 1, and the protons are easily transferred from the fuel electrode to the oxygen electrode through the membrane, whereas the polymer electrolyte membrane, which is an electrical insulator, is transferred from the anode to the oxygen electrode through the membrane. Block it from becoming

H2 → 2H+ + 2e- H 2 → 2H + + 2e -

이에 따라 산소극에서는, 공급된 산소가 하기 화학식 2와 같이 환원된다.Accordingly, in the oxygen electrode, the supplied oxygen is reduced as shown in the following formula (2).

O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O O 2 + 4H + + 4e - → 2H 2 O

따라서, 연료전지의 작동을 종합하여 보면, 음극인 연료극에 공급된 수소가 양극인 산소극에 공급된 산소와 결합하여 물과 전기 에너지를 발생하게 되는 것이다. 이와 같은 PEM 연료전지의 기능 및 효율을 향상시키기 위해서는, 활성이 높은 촉매물질을 이용하는 것이 중요하지만, 그 외에도 전극의 특성을 향상시키는 것도 매우 중요하다. 즉, 전극반응에 이용되는 수소 및 산소 가스와 생성물인 H2O의 전극 중에서의 확산성을 향상시키는 것과 함께, 전극반응에 의해 생성되는 수소이온 및 전자의 전도성을 증가시키는 것도 중요하다. 한편, 촉매는 통상 다공성 담지체에 담지하여 사용하며, 일반적으로 나노크기의 세공 구조를 가진 탄소가 담체로 이용된다. 따라서, 전극은 촉매가 지지된 탄소 담체와 고분자전해질이 복합된 다공질구조로 되어 있고, 촉매 나노입자의 크기와 분산을 최적화하기 위해 넓은 표면적과 함께 큰 세공부피를 가지는 담체를 이용하는 것이 바람직하다. 여기서 탄소 담체는 전자의 전도채널, 고분자전해질은 수소이온의 전도채널이 된다. 따라서 담체는 또한 전기 전도성이 우수하여야 하고, 그 제조과정이 쉬어 제조 단가가 싸야한다.Therefore, when the operation of the fuel cell is combined, the hydrogen supplied to the anode as the cathode combines with the oxygen supplied to the oxygen as the anode to generate water and electrical energy. In order to improve the function and efficiency of the PEM fuel cell, it is important to use a highly active catalyst material, but it is also very important to improve the characteristics of the electrode. That is, it is also important to improve the conductivity of hydrogen and oxygen gas and the product H 2 O used in the electrode reaction in the electrode, and to increase the conductivity of hydrogen ions and electrons generated by the electrode reaction. On the other hand, the catalyst is usually used to be supported on a porous carrier, and generally carbon having a nano-sized pore structure is used as a carrier. Accordingly, the electrode has a porous structure in which a catalyst-supported carbon carrier and a polymer electrolyte are combined, and in order to optimize the size and dispersion of the catalyst nanoparticles, it is preferable to use a carrier having a large pore volume and a large pore volume. The carbon carrier is an electron conduction channel and the polymer electrolyte is a hydrogen ion conduction channel. Therefore, the carrier should also be excellent in electrical conductivity, and its manufacturing process should be easy and the manufacturing cost should be low.

전극의 다공성 세공은 산소가스, 수소가스 및 물의 공급 및 배출채널로서의 중요한 역할을 담당한다. 따라서, 전극의 미세구조와 제조방법의 개선, 전극 내 고분자전해질의 양 등은 특성 향상을 위한 중요한 요소이다. 상술한 전극의 미세구조와 관련해서는 탄소 담체의 성상과 미세구조에 따라 담지되는 촉매 나노입자의 크기, 안정성과 분산상태가 달라져 촉매활성이 크게 다르게 된다. 또한, 세공분포 및 연결성, 표면적, 표면특성 등 전극 담체인 탄소 담체의 구조에 따라서 반응 및 생성물의 이동 및 배출, 수소이온 및 전자의 전도성이 변화하기 때문에 연료전지의 특성이 크게 변화하게 되는데, 일반적으로 탄소 담체의 표면적과 세공부피가 크면 담지된 금속 촉매입자의 크기는 작아지고 탄소 담체에 보다 균일하게 분포하여 활성면적이 증가하고, 연료 및 반응 생성물의 확산이 쉽게 일어날 수 있어 활성이 향상될 수 있다. 그런데 탄소 담체를 구성하는 탄소 담체 내부 세공의 크기가 크면 탄소 담체의 비(比)표면적이 작아져 담지되는 촉매물질의 양이 감소하는 동시에 분산상태가 저하하여 연료전지특성이 저하하는 경향이 있으며, 탄소 담체를 구성하는 탄소물질의 세공의 사이즈가 극단적으로 작은 경우에는 비표면적이 매우 높아져서 촉매물질의 담지량이 증가하지만, 반응가스 등의 전달 및 확산이 어려워지고, 미소세공내부로 고분자전해질이 침입할 수 없기 때문에 촉매의 이용효율이 저하하여 연료전지특성을 향상시키지 못하는 경향이 있다.Porous pores of the electrode play an important role as supply and discharge channels for oxygen gas, hydrogen gas and water. Therefore, the improvement of the microstructure and manufacturing method of the electrode, the amount of the polymer electrolyte in the electrode is an important factor for improving the characteristics. With regard to the microstructure of the electrode described above, the catalytic activity is greatly changed because the size, stability, and dispersion state of the catalyst nanoparticles supported depend on the properties and the microstructure of the carbon carrier. In addition, depending on the structure of the carbon carrier, the electrode carrier, such as pore distribution, connectivity, surface area, and surface properties, reaction and product movement and discharge, hydrogen ions and electron conductivity change, and thus the characteristics of the fuel cell are greatly changed. Therefore, when the surface area and pore volume of the carbon carrier are large, the size of the supported metal catalyst particles is smaller and more uniformly distributed on the carbon carrier, thereby increasing the active area, and the diffusion of fuel and reaction products can easily occur, thereby improving the activity. have. However, when the size of the carbon carrier inner pores constituting the carbon carrier is large, the specific surface area of the carbon carrier decreases, so that the amount of catalyst material carried thereon decreases and the dispersion state decreases, thereby deteriorating fuel cell characteristics. When the pore size of the carbon material constituting the carbon carrier is extremely small, the specific surface area becomes very high, so that the amount of supported catalyst material is increased, but it is difficult to transfer and diffuse the reaction gas, and the polymer electrolyte can penetrate into the micropores. Since it is not possible, there is a tendency that the utilization efficiency of the catalyst is lowered and the fuel cell characteristics are not improved.

따라서, 탄소 담체의 구조와 형상을 최적화하는 것이 연료전지, 특히 양성자 전해질막(PEM) 연료전지의 성능 및 효율을 극대화하는 방법이 된다.Therefore, optimizing the structure and shape of the carbon carrier is a method of maximizing the performance and efficiency of a fuel cell, particularly a proton electrolyte membrane (PEM) fuel cell.

그러나, 이제까지는 연료전지용 전극 탄소 담체의 미세구조와 연료전지의 특성과의 상관관계에 대하여는 거의 연구되지 않았었다. 이 때문에 활성탄을 시작으로 하여 각종 탄소물질을 이용한 연료전지가 제조되어 그 특성이 검사되고 있지만, 아직 최적의 특성이 얻어지고 있지 않는 것이 현실이다. However, until now, little research has been conducted on the correlation between the microstructure of the electrode carbon carrier for fuel cells and the characteristics of the fuel cell. For this reason, fuel cells using various carbon materials, including activated carbon, have been manufactured and their characteristics have been examined, but the optimum characteristics have not yet been obtained.

현재 연료전지의 연료와 공기의 산화 및 환원에 사용되는 전극촉매는 전기 전도성이 우수하고 비교적 표면적이 넓은, 예를 들어, 표면적이 약 230 m2/g인 카본블랙, 예를 들어, Cabot사의 Vulcan XC-72를 담체로 사용하여 금속촉매를 미세한 입자 형태로 담체에 분산시켜 제조하고 있다. 그러나 상기 Vulcan XC-72는 세공크기의 분포가 불균일하고, 특히 고분자 전해질이 잘 닿을 수 없는 마이크로 세공을 많이 포함하고 있기 때문에 이에 담지된 촉매 입자가 삼상 계면이 이루어 지지 않아 전기화학 반응에 기여하지 못하며, 또한 3차원 세공 연결성이 적어 기체의 확산을 막아 담지된 촉매의 활성을 제한하는 문제가 있었다. 이러한 이유로 새로운 고효율의 담체의 개발이 요구되고 있으며, 이러한 연료전지의 활성 개선과 관련하여 연료전지 전극용 촉매에 요구되는 특성이 몇 가지 있다. Electrocatalysts currently used for the oxidation and reduction of fuel and air in fuel cells have good electrical conductivity and carbon black having a relatively large surface area, for example about 230 m 2 / g, for example Vulcan from Cabot It is prepared by dispersing a metal catalyst in the form of fine particles using XC-72 as a carrier. However, since the Vulcan XC-72 has a non-uniform pore size distribution, and especially contains a large number of micropores that the polymer electrolyte cannot reach well, the catalyst particles supported thereon do not form a three-phase interface and thus do not contribute to the electrochemical reaction. In addition, there was a problem of limiting the activity of the supported catalyst by preventing the diffusion of gas due to the low three-dimensional pore connectivity. For this reason, the development of a new high efficiency carrier is required, and there are several characteristics required for the catalyst for fuel cell electrodes in connection with the improvement of the activity of the fuel cell.

첫째, 금속 촉매 입자는 그 크기가 작고 균일하게 분포하며, 산화·환원반응이 일어나는 촉매 활성점(active site)의 표면적이 넓어야 한다.First, the metal catalyst particles must be small in size and uniformly distributed, and have a large surface area of the catalytic active site where oxidation / reduction reactions occur.

둘째, 담체(지지체)로 사용되는 탄소는 넓은 표면적과 잘 발달된 다공질 구조를 가져 가스 및 물의 이동을 원활히 해야 하며, 금속 촉매 입자들이 강하게 담지되어 물리·화학적 충격에 의해 금속 촉매입자들이 분리되지 않아야 한다.Second, the carbon used as a support must have a large surface area and a well-developed porous structure to facilitate the movement of gas and water, and the metal catalyst particles must be strongly supported so that the metal catalyst particles cannot be separated by physical and chemical impacts. do.

셋째, 담체로 사용되는 탄소는 높은 전기전도성을 가져야 하며, 또한 촉매 및 전극과의 전기의 흐름을 원할하게 하여 생성되는 전력의 손실을 최대한 적게 만들어서 전지의 효율을 높일 수 있어야 한다.Third, the carbon used as a carrier should have high electrical conductivity and smooth the flow of electricity between the catalyst and the electrode to make the loss of power generated as small as possible to increase the efficiency of the battery.

넷째, 담체 합성 과정이 간단하여 값싸게 제조 할 수 있어야 한다.Fourth, the carrier synthesis process should be simple and inexpensive.

최근 고유가 환경하에서 친환경에너지 및 이들의 상업화에 대한 연구 및 관 심이 전세계적으로 그 어느 때보다 고조되고 있으며, 특히 연료전지의 효율을 증대시킬 수 있는 방안이 산업계에서 요구되고 있는 현실이다.Recently, research and interest in environmentally friendly energy and their commercialization in the high oil price environment are increasing more than ever in the world, and in particular, there is a demand for industrial methods to increase the efficiency of fuel cells.

