KR101100693B1 - Metal-Impregnated Carbon Nanofibers and Preparation Method of The Same, and Fuel Cell and Filter using The Metal-Impregnated Carbon Nanofibers - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예는 금속 담지 탄소 나노섬유 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 연료전지 및 필터에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to metal-supported carbon nanofibers and a method of manufacturing the same, and a fuel cell and a filter using the same.
본 발명의 실시예는, 반도체 금속산화물과 폴리아크릴로니트릴을 혼합하여 반도체 금속산화물이 광촉매로서 함유된 광촉매 함유 폴리아크릴로니트릴 용액을 준비하는 단계; 생성된 광촉매 함유 폴리아크릴로니트릴 용액으로부터 나노섬유를 형성하는 단계; 형성된 나노섬유를 탄화시켜 반도체 금속산화물이 함유된 탄소 나노섬유를 제조하는 단계; 제조된 탄소 나노섬유에 함유된 반도체 금속산화물이 광활성을 갖도록, 제조된 탄소 나노섬유를 산화시키는 단계; 및 산화된 탄소 나노섬유에 금속 촉매를 광담지 방식으로 담지하여 금속 담지 탄소 나노섬유를 제조하는 단계를 포함하는 금속 담지 탄소 나노섬유 제조 방법을 제공한다. An embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a photocatalyst-containing polyacrylonitrile solution containing a semiconductor metal oxide as a photocatalyst by mixing a semiconductor metal oxide and polyacrylonitrile; Forming nanofibers from the resulting photocatalyst-containing polyacrylonitrile solution; Carbonizing the formed nanofibers to produce carbon nanofibers containing a semiconductor metal oxide; Oxidizing the produced carbon nanofibers so that the semiconductor metal oxide contained in the produced carbon nanofibers has photoactivity; And it provides a metal-supported carbon nanofiber manufacturing method comprising the step of supporting the metal catalyst on the oxidized carbon nanofibers in a photo-supported manner to produce a metal-carrying carbon nanofibers.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 이산화티탄 등과 같은 반도체 금속산화물인 광촉매가 균일하게 담지된 탄소 나노섬유를 지지체로 이용하고, 여기에 광담지 방식으로 백금 입자 등의 금속 촉매를 담지시킴으로써, 입자의 크기가 작은 금속 촉매가 균일하게 도포된 탄소 나노섬유를 제조하는 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, by using a carbon nanofiber, which is uniformly supported with a photocatalyst, a semiconductor metal oxide such as titanium dioxide, as a support, and supporting a metal catalyst such as platinum particles in a photo-supported manner, It is effective to produce carbon nanofibers with a small metal catalyst uniformly coated.
탄소 나노섬유, 반도체 금속산화물, 금속 촉매, 담지 Carbon nanofibers, semiconductor metal oxides, metal catalysts, supported
Description
본 발명의 실시예는 금속 담지 탄소 나노섬유 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 연료전지 및 필터에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 입자의 크기가 작은 금속 촉매가 균일하게 도포된 금속 담지 탄소 나노섬유 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 연료전지 및 필터에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to metal-supported carbon nanofibers and a method of manufacturing the same, and a fuel cell and a filter using the same. More specifically, the present invention relates to a metal-carrying carbon nanofiber with a metal catalyst having a small particle size uniformly applied thereto, a method for manufacturing the same, and a fuel cell and a filter using the same.
종래에는, 전기방사를 이용하여 탄소 나노섬유를 제조하는데, 이러한 탄소 나노섬유 제조시, 일반적으로 백금 촉매를 탄소 지지체 위에 담지하기 위해 백금 촉매가 포함된 페이스트를 스크린 프린팅 기법 등으로 균일하게 도포하여 열처리를 통해 백금 촉매를 담지 시킨다. 이때, 접촉저항 및 물질전달 저항을 최소화하기 위해 촉매 층의 두께가 되도록 얇고 균일하게 해야 하는데 이는 상당한 어려움이 따르는 문제점이 있다. 또한, 촉매 입자의 크기가 작을수록 표면적이 넓어져서 활성이 높아지기는 하나, 종래의 제조 방법에서와 같이 촉매입자를 페이스트 형태로 준비하여 담지시키는 방법에서는 작은 입자의 촉매들이 균일하지 않게 뭉쳐 있게 되 기 때문에 균일하게 도포할 수 없는 문제점이 있다. Conventionally, carbon nanofibers are manufactured by electrospinning. In the manufacture of such carbon nanofibers, in general, a paste containing a platinum catalyst is uniformly applied by screen printing to