이에 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하고자 노력한 결과, 콜로이달-임프린팅 방법으로 탄소구조체를 제조하는 방법을 안출하게 되었고, 이렇게 제조된 콜로이달-임프린티드 탄소구조체에 전이금속을 담지시켜서 다양한 연료전지용 전극 촉매를 제조해 본 결과, 특히, 수소, 알코올 및 개미산을 연료로 하는 연료전지용 전극의 산화 및 환원반응을 활성화시키는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have devised a method for manufacturing a carbon structure by a colloidal-imprinting method as a result of trying to solve the above problems, and by supporting the transition metal in the colloidal-imprinted carbon structure thus prepared for various fuel cells As a result of preparing the electrode catalyst, in particular, it was found that the oxidation and reduction reactions of the electrode for fuel cells, fueled with hydrogen, alcohol and formic acid, were activated, thereby completing the present invention.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 콜로이달-임프린티드(Colloidal-Imprinted, CI) 탄소구조체에 관한 것으로서,The present invention for solving the above problem relates to a colloidal-imprinted (CI) carbon structure,

평균직경 5 ~ 500 nm 균일한 크기의 메조(meso) 세공 및 매크로(macro) 세공 중에서 선택된 단종 또는 2 종의 세공을 갖으며, BET비표면적이 100 ~ 1500 ㎡/g이고, 벌집구조인 것을 특징으로 한다. It has a single or two types of pores selected from meso pores and macro pores of uniform size with an average diameter of 5 to 500 nm, and has a BET specific surface area of 100 to 1500 m 2 / g and a honeycomb structure. It is done.

또한, 본 발명은 상기 CI 탄소구조체의 제조방법에 관한 것으로서,In addition, the present invention relates to a method for producing the CI carbon structure,

45 ~ 100℃ 온도 하에서 메조상 피치(mesophase pitch)와 평균직경 5 ~ 500 nm의 콜로이달 무기금속산화물 입자와 균일하게 혼합하여 혼합물을 제조하는 제 1 단계;A first step of uniformly mixing a mesophase pitch and colloidal inorganic metal oxide particles having an average diameter of 5 to 500 nm at a temperature of 45 to 100 ° C. to prepare a mixture;

불활성 기체하에서 상기 혼합물을 240 ~ 280 ℃로 가열하여, 상기 메조상 피 치에 상기 콜로이달 무기금속산화물 입자를 임프린팅(imprinting)시켜서 메조상 피치-무기금속산화물 입자 복합체를 제조하는 제 2 단계;A second step of preparing a meso-phase pitch-inorganic metal oxide particle composite by heating the mixture to 240 to 280 ° C. under an inert gas to imprint the colloidal inorganic metal oxide particles onto the mesophase pitch;

불활성 기체 하에서, 상기 복합체를 850 ~ 2500 ℃로 가열하여 그래파이트(graphite) 탄소복합체를 얻는 제 3 단계;A third step of heating the composite to 850 to 2500 ° C. under an inert gas to obtain a graphite carbon composite;

상기 그래파이트 탄소복합체를 에칭(etching)하여 무기금속산화물 입자를 제거하여 CI 탄소구조체를 얻는 제 4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a fourth step of obtaining the CI carbon structure by removing the inorganic metal oxide particles by etching the graphite carbon composite material.

또한, 본 발명은 연료전지 전극용 CI 탄소 담지 촉매에 관한 것으로서,The present invention also relates to a CI carbon supported catalyst for fuel cell electrodes.

상기 CI탄소구조체 및 전이금속을 포함하는 것을 그 특징으로 한다.It characterized by including the CI carbon structure and the transition metal.

그리고 본 발명은 상기 연료전지 전극용 CI 탄소 담지 촉매의 제조방법에 관한 것으로서,In addition, the present invention relates to a method for preparing the CI carbon supported catalyst for the fuel cell electrode,

CI 탄소구조체의 수중 슬러리 및 수용성 전이금속염을 용해시킨 수용액을 혼합하여 혼합용액을 제조하는 제 1 단계; A first step of preparing a mixed solution by mixing an aqueous solution of a slurry of water and a water-soluble transition metal salt of the CI carbon structure;

상기 수용성 금속염의 농도가 1 mM ~ 5 mM이 되도록 상기 혼합용액에 증류수를 첨가하여 희석, 교반하는 제 2 단계; A second step of diluting and stirring distilled water into the mixed solution such that the concentration of the water-soluble metal salt is 1 mM to 5 mM;

상기 희석된 혼합용액의 pH를 8 ~ 9로 조절하여 반응용액을 제조하는 제 3 단계; A third step of preparing a reaction solution by adjusting the pH of the diluted mixed solution to 8-9;

상기 반응용액에 환원제를 첨가하여 수용성 금속염을 환원시켜서 금속입자를 형성시킨 후, 형성된 금속입자를 상기 CI 탄소구조체에 담지시켜 촉매를 제조하는 제 4 단계; 및 A fourth step of preparing a catalyst by adding a reducing agent to the reaction solution to reduce the water-soluble metal salt to form metal particles, and then supporting the formed metal particles on the CI carbon structure; And

상기 반응용액으로부터 촉매를 분리하는 제 5 단계;를 포함하는 것을 그 특 징으로 한다.And a fifth step of separating the catalyst from the reaction solution.

본 발명의 CI 탄소구조체는 그 제조가 간단하며, 상용의 카본블랙보다 BET비표면적이 넓을 뿐만 아니라, 2 nm 이하의 미세 마이크로 세공이 매우 적어 촉매나노입자가 삼상 계면이 이루어 지지 않아 전기화학 반응에 기여하지 못하는 경우가 거의 없다. 그리고, 본 발명의 연료전지 전극용 CI 탄소 담지 촉매는 아주 작은 크기(2~4nm)의 금속입자를 균일하게 CI 탄소구조체에 분산되어 있기 때문에, 촉매 반응이 일어날 수 있는 활성면적이 넓고, 전기전도성이 우수하여 이로 인하여 수소, 알코올 및 개미산 등의 연료의 산화반응 및 환원반응에 대한 촉매활성을 증가시킬 수 있는 효과가 있다. The CI carbon structure of the present invention is simple to manufacture, has a wider BET specific surface area than commercial carbon black, and has very few fine micropores of 2 nm or less, so that the catalytic nanoparticles do not form a three-phase interface. Very few fail to contribute. In addition, since the CI carbon supported catalyst for fuel cell electrodes of the present invention has a very small size (2-4 nm) of metal particles uniformly dispersed in the CI carbon structure, the active area for catalytic reaction can be wide, and the electrical conductivity This is excellent because of this has the effect of increasing the catalytic activity for the oxidation and reduction of fuels such as hydrogen, alcohol and formic acid.

이러한 본 발명을 하기에서 자세하게 설명을 하겠다.This invention will be described in detail below.

[CI 탄소구조체][CI Carbon Structure]

본 발명은 콜로이달-임프린티드(Colloidal-Imprinted, CI) 탄소구조체에 관한 것으로서,The present invention relates to a colloidal-imprinted (CI) carbon structure,

평균직경 5 ~ 500 nm 균일한 크기의 메조(meso) 세공 및 매크로(macro) 세공 중에서 선택된 단종 또는 2 종의 세공을 갖으며, BET비표면적이 100 ~ 1500 ㎡/g이고, 벌집구조인 것을 특징으로 한다. It has a single or two types of pores selected from meso pores and macro pores of uniform size with an average diameter of 5 to 500 nm, and has a BET specific surface area of 100 to 1500 m 2 / g and a honeycomb structure. It is done.

상기 본 발명의 CI 탄소구조체는 균일한 크기의 메조 세공 및 매크로 세공 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상의 크기가 혼합된 세공의 다공성 구조가 3차원적으로 상호 연결되어 있는 구조를 갖는다. 상기 CI 탄소구조체의 세공 평균직경의 크기는 조절이 가능한데, 상기 세공의 크기는 제조시 사용되는 콜로이달-무기금속산화물의 평균직경의 크기에 달려있다. 즉, 제조시 평균직경 5 ~ 500 nm 정도 크기의 콜로이달-무기금속산화물을 사용하면, CI 탄소구조체는 평균직경 5 ~ 500 nm범위의 메조 또는 매크로 세공 또는 이들이 혼합된 세공을 갖는 것이다. 여기서, 상기 CI 탄소구조체의 평균직경이 5 nm 미만이면 세공이 너무 작아 연료전지 반응중 반응물 및 생성물의 확산이 느려지는 문제가 발생할 수 있고, 500 nm 초과시 비표면적이 작아져 촉매입자의 크기가 증가 하는 문제가 발생할 수 있는 바, 상기 범위 내의 세공 크기를 갖는 것이 좋다. 더 바람직하게는 5 ~ 50 nm 의 크기의 메조세공만을 갖는 것이 가장 좋다. 이러한 본 발명의 CI 탄소구조체는 도 2의 SEM 및 TEM 사진으로 확인할 수 있다.The CI carbon structure of the present invention has a structure in which a porous structure of an end type selected from among mesopores and macropores of uniform size or a mixture of two or more sizes is interconnected three-dimensionally. The size of the pore average diameter of the CI carbon structure is adjustable, the size of the pore depends on the size of the average diameter of the colloidal-organic metal oxide used in the manufacture. That is, when using colloidal-inorganic metal oxides having an average diameter of about 5 to 500 nm in size, the CI carbon structure has meso or macropores or mixed pores having an average diameter of 5 to 500 nm. Herein, if the average diameter of the CI carbon structure is less than 5 nm, the pore is too small, which may cause a problem of slowing the diffusion of reactants and products during the fuel cell reaction, and when it exceeds 500 nm, the specific surface area becomes small to increase the size of the catalyst particles. The problem may occur, and it is preferable to have a pore size within the above range. More preferably it is best to only have mesopores of the size of 5 to 50 nm. The CI carbon structure of the present invention can be confirmed by SEM and TEM photograph of FIG.

이와 같은 벌집구조를 갖는 상기 CI 탄소구조체를 제조하는 방법을 자세하게 설명을 하면, 본 발명의 CI 탄소구조체의 제조방법은Referring to the method for producing the CI carbon structure having such a honeycomb structure in detail, the manufacturing method of the CI carbon structure of the present invention

45 ~ 100℃ 온도 하에서 메조상 피치(mesophase pitch)와 평균직경 5 ~ 500 nm의 콜로이달 무기금속산화물 입자와 균일하게 혼합하여 혼합물을 제조하는 제 1 단계;A first step of uniformly mixing a mesophase pitch and colloidal inorganic metal oxide particles having an average diameter of 5 to 500 nm at a temperature of 45 to 100 ° C. to prepare a mixture;

불활성 기체하에서 상기 혼합물을 240 ~ 280℃로 가열하여, 상기 메조상 피치에 상기 콜로이달 무기금속산화물 입자를 임프린팅(imprinting)시켜서 메조상 피치-무기금속산화물 입자 복합체를 제조하는 제 2 단계;Heating the mixture to 240 to 280 ° C. under an inert gas to imprint the colloidal inorganic metal oxide particles onto the mesophase pitch to produce a mesophase pitch-inorganic metal oxide particle composite;

불활성 기체 하에서, 상기 복합체를 850 ~ 2500 ℃로 가열하여 그래파이트(graphite) 탄소복합체를 얻는 제 3 단계;A third step of heating the composite to 850 to 2500 ° C. under an inert gas to obtain a graphite carbon composite;

상기 그래파이트 탄소복합체를 에칭(etching)하여 무기금속산화물 입자를 제거하여 CI 탄소구조체를 얻는 제 4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a fourth step of obtaining the CI carbon structure by removing the inorganic metal oxide particles by etching the graphite carbon composite material.

상기 제 1 단계에 있어서, 상기 콜로이달 무기금속산화물 입자는 특별히 한정하지는 않으나, 약 300℃ 정도의 온도를 가했을 때 제거되지 않는 임의의 물질, 예를 들면 구리, 은, 금 등과 같은 무기금속도 사용할 수 있으나, 바람직하게는 SiO2, Al2O3, TiO2, 등과 같은 무기금속산화물, 더욱 바람직하게는 실리카(SiO2) 등을 사용할 수 있다. 상기 콜로이달 무기금속산화물 입자는 5 ~ 500 ㎚의 균일한 직경을 갖는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 5 ~ 50 nm 의 크기가 좋다. 상기 콜로이달 무기금속산화물 평균입자크기는 본 발명의 CI 탄소구조체 메조 세공의 평균입자크기가 되므로, 제조시 사용되는 콜로이달 무기금속산화물의 크기를 조절함으로써, CI 탄소구조체의 메조 세공 크기를 조절할 수 있게 되는 것이다. 또한 크기가 다른 콜로이달 무기 산화물의 혼합물을 사용하면, 크기가 다른 세공이 혼재된 복합 다공 구조의 합성도 가능하다. 또한, 상기 콜로이달 무기금속산화물의 형태는 구형 또는 막대 형태일 수 있다.In the first step, the colloidal inorganic metal oxide particles are not particularly limited, but any material that is not removed when a temperature of about 300 ° C. is applied, for example, inorganic metals such as copper, silver, gold, etc. may also be used. Although, preferably, an inorganic metal oxide such as SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , or the like, more preferably silica (SiO 2 ) may be used. The colloidal inorganic metal oxide particles preferably have a uniform diameter of 5 to 500 nm, more preferably 5 to 50 nm in size. Since the average particle size of the colloidal inorganic metal oxide is the average particle size of the mesopores of the CI carbon structure of the present invention, by adjusting the size of the colloidal inorganic metal oxide used in the manufacturing, it is possible to control the mesopore size of the CI carbon structure Will be. In addition, by using a mixture of colloidal inorganic oxides of different sizes, it is also possible to synthesize a composite porous structure in which pores of different sizes are mixed. In addition, the colloidal inorganic metal oxide may be in the form of a sphere or a rod.

상기 메조상 피치는 탄소 전구체로서, 상기 콜로이달 무기금속산화물 입자와 교반, 혼합시켜서 혼합물을 제조하게 된다. 이때, 혼합은 45 ~ 100 ℃ 온도 하에서 이루어지게 된다. 혼합 방법은 고체 상의 무기금속산화물 입자와 메조상 피치 탄소 전구체를 물리적인 방법에 의해 곱게 갈아서 균일한 혼합물을 만든 후 에탄올상에서 균일하게 혼합될 때까지 교반한 후 50℃에서 에탄올이 전부 증발될 때까지 교반한다.The mesophase pitch is a carbon precursor, which is stirred and mixed with the colloidal inorganic metal oxide particles to prepare a mixture. At this time, the mixing is made under a temperature of 45 ~ 100 ℃. In the mixing method, the inorganic metal oxide particles in the solid phase and the meso-phase pitch carbon precursor are finely ground by a physical method to make a uniform mixture, and then stirred until uniformly mixed in ethanol, and then all the ethanol is evaporated at 50 ° C. Stir.

제 1 단계에 있어서, 상기 혼합물은 메조상 피치(mesophase pitch)와 콜로이달 무기금속산화물 입자를 1: 1.5 ~ 3.0 중량비가 되도록 혼합할 수 있는데, 이때, 상기 메조상 피치와 콜로이달 무기금속산화물 입자의 중량비가 1:1.5 미만이면, 세공의 형성이 적고, 세공간 연결성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있고, 1: 3.0 초과시 과잉으로 무기 금속산화물을 소모 하는 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.In the first step, the mixture may mix the mesophase pitch and colloidal inorganic metal oxide particles in a weight ratio of 1: 1.5 to 3.0, wherein the mesophase pitch and colloidal inorganic metal oxide particles If the weight ratio of less than 1: 1.5, the formation of pores is small, there is a problem that the three-space connectivity is inferior, and when exceeding 1: 3.0 may cause the problem of excessive consumption of inorganic metal oxide, so used within the above range It is good.

제 2 단계는 메조상 피치에 콜로이달 무기금속산화물 입자를 임프린팅(imprinting)시키는 단계로서, 제 1 단계의 상기 혼합물을 240 ~ 280℃에서 2 ~ 3시간 정도 가열하여 메조상 피치를 연화점(softening point) 근처에서 소프트한 상태로 만들어서, 상기 콜로이달 무기금속산화물 입자를 메조상 피치 내·외로 침투(penetration) 및 분산(distribution)시켜서 메조상 피치에 콜로이달 무기금속산화물 입자를 임프린팅(imprinting)시키는 것이다.The second step is imprinting the colloidal inorganic metal oxide particles in the meso phase pitch, and the mixture of the first step is heated at 240 to 280 ° C. for 2 to 3 hours to soften the meso phase pitch. Imprinting the colloidal inorganic metal oxide particles in the meso phase pitch by making the soft state near the point) and penetrating and distributing the colloidal inorganic metal oxide particles in and out of the mesophase pitch. It is to let.

제 3 단계에 있어서, 상기 혼합물을 N2 또는 Ne, Ar, Kr 등과 같은 불활성 기체 하에서 850℃ 내지 2500℃의 온도에서 5 내지 15 시간 동안 고온 열처리하여 탄화시킴으로써 그래파이트 탄소 복합체를 수득할 수 있다. 이때, 승온 속도를 1℃/분 ~ 10℃/분의 범위 내로 한다.In the third step, the graphite carbon composite may be obtained by carbonizing the mixture by high temperature heat treatment for 5 to 15 hours at a temperature of 850 ℃ to 2500 ℃ under an inert gas such as N 2 or Ne, Ar, Kr and the like. At this time, a temperature increase rate shall be in the range of 1 degree-C / min-10 degree-C / min.

제 4 단계에 있어서, 그래파이트(graphite) 탄소복합체로부터 무기금속산화물 금속을 제거하기 위하여 HF 용액, NaOH 용액 또는 KOH 용액으로 그래파이트 탄소복합체를 에칭시킨다. In the fourth step, the graphite carbon composite is etched with HF solution, NaOH solution or KOH solution to remove the inorganic metal oxide metal from the graphite carbon composite.

상기 본 발명의 CI 탄소구조체의 제조방법은 The manufacturing method of the CI carbon structure of the present invention

제 4 단계의 CI 탄소구조체를 여과 및 세척한 후, 건조시키는 제 5 단계;를 더 포함할 수 있으며, 상기 건조는 약 70 ~ 80℃에서 건조시키는 것이 바람직하다.After filtering and washing the CI carbon structure of the fourth step, and drying the fifth step; may further include, the drying is preferably dried at about 70 ~ 80 ℃.

상기 CI 탄소구조체는 그 자체로써 연료전지 전극용 촉매의 담체(지지체)로 이용될 수 있음은 물론, 흡착제, 분리 및 정제용, 수소 및 약물저장용과 전극 등 다양한 용도에 응용될 수 있다.The CI carbon structure may be used as a carrier (support) of a catalyst for a fuel cell electrode by itself, and may be applied to various applications such as an adsorbent, separation and purification, hydrogen and drug storage, and an electrode.

이하에서는 앞서 설명한 CI 탄소구조체를 이용한 연료전지 전극용 촉매에 대하여 설명을 하겠다.Hereinafter, a catalyst for a fuel cell electrode using the CI carbon structure described above will be described.

[연료전지 전극용 CI 탄소 담지 촉매][CI Carbon Supported Catalyst for Fuel Cell Electrode]

본 발명은 연료전지 전극용 CI 탄소 담지 촉매에 관한 것으로서, 앞서 설명한 CI 탄소구조체를 포함하는 것을 그 특징으로 한다. 더욱 구체적으로 설명을 하면, 상기 CI 탄소구조체 및 전이금속을 포함하는 것을 특징으로 하는데, CI 탄소구조체는 본 발명의 촉매에 있어서, 전이금속의 담체(지지체) 역할을 하며, 앞서 설명한 바와 같이 평균직경 5 ~ 500 nm범위 내의 메조 세공 및 매크로 세공 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상의 세공크기를 갖으며, BET비표면적이 100 ~ 1500 ㎡/g이고, 벌집구조인 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a CI carbon supported catalyst for fuel cell electrodes, characterized in that it comprises the above-described CI carbon structure. More specifically, the CI carbon structure and the transition metal, characterized in that it comprises, the CI carbon structure in the catalyst of the present invention, serves as a carrier (support) of the transition metal, the average diameter as described above It has a single or two or more pore sizes selected from mesopores and macropores within the range of 5 ~ 500 nm, BET specific surface area of 100 ~ 1500 m 2 / g, characterized in that the honeycomb structure.

상기 전이금속은 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 몰리브덴(Mo), 오스 뮴(Os), 이리듐(Ir), 레늄(Re), 팔라듐(Pd), 바나듐(V), 코발트(Co) 및 텅스텐(W), 세륨(Ce), 철(Fe), 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 비스므트(Bi), 주석(Sn), 크롬(Cr) 및 구리(Cu) 등으로 이루어진 군에서 선택된 단종금속 또는 2 종 이상의 합금금속을 사용할 수 있다. 예를 들면, 백금과 같은 단일금속 또는 백금-루테늄(Pt-Ru) 합금, Pt-Ru-Rh 합금, Pt-Ru-Co-W 합금 또는 Pt-Ru-Mo-W 합금, 기타 합금을 사용할 수 있다. The transition metal is platinum (Pt), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), molybdenum (Mo), osmium (Os), iridium (Ir), rhenium (Re), palladium (Pd), vanadium (V), Cobalt (Co) and Tungsten (W), Cerium (Ce), Iron (Fe), Selenium (Se), Nickel (Ni), Bismuth (Bi), Tin (Sn), Chromium (Cr) and Copper (Cu) A discontinuous metal selected from the group consisting of and the like or two or more alloy metals can be used. For example, monometals such as platinum or platinum-ruthenium (Pt-Ru) alloys, Pt-Ru-Rh alloys, Pt-Ru-Co-W alloys or Pt-Ru-Mo-W alloys, and other alloys may be used. have.

본 발명의 연료전지 전극용 CI 탄소 담지 촉매를 그 조성비율로 설명을 하면, 상기 CI 탄소구조체 10 ~ 90 중량% 및 상기 전이금속 10 ~ 90 중량%를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.When explaining the CI carbon supported catalyst for fuel cell electrodes of the present invention by the composition ratio, it characterized in that it comprises 10 to 90% by weight of the CI carbon structure and 10 to 90% by weight of the transition metal.

여기서, 상기 전이금속의 사용량이 10 중량% 미만이면, 충분한 전극활성을 얻을 수 없는 문제가 생기고, 90 중량% 초과시 상대적으로 CI 탄소구조체의 사용량이 줄어서 촉매입자가 뭉쳐 입자의 크기가 커져서 촉매 효율이 감소하는 문제가 발생하므로 상기 범위 내에서 전이금속을 사용하는 것이 바람직하다.Here, when the amount of the transition metal used is less than 10% by weight, there is a problem that sufficient electrode activity cannot be obtained, and when the amount of the transition metal exceeds 90% by weight, the amount of the CI carbon structure is relatively reduced, so that the catalyst particles are agglomerated and the size of the catalyst is increased, thereby increasing the catalyst efficiency. It is preferable to use a transition metal within this range since a problem of decreasing occurs.

다시 말해, 본 발명의 연료 전지용 전극 촉매는 담체인 CI 탄소구조체 중량의 최대 9배 정도에 해당하는 양을 담지시킬 수 있다. 이것은 담체인 본 발명의 CI 탄소구조체가 종래의 카본 블랙 담체에 비해 넓은 표면적을 가지고 있기 때문에 전이금속이 담지될 수 있는 양이 상대적으로 훨씬 많기 때문에 동일한 중량의 카본 블랙에 비해 더 많은 양의 금속 촉매 입자를 담지시킬 수 있는 것이다. 또한, 평균직경 2 ~ 4 nm의 매우 작은 크기의 전이금속을 담체에 담지시킬 수 있어서, 고가의 귀금속을 효율적으로 이용할 수 있게 되므로 경제적으로도 유리하다. 예를 들면, 기존의 연료전지 전극용 카본블랙 담지 Pt-Ru 촉매는 담체인 카본블랙 담체(E-TEK)의 사용량이 촉매 전체 중량에 대하여 약 40 ~ 60 중량% 정도 사용되었으나, CI 탄소구조체에 백금-루테늄 합금이 담지된 본 발명의 연료전지 전극용 CI 탄소 담지 Pt-Ru 촉매는 담체인 CI 탄소구조체의 사용량을 전체 촉매 중량 중에서 20 % 이하를 사용하여 촉매를 제조하여도 기존의 촉매보다 전극 활성이 우수하다.In other words, the electrode catalyst for a fuel cell of the present invention can carry an amount corresponding to a maximum of 9 times the weight of the CI carbon structure as a carrier. This is because the CI carbon structure of the present invention, which is a carrier, has a larger surface area than that of a conventional carbon black carrier, and thus a relatively much larger amount of transition metal can be supported. The particles can be supported. In addition, since the transition metal of a very small size having an average diameter of 2 to 4 nm can be supported on the carrier, it is economically advantageous because expensive precious metals can be efficiently used. For example, in the conventional carbon black supported Pt-Ru catalyst for fuel cell electrodes, the carbon black carrier (E-TEK), which is a carrier, was used in an amount of about 40 to 60% by weight based on the total weight of the catalyst. The CI carbon-supported Pt-Ru catalyst for the fuel cell electrode of the present invention, which is loaded with a platinum-ruthenium alloy, has an electrode than the conventional catalyst even when the catalyst is manufactured using the amount of the CI carbon structure serving as a carrier using 20% or less of the total catalyst weight. Excellent activity

일반적으로, 전극 촉매의 제조에 있어서, 촉매 금속의 담체에 대한 담지 비율이 작을수록 동일한 양의 촉매 금속을 담지하기 위해 더 많은 양의 담체를 사용해야 하므로, 동일한 양의 활성 촉매를 얻기 위해 사용되는 지지체의 양도 증가하게 된다. 이 경우 연료 전지의 전극을 제조함에 있어서, 탄소 시트 또는 탄소구조체에 많은 양의 촉매를 두텁게 도포해야 했으며, 도포된 촉매를 건조 시 또는 사용 중에 크랙(crack)이 발생하여 연료전지의 성능을 저하시키는 문제가 있었다. 그러나, 본 발명의 연료전지 전극용 CI 탄소 담지 촉매는 종래의 카본 블랙을 담체로 사용하는 촉매에 비해 금속 담지 비율이 높아서, 상업적으로 구입할 수 있는 E-TEK 촉매의 20 - 60% 담지 비율과 비교하여, 본 발명의 촉매가 80% 이상의 금속 담지량을 포함할 수 있기 때문에 동일한 양의 금속을 담지하기 위해 사용되는 담체의 양이 1/2 이하로 줄수 있어, 전체적으로 적은 양의 촉매가 사용되기 때문에 크랙 현상을 방지할 수 있다. 물론 촉매금속인 전이금속의 양을 촉매 전체 중량의 10 중량% 되도록 담지하는 것도 가능하다. 즉, 사용하고자 하는 용도에 따라 전이금속의 사용량을 광범위하게 선택할 수 있는 것이다. 더 나아가, 본 발명의 상기 CI 탄소구조체는 세공의 평균직경이 5 ~ 500 nm 범위, 바람직하게는 5 ~ 50 nm 범위의 균일한 크기의 메조세공을 가지며, 전기전도도가 우수하고, 3 차원적으로 잘 발달되어 있고, 상호 연결되어 있기 때문에 연료의 이동과 확산을 자유롭게 하여 연료들이 촉매 표면에 쉽게 도달할 수 있어서, 산화반응 및 환원반응이 빨리 진행될 수 있고, 반응생성물들 또한 쉽게 배출될 수 있는 장점을 가지고 있다.In general, in the preparation of the electrode catalyst, the smaller the supporting ratio of the catalyst metal to the carrier, the more the carrier must be used to support the same amount of the catalyst metal, so that the support used to obtain the same amount of the active catalyst The amount of is also increased. In this case, in manufacturing the electrode of the fuel cell, a large amount of catalyst had to be applied thickly to the carbon sheet or the carbon structure, and cracks were generated during drying or use of the applied catalyst, thereby degrading the performance of the fuel cell. There was a problem. However, the CI carbon supported catalyst for fuel cell electrodes of the present invention has a higher metal loading ratio than a catalyst using a conventional carbon black as a carrier, compared with the 20-60% loading ratio of commercially available E-TEK catalysts. Therefore, since the catalyst of the present invention may contain 80% or more of the amount of metal supported, the amount of carrier used to support the same amount of metal can be reduced to 1/2 or less, so that a small amount of catalyst is used as a whole so that the crack The phenomenon can be prevented. Of course, it is also possible to support the amount of the transition metal which is the catalyst metal to be 10% by weight of the total weight of the catalyst. In other words, the amount of transition metal used can be widely selected depending on the intended use. Furthermore, the CI carbon structure of the present invention has mesopores of uniform size in the range of 5 to 500 nm, preferably 5 to 50 nm in average pore size, excellent electrical conductivity, and three-dimensional The well-developed and interconnected structure frees the movement and diffusion of the fuel, allowing the fuel to reach the catalyst surface easily, so that the oxidation and reduction reactions can proceed quickly and the reaction products can be easily discharged. Have

본 발명의 연료전지 전극용 CI 탄소 담지 촉매에 있어서, 상기 전극은 산화전극 또는 환원전극인 것을 특징으로 하며, 상기 연료전지는 양성자교환막을 포함하는 고분자 전해질막 연료전지인 것을 특징한다. 또한, 상기 연료전지의 연료는 수소; 메탄올, 에탄올 등의 알코올; 및 개미산; 중에서 선택된 연료를 이용하는 연료전지인 것을 그 특징으로 한다.In the CI carbon supported catalyst for fuel cell electrodes of the present invention, the electrode is characterized in that the anode or the cathode, the fuel cell is characterized in that the polymer electrolyte membrane fuel cell comprising a proton exchange membrane. In addition, the fuel of the fuel cell is hydrogen; Alcohols such as methanol and ethanol; And formic acid; The fuel cell using the selected fuel is characterized in that.

이하에서는 본 발명의 연료전지 전극용 CI 탄소 담지 촉매의 제조방법에 대하여 자세하게 설명을 하겠다.Hereinafter, a method for preparing a CI carbon supported catalyst for a fuel cell electrode of the present invention will be described in detail.

[연료전지 전극용 CI 탄소 담지 촉매의 제조방법][Manufacturing Method of CI Carbon Supported Catalyst for Fuel Cell Electrode]

본 발명의 연료전지 전극용 CI 탄소 담지 촉매의 제조방법은Method for producing a CI carbon supported catalyst for fuel cell electrodes of the present invention

CI 탄소구조체의 수중 슬러리 및 수용성 전이금속염을 용해시킨 수용액을 혼합하여 혼합용액을 제조하는 제 1 단계; A first step of preparing a mixed solution by mixing an aqueous solution of a slurry of water and a water-soluble transition metal salt of the CI carbon structure;

상기 수용성 전이금속염의 농도가 1 mM ~ 5 mM이 되도록 상기 혼합용액에 증류수를 첨가하여 희석, 교반하는 제 2 단계; A second step of diluting and stirring distilled water into the mixed solution such that the concentration of the water-soluble transition metal salt is 1 mM to 5 mM;

상기 희석된 혼합용액의 pH를 8 ~ 9로 조절하여 반응용액을 제조하는 제 3 단계; A third step of preparing a reaction solution by adjusting the pH of the diluted mixed solution to 8-9;

상기 반응용액에 환원제를 첨가하여 수용성 전이금속염을 환원시켜서 금속입자를 형성시킨 후, 형성된 금속입자를 상기 CI 탄소구조체에 담지시켜 촉매를 제조하는 제 4 단계; 및 A fourth step of preparing a catalyst by adding a reducing agent to the reaction solution to reduce the water-soluble transition metal salt to form metal particles, and then supporting the formed metal particles on the CI carbon structure; And

상기 반응용액으로부터 촉매를 분리하는 제 5 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.And a fifth step of separating the catalyst from the reaction solution.

본 발명의 상기 제조방법의 개략도는 도 1에 나타내었다.A schematic diagram of the manufacturing method of the present invention is shown in FIG.

상기 본 발명에 따른 연료 전지 전극용 촉매 제조 방법은 복잡한 공정을 거치지 않고, 비교적 간단한 방법으로 상온에서 탄소 분산 용액과 환원제를 교반 중에 있는 금속염의 용액에 천천히 첨가함으로서 환원되는 금속촉매 입자가 넓은 표면적과 세공부피를 가지는 다공성 구형 탄소 캡슐 담체 위에 작은 크기로 균일하게 분산된다. 극히 미세한 크기(2 ~ 3㎚)의 금속촉매 입자를 제조할 수 있다The method for preparing a catalyst for a fuel cell electrode according to the present invention is a relatively simple method, and the metal catalyst particles are reduced by a slow addition of a carbon dispersion solution and a reducing agent to a solution of the metal salt under stirring at a relatively simple method and a large surface area and It is uniformly dispersed in small size on the porous spherical carbon capsule carrier having pore volume. Metal catalyst particles of extremely fine size (2 to 3 nm) can be prepared.

상기 제 1 단계에 있어서, 상기 CI 탄소 구조체는 앞서 설명한 바와 동일하며, 상기 수용성 전이금속염은 전이금속의 염(salt)형태를 나타내는 것으로서 촉매 작용을 하는 전이금속의 수용성 염은 산성 염 또는 염기성 염일 수 있다. 상기 수용성 전이금속염의 예로는, 백금의 경우 H2PtCl6을 들 수 있으며, 루테늄의 경우에는 RuCl3을 들 수 있다. 이들 전이금속염의 사용량은 촉매 지지체에 담지될 금속의 양에 따라 화학양론적으로 결정될 수 있으며, 예를 들어, Pt-Ru 합금을 사용하는 경우, 그 사용 비율도 화학양론적 계산에 의해 결정될 수 있다. 상기 수용 성 전이금속염을 물에 용해시키는 농도도 그 염의 종류에 따른 물에 대한 용해도에 따라 결정될 수 있다. 수용액을 제조하는 단계는 사용되는 각 전이금속염의 용해도와 농도, 용해 온도 등에 따라 달라질 수 있으나, 통상 20 분 내지 1시간 정도 교반하면 충분하다. 상기 CI 탄소구조체는 담체로서 수중 슬러리 형태로 사용하다. 예를 들어, 물 100 ml에 대하여 적당량의 탄소담체 비율로 물에 담체를 투입하고 교반(stirring)하여 제조한다. 이때, 담체 응집물을 각각의 입자로 분리시키고, 담체의 세공 속에 있는 공기를 탈기시키기 위하여 교반 중간에 초음파 처리(sonication)를 할 수도 있다. 상기 수중 슬러리는 별도의 용기에서 준비하여 상기 수용성 전이금속염과 반응 용기에서 혼합된다.In the first step, the CI carbon structure is the same as described above, wherein the water-soluble transition metal salt represents a salt form of the transition metal, and the water-soluble salt of the transition metal that catalyzes may be an acid salt or a basic salt. have. Examples of the water-soluble transition metal salt include H 2 PtCl 6 in the case of platinum, and RuCl 3 in the case of ruthenium. The use amount of these transition metal salts can be determined stoichiometrically according to the amount of metal to be supported on the catalyst support. For example, when using a Pt-Ru alloy, the use ratio can also be determined by stoichiometric calculation. . The concentration of dissolving the water-soluble transition metal salt in water may also be determined according to the solubility in water according to the type of the salt. The step of preparing the aqueous solution may vary depending on the solubility and concentration of each transition metal salt used, the dissolution temperature and the like, but it is usually sufficient to stir for about 20 minutes to 1 hour. The CI carbon structure is used in the form of a slurry in water as a carrier. For example, a carrier is added to water at an appropriate amount of carbon carrier relative to 100 ml of water, and prepared by stirring. At this time, the carrier aggregate may be separated into individual particles, and sonication may be performed in the middle of stirring to degas the air in the pores of the carrier. The slurry in water is prepared in a separate vessel and mixed with the water-soluble transition metal salt in a reaction vessel.

상기 제 2 단계에 있어서, 상기 수용성 전이금속염의 몰농도는 1 mM ~ 5 mM, 바람직하게는 1 mM ~ 3 mM, 더욱 바람직하게는 1.5 mM ~ 2 mM이 되도록 하는 것이 좋으며, 수용성 전이금속염 용액에 포함된 물과 수중 슬러리에 포함된 물 및 기타 쏘스(source)에 의해 도입된 물 총량에 대한 수용성 금속염의 농도로써 계산한다. 이렇게 수용성 전이금속염의 농도를 희석하는 것은 이하 단계에서 환원 반응을 통하여 전이금속입자를 석출시키는 경우, 각각의 전이금속입자들이 서로 응집되어 뭉침으로써 전이금속입자가 커지는 현상을 막기 위함이다. 즉, 상기 수용성 전이금속염의 몰농도가 5 mM 초과시 금속입자들의 응집으로 인하여 금속입자가 커지는 문제가 발생할 수 있고, 1mM 미만시 수용성 전이금속염의 농도가 너무 낮아서 충분한 금속입자의 석출이 어렵게 되는 문제가 발생할 수 있다In the second step, the molar concentration of the water-soluble transition metal salt is preferably 1 mM to 5 mM, preferably 1 mM to 3 mM, more preferably 1.5 mM to 2 mM, and the water-soluble transition metal salt solution It is calculated as the concentration of water soluble metal salts relative to the total water introduced by the water contained and the water contained in the slurry in water and other sources. The dilution of the concentration of the water-soluble transition metal salt is to prevent the transition metal particles from growing when the transition metal particles are agglomerated with each other when the transition metal particles are precipitated through a reduction reaction in the following step. That is, when the molar concentration of the water-soluble transition metal salt is greater than 5 mM, the metal particles may become large due to aggregation of the metal particles. When the water concentration is less than 1 mM, the concentration of the water-soluble transition metal salt is too low, making it difficult to deposit sufficient metal particles. Can occur

상기 제 3 단계에 있어서, pH를 8 ~ 9로 조절하는 이유는 제 4 단계의 환원 반응에서 원활한 환원 반응이 진행될 수 있도록 미리 적절한 pH 범위를 조절하는 것이다. 이때, 상기 pH조절에는 통상적으로 사용되는 HCl 또는 HNO3 등의 산성 또는 NaOH 등의 염기성 수용액을 사용할 수 있으며, 본 발명이 이에 특별히 한정되는 것은 아니다. In the third step, the reason for adjusting the pH to 8 to 9 is to adjust the appropriate pH range in advance so that the smooth reduction reaction can proceed in the reduction reaction of the fourth step. At this time, the pH control may be used an acid or a basic aqueous solution such as NaOH, such as HCl or HNO 3 commonly used, the present invention is not particularly limited thereto.

상기 제 4 단계는 수용성 전이금속염 상태의 전이금속을 금속입자 형태로 환원시켜서 담체에 담지시키는 단계로서, 상기 환원제로는 NaBH4, LiBH4, HCHO, HCOOH, CH3OH, CH3CH2OH, HCOONa, N2H4 및 AlBH4 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상의 환원제를 사용할 수 있으며, 환원되어야 할 수용성 전이금속염의 몰수에 비해 과량을 사용한다. 예를 들어, 상기 수용성 전이금속염 몰수의 8 ~ 12배, 더욱 바람직하게는10배 정도에 상당하는 H를 생성할 정도로 NaBH4 수용액을 과량 사용한다. 그리고 상기 전이금속입자는 1 ~ 4 nm, 더욱 바람직하게는 2 ~ 3 nm 크기를 갖게 된다. 또한 감마선, 마이크로파 등의 방사선을 이용해 환원처리 할 수도 있고, 탄소-금속 이온 혼합물을 200 ~ 300 ℃에서 수소 기체를 불어 주며 환원시킬 수 있다.The fourth step is a step of reducing the transition metal in the form of water-soluble transition metal salt in the form of metal particles and supported on the carrier, the reducing agent is NaBH 4 , LiBH 4 , HCHO, HCOOH, CH 3 OH, CH 3 CH 2 OH, One or two or more reducing agents selected from HCOONa, N 2 H 4 and AlBH 4 may be used, and an excess is used relative to the number of moles of the water-soluble transition metal salt to be reduced. For example, an excessive amount of aqueous NaBH 4 solution is used to produce H equivalent to 8 to 12 times, more preferably 10 times, the number of moles of the water-soluble transition metal salt. The transition metal particles have a size of 1 to 4 nm, more preferably 2 to 3 nm. In addition, it can be reduced by using a radiation such as gamma rays, microwaves, and the carbon-metal ion mixture can be reduced by blowing hydrogen gas at 200 ~ 300 ℃.

상기 제 5 단계는 반응용액을 정치시켜서 제 4 단계에서 제조된 CI 탄소 담지 촉매를 침전시킨 후, 반응용액으로부터 CI 탄소 담지 촉매를 분리하는 단계이다.The fifth step is to precipitate the CI carbon supported catalyst prepared in the fourth step by allowing the reaction solution to stand still, and then separating the CI carbon supported catalyst from the reaction solution.

본 발명의 상기 제조방법은 제 5 단계에서 반응용액으로부터 분리된 CI 탄소 담지 촉매를 물로 반복 세척하고 건조시키는 제 6 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 세척은 수용성 금속염 중에 포함되어 있던 염소 등의 불순물을 제거하기 위한 과정이다.The preparation method of the present invention may further include a sixth step of repeatedly washing and drying the CI carbon supported catalyst separated from the reaction solution with water in a fifth step. The washing is a process for removing impurities such as chlorine contained in the water-soluble metal salt.

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

앞서 설명한 본 발명의 모든 형태의 상기 연료전지 전극용 CI탄소 담지 촉매 및 이의 제조방법으로 제조된 촉매는 연료전지에 사용될 수 있으며, 또한, 연료전지의 산화전극 또는 환원전극에 사용될 수 있고, 특히 상기 본 발명의 CI탄소 담지 촉매는 수소 연료전지를 포함하는 다른 형태의 양성자교환막 (또는 고분자 전해질막) 연료전지에 사용하는 것이 좋다. 그리고 본 발명은 수소; 메탄올, 에탄올 등의 알코올; 및 개미산; 중에서 선택된 어느 1 종을 연료로 하는 연료전지의 전극용 촉매로 사용할 수 있다.The above-described CI carbon supported catalyst for the fuel cell electrode of the present invention and the catalyst prepared by the method of manufacturing the same may be used in a fuel cell, and may also be used in an anode or a cathode of a fuel cell. The CI carbon supported catalyst of the present invention is preferably used for another type of proton exchange membrane (or polymer electrolyte membrane) fuel cell including a hydrogen fuel cell. And the present invention is hydrogen; Alcohols such as methanol and ethanol; And formic acid; It can be used as a catalyst for electrodes of a fuel cell using any one selected from among the fuels.

이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 더 상세하게 설명하겠다. 그러나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the scope of the present invention is not limited thereto.

CI 탄소 구조체의 제조Fabrication of CI Carbon Structure

실시예 및 비교예Examples and Comparative Examples

본 발명의 CI 탄소 구조체는 다음과 같이 제조하였다. CI carbon structure of the present invention was prepared as follows.

입자크기 45μm 이하의 메조상 피치와 약 22 nm의 평균직경을 갖는 구형의 실리카(SiO2) 입자(Ludox TM-40 colloidal sillca)를 1:2 중량비로 에탄올 내에서 균일하게 혼합하여 혼합물을 제조한 후, 상기 혼합물을 N2 기체 분위기 하의50℃에서 알코올이 모두 증발할 때까지 교반한다. 에탄올이 모두 증발한 혼합물은 메조상 피치를 연화점(softening point)인 260℃ 정도로 3 시간 동안 가열하여 콜로이달 실리카 입자를 임프린팅(imprinting)시켜서 메조상 피치-무기금속산화물 입자 복합체를 얻었다. N2 기체 분위기 하에서 상기 복합체를 900℃ 온도에서 12시간 정도 가열하여 탄소화 과정을 거쳐 그래파이트(graphite) 탄소복합체를 얻은 다음, 불화수소산(HF)용액을 이용해 탄소복합체로부터 실리카를 녹여 내어, IC 탄소 구조체를 제조하였고, 제조된 CI 탄소 구조체의 SEM 및 TEM 사진을 도 2의 A와 B에 각각 나타내었다.A mixture was prepared by uniformly mixing spherical silica (SiO 2 ) particles (Ludox TM-40 colloidal sillca) having a mesophase pitch of 45 μm or less and an average diameter of about 22 nm in ethanol in a 1: 2 weight ratio. The mixture is then stirred at 50 ° C. under N 2 gas atmosphere until all of the alcohol has evaporated. The mixture of all ethanol evaporated was heated for 3 hours at about 260 ° C., which is a softening point, to imprint colloidal silica particles to obtain a meso-phase pitch-inorganic metal oxide particle composite. The composite was heated at 900 ° C. for 12 hours in a N 2 gas atmosphere to obtain a graphite carbon composite by carbonization, and then dissolved silica from the carbon composite using hydrofluoric acid (HF) solution to form IC carbon. The structure was prepared, and SEM and TEM images of the prepared CI carbon structure are shown in FIGS.

위의 상용 Ludox 콜로이달 입자크기 이외의 5 ~ 500 nm 크기의 다른 크기의 세공을 가진 CI 탄소를 합성하고자 할 시에는, 먼저 원하는 크기의 실리카 입자를 합성하여 위에서 동일한 방법으로 처리해 다양한 세공 크기 및 혼합형 CI 탄소를 합성할 수 있다.When synthesizing CI carbons with pores of different sizes from 5 to 500 nm other than the commercial Ludox colloidal particle sizes above, first synthesize silica particles of the desired size and process them in the same manner from above. CI carbon can be synthesized.

그리고 비교예로서, 상용의 Carbot사의 Vulcan carbon XC-72 카본블랙 탄소구조체(이하, “VC”로 칭한다.)를 사용하였다.As a comparative example, a commercial Vulcan carbon XC-72 carbon black carbon structure (hereinafter referred to as "VC") manufactured by Carbot was used.

실험예 1 Experimental Example 1

BET(Brunauer-Emmett-Teller) 비표면적 측정실험Brunauer-Emmett-Teller (BET) specific surface area measurement experiment

상기 실시예의 탄소구조체의 BET 비표면적 측정을 실험하였으며, 그 결과는 도 3에 나타내었으며, 하기 표 1에 실시예 및 비교예의 탄소구조체의 특성을 비교하였다. 하기 표 1에 있어서, Vtotal은 g 당 전체 세공 부피를 나타내며, Vmicro는 g 당 마이크로 세공 부피를 나타내고, σ은 전기 전도도를 나타낸다.Measurement of the BET specific surface area of the carbon structure of the embodiment was tested, the results are shown in Figure 3, the characteristics of the carbon structure of the Examples and Comparative Examples in Table 1 below. In Table 1 below, V total represents the total pore volume per g, V micro represents the micro pore volume per g, and σ represents the electrical conductivity.

Figure 112008055129835-pat00001
Figure 112008055129835-pat00001

실험예 2Experimental Example 2

X선 회절 분석 패턴 실험X-ray Diffraction Analysis Pattern Experiment

상기 실시예 및 비교예의 탄소구조체의 X선 회절 분석 패턴 실험을 행하였으며, 그 결과는 도 4에 나타내었다.The X-ray diffraction analysis pattern experiment of the carbon structures of Examples and Comparative Examples was performed, and the results are shown in FIG. 4.

도 4를 살펴보면, 본 발명인 실시예의 CI탄소구조체는 (002)에서 강하고 날카로운 피크가 관찰되었으며, (100) 및 (004)에서 약한 피크가 관찰되었다. 반면, 비교예의 상용 VC 탄소 구조체는 (002), (100) 및 (004)에서 실시예의 CI 탄소구조체와 유사한 패턴을 보여주고 있지만, (002) 피크의 강도에서 현저한 차이를 보여주었다. (002) 피크는 그라파이트화의 정도를 나타내는 척도로서. 본 발명의 CI 탄소 구조체가 상용의 VC 탄소 구조체보다 더 많이 그라파이트화되었다는 것을 보여준다.Looking at Figure 4, the CI carbon structure of the embodiment of the present invention was observed a strong and sharp peak at (002), a weak peak at (100) and (004). On the other hand, the commercial VC carbon structure of the comparative example showed a similar pattern to the CI carbon structure of the example in (002), (100) and (004), but showed a significant difference in the intensity of the (002) peak. (002) The peak is a measure of the degree of graphitization. It is shown that the CI carbon structures of the present invention are more graphitized than commercial VC carbon structures.

연료전지 전극용 CI 탄소 담지 촉매의 제조Preparation of CI Carbon Supported Catalyst for Fuel Cell Electrode

제조예 1 Preparation Example 1

2×10-3몰의 H2PtCl6.6H2O(Aldrich사 시약급, 37.99% Pt) 1.8032g을 탈 이온수 100㎖에 용해시켜 수용성 금속염 용액을 제조하였다. 상기 실시예에서 제조한 CI 탄소구조체 2.74g을 탈이온수 100㎖에 현탁시키고 균일한 수중 슬러리를 형성하도록 1 시간 동안 교반하였다. 상기 수중 슬러리 100㎖를 수용성 금속염 용액 100㎖ 중에 첨가 및 30 분 정도 교반하여 혼합용액을 제조햐였다. 상기 혼합용액에 수용성 금속염의 전체 농도가 약 2 mM 정도 되도록 탈 이온수 2.8ℓ를 첨가 및 희석시킨 후 1 시간 정도 교반하였다. 3.0 M NaOH 용액을 이용하여 혼합용액의 pH를 약 8 정도로 맞춘 후, 과량의 NaBH4 용액(NaBH4/금속 몰비는 대략 10) 50㎖을 빠르게 탄소-금속 염 혼합 용액 중에 격렬한 교반 하에서 투입하고, 2 시간에 걸쳐 상온에서 교반시켜서 CI 탄소구조체에 금속입자가 담지되도록 하였다. 상기 반응용액으로부터 촉매를 분리하기 위하여 정치시킨 후, 상층 용액이 맑아진 후 0.2 ㎛ 나일론 여과용지를 이용하여 여과한 후 증류수로 여러 번 세척하고 80℃에서 건조시켜 촉매 전체중량을 기준으로 Pt 금속이 20 중량% 담지된 연료전지 전극용 CI 탄소 담지 촉매를 제조하였다. 제조된 본 발명의 촉매의 TEM 사진은 도 5의 a에 나타내었다.2 × 10 -3 mol of H 2 PtCl 6 .6H 2 O (reagent grade from Aldrich, 37.99% Pt) was dissolved in 1.8032g of deionized water was prepared 100㎖ the aqueous metal salt solution. 2.74 g of the CI carbon structure prepared in the above example was suspended in 100 ml of deionized water and stirred for 1 hour to form a uniform slurry in water. 100 ml of the slurry in water was added to 100 ml of the aqueous metal salt solution and stirred for about 30 minutes to prepare a mixed solution. 2.8 L of deionized water was added and diluted so that the total concentration of the water-soluble metal salt was about 2 mM in the mixed solution, followed by stirring for 1 hour. After adjusting the pH of the mixed solution to about 8 using a 3.0 M NaOH solution, 50 ml of excess NaBH 4 solution (NaBH 4 / metal molar ratio is approximately 10) was rapidly added into the carbon-metal salt mixed solution under vigorous stirring, The mixture was stirred at room temperature over 2 hours so that the metal particles were supported on the CI carbon structure. After allowing the catalyst to stand to separate the catalyst from the reaction solution, the upper solution was cleared, filtered using 0.2 μm nylon filter paper, washed several times with distilled water and dried at 80 ° C. to obtain Pt metal based on the total weight of the catalyst. A 20 wt% CI carbon supported catalyst for fuel cell electrodes was prepared. The TEM photograph of the prepared catalyst of the present invention is shown in a of FIG. 5.

제조예 2 Production Example 2

상기 제조예 1과 동일하게 실시하되, 금속염 용액은 2×10-3몰의 H2PtCl6.6H2O(Aldrich사 시약급, 37.99% Pt) 0.9730g과 2×10-3몰의 RuCl 3.xH2O(Aldrich사 시약급 40.71% Ru) 0.194g을 탈 이온수 100㎖에 용해시켜 Pt-Ru 합금의 금속염 용액을 제조하여 사용하였다. 그리고 수중 슬러리는 상기 실시예에서 제조한 CI 탄소구조체 0.379g을 탈이온수 100㎖에 현탁시키고 균일한 수중 슬러리를 형성하도록 1 시간 동안 교반한 것을 사용하여, 60 중량% Pt-Ru 합금이 담지된 연료전지 전극용 CI 탄소 담지 촉매를 제조하였고, 제조된 촉매의 TEM 사진은 도 6의 a에 나타내었다.In the same manner as in Preparation Example 1, the metal salt solution was 0.9730 g of 2 × 10 -3 mol of H 2 PtCl 6 H 2 O (Aldrich's reagent grade, 37.99% Pt) and 2 × 10 -3 mol of RuCl 3 0.194 g of .xH 2 O (Aldrich's reagent grade 40.71% Ru) was dissolved in 100 mL of deionized water to prepare a metal salt solution of Pt-Ru alloy. In water slurry, 0.379 g of the CI carbon structure prepared in the above example was suspended in 100 ml of deionized water and stirred for 1 hour to form a uniform slurry in water. The fuel was loaded with 60 wt% Pt-Ru alloy. A CI carbon supported catalyst for battery electrodes was prepared, and a TEM photograph of the prepared catalyst is shown in FIG.

상기 제조예 1과 제조예 2에서 제조된 본 발명의 연료전지 전극용 CI 탄소 담지 촉매의 TEM 사진인 도 5 및 도 6에서 구형인 균일한 검은색 점이 균일하게 분포되어 있는 것을 볼 수 있으며, 도 5의 a 및 도 6의 a에서 보듯이 본 발명의 촉매의 크기가 2 ~ 3.5 nm 크기로, 고르게 분산되어 있는 것을 확인할 수 있다. It can be seen that the spherical uniform black dots are uniformly distributed in FIGS. 5 and 6, which are TEM photographs of the CI carbon supported catalyst for fuel cell electrodes of the present invention prepared in Preparation Examples 1 and 2, and FIG. As shown in a of 5 and a of FIG. 6, it can be seen that the catalyst of the present invention has a size of 2 to 3.5 nm and is evenly dispersed.

비교제조예 1 ~ 비교제조예 4Comparative Production Example 1 to Comparative Production Example 4

탄소 담체(지지체)로써 상용의 Cabot사의 Vulcan XC-72 카본 블랙(VC)을 사용하여 상기 제조예 1및 제조예 2와 동일한 방법으로 Pt가 20 중량% 담지된 Pt/VC 촉매와 Pt-Ru 합금이 60중량% 담지된Pt-Ru/VC 합금촉매(Pt:Ru=1:1몰비), 미국 E-TEK 사)를 제조하여, 비교제조예 1과 비교제조예 2를 각각 실시하였으며, 비교제조예 1의 TEM 사진을 도 5의 b에 그리고 비교제조예 2의 TEM 사진을 도 6의 b에 나타내었다.Pt / VC catalyst and Pt-Ru alloy having 20% by weight of Pt supported in the same manner as in Preparation Examples 1 and 2, using a commercially available Vulcan XC-72 carbon black (VC) manufactured by Cabot as a carbon carrier (support) This 60 wt% supported Pt-Ru / VC alloy catalyst (Pt: Ru = 1: 1 molar ratio), US E-TEK Co., Ltd. was prepared, and Comparative Preparation Example 1 and Comparative Preparation Example 2 were carried out, respectively. The TEM photograph of Example 1 is shown in b of FIG. 5 and the TEM photograph of Comparative Preparation Example 2 is shown in b of FIG. 6.

또한, 비교제조예 3과 비교제조예 4는 상용의 시판되는 미국 E-TEK 사의 Pt가 20 중량% 담지된 Pt/E-TEK 촉매, Pt-Ru 합금이 60중량% 담지된 Pt-Ru/E-TEK 합금촉매를 사용하였다.In Comparative Example 3 and Comparative Example 4, Pt / E-TEK catalyst having 20% by weight of Pt of commercially available US E-TEK and Pt-Ru / E having 60% by weight of Pt-Ru alloy were supported. A TEK alloy catalyst was used.

도 5와 도 6의 비교사진에서 보듯이, 본 발명의 CI 탄소구조체를 이용한 촉매가 VC 탄소구조체를 이용한 촉매보다 평균입자크기가 작으며, 고르게 분산되어 있는 것을 확인할 수 있다.As can be seen in the comparative pictures of FIGS. 5 and 6, the catalyst using the CI carbon structure of the present invention has a smaller average particle size than the catalyst using the VC carbon structure, and is uniformly dispersed.

실험예 3Experimental Example 3

촉매의 X-선 회절 분석 패턴 실험X-ray diffraction analysis pattern experiment of catalyst

상기 제조예 1과 비교제조예 1의 촉매의 X-선 회절 분석 패턴 실험의 결과를 도 7의 A에 나타내었으며, 상기 제조예 2와 비교졔조예 2의 촉매의 실험결과는 도 7의 B에 나타내었다.The results of the X-ray diffraction analysis pattern experiments of the catalysts of Preparation Example 1 and Comparative Preparation Example 1 are shown in A of FIG. 7, and the experimental results of the Catalysts of Preparation Example 2 and Comparative Example 2 are shown in FIG. Indicated.

도 7를 살펴보면, 다른 루테늄이나 루테늄 산화물 상은 존재하지 않고 모두 수순한 백금의 면심입방(face centered cubic) 구조를 가지고 임을 알 수 있다.Looking at Figure 7, it can be seen that there is no other ruthenium or ruthenium oxide phase and all have a pure face centered cubic structure of platinum.

실험예 4Experimental Example 4

촉매 반응 특성 실험Catalytic Reaction Characteristic Experiment

제조예 1 ~ 2 및 비교제조예 1 ~ 4에서 제조한 촉매의 반응 특성을 사이클릭 볼타메트리[cyclic voltammetry(CV)]와 단위전지 성능실험을 통하여 확인하였으며, 그 결과를 도 8 ~ 도 10에 나타내었다. The reaction characteristics of the catalysts prepared in Preparation Examples 1 to 2 and Comparative Preparation Examples 1 to 4 were confirmed through cyclic voltammetry (CV) and unit cell performance tests, and the results are illustrated in FIGS. 8 to 10. Shown in

(1) 사이클리 볼타메트리 측정실험(1) Cyclic Voltametry Measurement Experiment

도 8의 A는 제조예 1, 비교제조예 1 및 비교제조예 3의 촉매의 전기화학적 표면영역을 나타내는 황산 존재 하에서 측정한 실험의 사이클릭 볼타모그램(cyclic voltammogram)이며, 도 8의 B는 제조예 2, 비교제조예 2 및 비교제조예 4에서 제조된 촉매의 전기화학적 표면영역을 나타내는 황산 존재 하에서 측정한 사이클릭 볼타모그램이다. 이를 살펴보면, 비교제조예들의 촉매에 비하여 제조예들의 촉매가 수소 산화-환원 관련 사이클로 볼타모그램에서 더 넓은 수소흡착 영역, 즉 전기화학적 활성 표면영역을 포함한다. 이는 제조예 CI 탄소 담지 촉매들이 더 큰 이용 가능한 전기화학적 활성 표면영역을 가지고 있음을 보여준다.FIG. 8A is a cyclic voltammogram of an experiment measured in the presence of sulfuric acid showing the electrochemical surface area of the catalysts of Preparation Example 1, Comparative Preparation Example 1 and Comparative Preparation Example 3, and FIG. It is a cyclic voltamogram measured in the presence of sulfuric acid showing the electrochemical surface area of the catalyst prepared in Preparation Example 2, Comparative Preparation Example 2 and Comparative Preparation Example 4. In view of this, compared to the catalysts of the comparative examples, the catalysts of the preparations include a wider hydrogen adsorption region, i.e., an electrochemically active surface region, in the hydrogen redox-related cyclobologram. This shows that Preparation CI carbon supported catalysts have a larger available electrochemically active surface area.

(2) 환원전극에서의 성능실험 (2) Performance test on cathode

제조예 1, 비교제조예 1 및 비교제조예 3의 백금 촉매를 60℃와 80℃온도에서의 산소조건하에서 테스트한 수소연료 양성자 교환막 연료전지의 단위전지 성능실험을 실시했다. 그 결과는 도 9의 A 및 B에 각각 나타내었으며, 실험시 산화전극은 상용 촉매(20 중량% Pt-Ru/E-TEK 촉매)를 사용하였으며, 환원전극은 제조예 1, 비교제조예 1 및 비교제조예 3의 20 중량% 담지된 백금 촉매를 각각 사용하였다. 단전지 반응 조건은 전극 단면적 6.25 ㎠, 200 sccm 수소, 1000 sccm 산소 조건하에서 실시했다.The unit cell performance test of the hydrogen fuel proton exchange membrane fuel cell which tested the platinum catalyst of manufacture example 1, the comparative manufacture example 1, and the comparative manufacture example 3 under oxygen conditions at 60 degreeC and 80 degreeC temperature was performed. The results are shown in A and B of FIG. 9, respectively, and the anode was used as a commercial catalyst (20 wt% Pt-Ru / E-TEK catalyst), and the cathode was prepared in Preparation Example 1, Comparative Preparation Example 1 and Each of the 20 wt% supported platinum catalysts of Comparative Preparation Example 3 was used. Single cell reaction conditions were performed on electrode cross-sectional area 6.25 cm <2>, 200 sccm hydrogen, and 1000 sccm oxygen conditions.

도 9를 살펴보면, 비교제조예 1 및 비교제조예 3의 촉매 보다 본 발명인 제조예 1의 촉매가 산소환원에 대해 동일 전압에서 더 높은 전류밀도를 갖는 것을 볼 수 있고, 또한 동일한 전류에서 더 높은 동력밀도를 보여준다. 이로부터 본 발명의 촉매가 산소환원에 반응 활성이 우수한 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 9, it can be seen that the catalyst of Preparation Example 1 of the present invention has a higher current density at the same voltage for oxygen reduction than the catalysts of Comparative Preparation Example 1 and Comparative Preparation Example 3, and also has a higher power at the same current. Shows density. This shows that the catalyst of the present invention has excellent reaction activity for oxygen reduction.

(3) 산화전극에서의 성능실험 (3) Performance test on anode

제조예 2, 비교제조예 2 및 비교제조예 4의 담지 Pt-Ru 촉매를 60℃와 80℃온도에서의 산소조건하에서 테스트한 개미산을 연료로 하는 직접 개미산 연료전지(direct formic acid fuel cell)의 단위전지 성능실험을 실시했다. 그 결과는 도 10의 A 및 B에 각각 나타내었으며, 실험시 산화전극은 제조예 2, 비교제조예 2 및 비교제조예 4의 60 중량% Pt-Ru/E-TEK 촉매를 각각 사용하였으며, 환원전극은 상용 백금 블랙(black)을 이용하였다. 단전지의 반응조건은 전극 단면적 2.56㎠, 1.1 cc 개미산, 1000 sccm 산소 조건하에서 실시했다.Of a direct formic acid fuel cell using formic acid as a test of the supported Pt-Ru catalysts of Preparation Example 2, Comparative Preparation Example 2 and Comparative Preparation Example 4 under oxygen conditions at 60 ° C and 80 ° C Unit cell performance experiments were conducted. The results are shown in A and B of FIG. 10, respectively. In the experiment, the anode was prepared by using 60 wt% Pt-Ru / E-TEK catalysts of Preparation Example 2, Comparative Preparation Example 2 and Comparative Preparation Example 4, respectively. The electrode used commercially available platinum black. Reaction conditions of the unit cell were carried out under an electrode cross-sectional area of 2.56 cm 2, 1.1 cc formic acid, and 1000 sccm oxygen.

도 10을 살펴보면, 비교제조예 2 및 비교제조예 4의 촉매 보다 본 발명인 제조예 2의 촉매가 개미산의 산화반응에 대해 동일 전압에서 더 높은 전류밀도를 갖는 것을 볼 수 있고, 또한 동일한 전류에서 더 높은 동력밀도를 보여준다. 이로부터 본 발명의 촉매가 개미산 산화반응에 반응 활성이 우수한 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 10, it can be seen that the catalyst of Preparation Example 2 of the present invention has a higher current density at the same voltage for oxidation of formic acid than the catalysts of Comparative Preparation Example 2 and Comparative Preparation Example 4, and also at the same current. It shows high power density. From this, it can be seen that the catalyst of the present invention has excellent reaction activity in formic acid oxidation reaction.

실험예 5Experimental Example 5

크로노암퍼로그램 실험Chronoamperogram Experiment

상기 제조예 및 비교제조예의 촉매를 일정한 전압조건에서 시간에 대한 전류 밀도의 변화를 측정하는 실험을 하였고, 그 실험결과인 크로노암퍼로그램(chronoamperogram)을 도 11에 나타내었다. 도 11의 A는 제조예 1, 비교제조예 1 및 비교제조예 3의 촉매 각각을 이용해 60℃, 0.75V에서 측정한 수소 연료 양성자 교환막 연료전지 단전지 반응의 시간에 대한 전류 밀도의 변화 실험결과이며, 도 11의 B는 제조예 2, 비교제조예 2 및 비교제조예 4의 촉매 각각을 이용해 30℃, 0.5V에서 측정한 직접개미산 연료전지 단전지 반응에 대한 실험결과이다.Experiments were carried out to measure the change of current density with respect to the time of the catalysts of the Preparation Example and Comparative Preparation Example under a constant voltage condition, and the chronoamperogram as a result of the experiment is shown in FIG. 11. FIG. 11A shows the results of a change in current density with respect to the time of a hydrogen fuel proton exchange membrane fuel cell unit cell reaction measured at 60 ° C. and 0.75 V using the catalysts of Preparation Example 1, Comparative Preparation Example 1, and Comparative Preparation Example 3, respectively. FIG. 11B is an experimental result of the direct formic acid fuel cell unit cell reaction measured at 30 ° C. and 0.5V using the catalysts of Preparation Example 2, Comparative Preparation Example 2, and Comparative Preparation Example 4, respectively.

도 11의 크로노암퍼그램을 살펴보면, 제조예 1 의 백금 담지 촉매는 비교제조예 1과 3의 촉매와 비교하여 산소 환원 반응(11a)에 대해, 제조예 2의 백금-루테늄 합금 촉매는 비교제조예 2과 4의 동일 합금 촉매와 비교하여 개미산 산화 반응(11b)에 대해 보다 높은 최초 및 최후 전류 밀도를 보여주었고, 이것은 도 8의 전기화학적 활성 표면적 결과와 도 9의 동력밀도를 보여주는 단전지 반응 결과와 일치하였으며, 또한, 측정 동안 전류 밀도가 느리게 감소함은 본 발명의 촉매의 우수한 안정성을 보여준다. Referring to the chronoampogram of Figure 11, the platinum supported catalyst of Preparation Example 1 compared to the catalysts of Comparative Preparation Examples 1 and 3 for the oxygen reduction reaction (11a), the platinum-ruthenium alloy catalyst of Preparation Example 2 is Comparative Preparation Example Compared to the same alloy catalyst of 2 and 4, it showed higher initial and final current densities for formic acid oxidation reaction (11b), which showed the electrochemically active surface area results of FIG. 8 and the unit cell reaction results showing the power density of FIG. In addition, the slow decrease in current density during the measurement shows the excellent stability of the catalyst of the present invention.

이상의 실험 결과로부터, 본 발명에 따라 CI탄소 구조체를 담체로 사용하여 제조한 촉매가 수소, 개미산 또는 알코올 산화반응과 산소 환원반응에 대하여 우수한 활성을 나타내고 있음을 알 수 있다.From the above experimental results, it can be seen that the catalyst prepared using the CI carbon structure according to the present invention shows excellent activity against hydrogen, formic acid or alcohol oxidation and oxygen reduction.

도 1은 본 발명에 따른 CI 탄소 구조체의 제조 방법의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a method for producing a CI carbon structure according to the present invention.

도 2에 있어서, A는 실시예에서 제조한 CI 탄소구조체들의 주사 전자 현미경(SEM: scanning electron microscope) 사진이며, B는 투과 전자 현미경(TEM) 사진이다. In FIG. 2, A is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the CI carbon structures prepared in Example, and B is a transmission electron microscope (TEM) photograph.

도 3은 실시예에서 제조한 CI탄소구조체의 액체질소 흡·탈착 등온선이다.3 is a liquid nitrogen adsorption and desorption isotherm of the CI carbon structure prepared in Example.

도 4 는 실험예 2에서 행한 실시예의 CI 탄소구조체와 비교예의 상용 VC(Vulcan carbon XC-72 카본블랙 탄소구조체)의 X선회절 분석패턴을 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the X-ray diffraction analysis pattern of the CI carbon structure of the example performed in Experimental Example 2 and the commercial VC (Vulcan carbon XC-72 carbon black carbon structure) of the comparative example.

도 5의 a는 제조예 1에서 제조된 20 중량% Pt/CI 촉매(평균크기 2~3.5 nm)의 TEM 사진이며, b는 비교제조예 1에서 제조된 20 중량% Pt/VC 촉매(평균크기 4~5 nm)의 TEM 사진이다.5 is a TEM photograph of a 20 wt% Pt / CI catalyst prepared in Preparation Example 1 (average size 2 to 3.5 nm), and b is a 20 wt% Pt / VC catalyst prepared in Comparative Preparation Example 1 (average size) 4-5 nm) TEM image.

도 6의 a는 제조예 2에서 제조된 60 중량% Pt-Ru/CI 촉매(평균크기 2~3.5 nm)의 TEM 사진이며, b는 비교제조예 2에서 제조된 60 중량% Pt-Ru/VC 촉매(평균크기 4~5 nm)의 TEM 사진이다.6 is a TEM photograph of a 60 wt% Pt-Ru / CI catalyst (average size 2 to 3.5 nm) prepared in Preparation Example 2, and b is 60 wt% Pt-Ru / VC prepared in Comparative Preparation Example 2 TEM image of catalyst (average size 4-5 nm).

도 7는 실험예 3에서 행한 촉매의 X선 회절 패턴 측정 실험결과이며, A는 제조예 1 및 비교제조예 1의 촉매를, B는 제조예 2 및 비교제조예 2의 촉매를 실험한 결과를 비교한 그래프이다.7 is an X-ray diffraction pattern measurement test result of the catalyst carried out in Experimental Example 3, A is the catalyst of Preparation Example 1 and Comparative Preparation Example 1, B is the result of experimenting the catalyst of Preparation Example 2 and Comparative Preparation Example 2 It is a graph comparing.

도 8는 실험예 4에서 행한 사이클릭 볼타메트리 실험으로서, A는 제조예 1, 비교제조예 1 및 비교제조예 3의 촉매를, B는 제조예 2, 비교제조예 2 및 비교제조 예 4의 촉매에 대한 황산 존재하에서 수소흡착 능력을 보여주는 사이클릭 볼타모그램이다.8 is a cyclic voltametry experiment conducted in Experimental Example 4, where A is the catalyst of Preparation Example 1, Comparative Preparation Example 1 and Comparative Preparation Example 3, and B is Preparation Example 2, Comparative Preparation Example 2 and Comparative Preparation Example 4. Is a cyclic voltamogram showing the hydrogen adsorption capacity in the presence of sulfuric acid for the catalyst of.

도 9는 실험예 4의 (2)에서 행한 각각 다른 환원전극 촉매들을 이용해 얻은 수소연료 양성자 교환막 연료전지의 전지 성능 실험으로서, A는 60℃, B는 80℃에서 행한 단위전지 실험결과들이다.FIG. 9 is a cell performance test of a hydrogen fuel proton exchange membrane fuel cell obtained by using different cathode catalysts performed in (2) of Experimental Example 4, where A is a unit cell test result at 60 ° C. and B is 80 ° C. FIG.

도 10는 실험예 4의 (3)에서 행한 각각 다른 산화전극 촉매들을 이용해 얻은 직접개미산 연료전지의 전지 성능 실험으로서, A는 60℃, B는 80℃에서 행한 단위전지 실험결과들이다.FIG. 10 is a cell performance test of a direct formic acid fuel cell obtained by using different anode catalysts in (3) of Experimental Example 4, where A is a unit cell test result at 60 ° C. and B is 80 ° C. FIG.

도 11은 실험예 5에서 행한 실험의 결과를 나타낸 크로노암퍼그램(Chronoamperogram)이다.11 is a chronoamperogram showing the results of the experiment conducted in Experimental Example 5. FIG.

Claims (12)

삭제delete 45 ~ 100℃ 온도 하에서 메조상 피치(mesophase pitch) 1 중량비와 평균직경 5 ~ 500 nm의 콜로이달 무기금속산화물 입자 1.5 ~ 3.0 중량비를 균일하게 혼합하여 혼합물을 제조하는 제 1 단계;A first step of uniformly mixing a weight ratio of mesophase pitch 1 at a temperature of 45 to 100 ° C. and 1.5 to 3.0 weight ratios of colloidal inorganic metal oxide particles having an average diameter of 5 to 500 nm; 불활성 기체 하에서 상기 혼합물을 240 ~ 280℃로 가열하여, 상기 메조상 피치에 상기 콜로이달 무기금속산화물 입자를 임프린팅(imprinting)시켜서 메조상 피치-무기금속산화물 입자 복합체를 제조하는 제 2 단계;Heating the mixture to 240 to 280 ° C. under an inert gas to imprint the colloidal inorganic metal oxide particles on the mesophase pitch to produce a mesophase pitch-inorganic metal oxide particle composite; 불활성 기체 하에서, 상기 복합체를 850 ~ 2500 ℃로 가열하여 그래파이트(graphite) 탄소복합체를 얻는 제 3 단계;A third step of heating the composite to 850 to 2500 ° C. under an inert gas to obtain a graphite carbon composite; 상기 그래파이트 탄소복합체를 에칭(etching)하여 무기금속산화물 입자를 제거하여 콜로이달-임프린티드 탄소구조체를 얻는 제 4 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 콜로이달-임프린티드 탄소구조체를 제조하는 방법.Etching the graphite carbon composite to remove the inorganic metal oxide particles to obtain a colloidal-impregnated carbon structure; a method of manufacturing a colloidal-impregnated carbon structure comprising the . 제 2 항에 있어서, 상기 콜로이달 무기금속산화물은 산화알루미늄(Al2O3), 이산화티타늄(TiO2), 및 실리카(SiO2) 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상인 것을 특징으로 하는 콜로이달-임프린티드 탄소구조체를 제조하는 방법.The colloidal inorganic metal oxide according to claim 2, wherein the colloidal inorganic metal oxide is one or more selected from the group consisting of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ), and silica (SiO 2 ). Method of manufacturing a printed carbon structure. 삭제delete 제 2 항의 방법으로 제조된 콜로이달-임프린티드 탄소구조체 및 전이금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 전극용 콜로이달-임프린티드 탄소 담지 촉매.A colloidal-impregnated carbon supported catalyst for a fuel cell electrode, comprising a colloidal-imprinted carbon structure prepared by the method of claim 2 and a transition metal. 제 5 항에 있어서, 상기 콜로이달-임프린티드 탄소구조체 10 ~ 90 중량% 및 상기 전이금속 10 ~ 90 중량%를 포함하는 것을 그 특징으로 하는 연료전지 전극용 콜로이달-임프린티드 탄소 담지 촉매.[Claim 6] The colloidal-impregnated carbon supported catalyst for fuel cell electrode according to claim 5, comprising 10 to 90 wt% of the colloidal-imprinted carbon structure and 10 to 90 wt% of the transition metal. . 제 5 항에 있어서, 상기 전이금속은 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 몰리브덴(Mo), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 레늄(Re), 팔라듐(Pd), 바나듐(V), 코발트(Co) 및 텅스텐(W), Ce(세륨), 철(Fe), 셀레늄(Se), 니켈(Ni), 비스므트(Bi), 주석(Sn), 크롬(Cr) 및 구리(Cu) 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상인 것을 특징으로 하는 연료전지 전극용 콜로이달-임프린티드 탄소 담지 촉매.The method of claim 5, wherein the transition metal is platinum (Pt), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), molybdenum (Mo), osmium (Os), iridium (Ir), rhenium (Re), palladium (Pd), Vanadium (V), cobalt (Co) and tungsten (W), Ce (cerium), iron (Fe), selenium (Se), nickel (Ni), bismuth (Bi), tin (Sn), chromium (Cr) And one or more selected from copper (Cu). A colloidal-impregnated carbon supported catalyst for fuel cell electrodes, characterized in that the fuel cell electrode. 제 5 항 내지 제 7 항 중에서 선택된 어느 한 항에 있어서, 상기 연료전지 전극은 산화전극 또는 환원전극인 것을 특징으로 하는 연료전지 전극용 콜로이달-임프린티드 탄소 담지 촉매.8. The colloidal-impregnated carbon supported catalyst for fuel cell electrodes according to any one of claims 5 to 7, wherein the fuel cell electrode is an anode or a cathode. 제 5 항 내지 제 7 항 중에서 선택된 어느 한 항의 상기 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지. A fuel cell comprising the catalyst of any one of claims 5 to 7. 제 2 항의 방법으로 제조된 콜로이달-임프린티드 탄소구조체의 수중 슬러리 및 수용성 전이금속염을 용해시킨 수용액을 혼합하여 혼합용액을 제조하는 제 1 단계; A first step of preparing a mixed solution by mixing an aqueous solution of a water-soluble slurry and a water-soluble transition metal salt of the colloidal-imprinted carbon structure prepared by the method of claim 2; 상기 수용성 전이금속염의 농도가 1 mM ~ 5 mM이 되도록 상기 혼합용액에 증류수를 첨가하여 희석, 교반하는 제 2 단계; A second step of diluting and stirring distilled water into the mixed solution such that the concentration of the water-soluble transition metal salt is 1 mM to 5 mM; 상기 희석된 혼합용액의 pH를 8 ~ 9로 조절하여 반응용액을 제조하는 제 3 단계; A third step of preparing a reaction solution by adjusting the pH of the diluted mixed solution to 8-9; 상기 반응용액에 환원제를 첨가하여 수용성 금속염을 환원시켜서 금속입자를 형성시킨 후, 형성된 금속입자를 상기 CI탄소구조체에 담지시켜 촉매를 제조하는 제 4 단계; 및 A fourth step of preparing a catalyst by adding a reducing agent to the reaction solution to reduce the water-soluble metal salt to form metal particles, and then supporting the formed metal particles on the CI carbon structure; And 상기 반응용액으로부터 촉매를 분리하는 제 5 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 하는 연료전지 전극용 콜로이달-임프린티드 탄소 담지 촉매의 제조방법.And a fifth step of separating the catalyst from the reaction solution. The method of claim 1, further comprising a colloidal-impregnated carbon supported catalyst for a fuel cell electrode. 제 10 항에 있어서, 상기 환원제는 NaBH4, LiBH4, HCHO, HCOOH, CH3OH, CH3CH2OH, HCOONa, N2H4 및 AlBH4 중에서 선택된 단종 또는 2 종 이상인 것을 특징으로 하는 연료전지 전극용 콜로이달-임프린티드 탄소 담지 촉매의 제조방법.The fuel according to claim 10, wherein the reducing agent is at least one selected from NaBH 4 , LiBH 4 , HCHO, HCOOH, CH 3 OH, CH 3 CH 2 OH, HCOONa, N 2 H 4 and AlBH 4 . A method for producing a colloidal-imprinted carbon supported catalyst for battery electrodes. 제 10 항에 있어서, 상기 금속입자는 평균 1 ~ 4 nm 크기인 것을 특징으로 하는 연료전지 전극용 콜로이달-임프린티드 탄소 담지 촉매의 제조방법.12. The method of claim 10, wherein the metal particles have an average size of 1 to 4 nm.
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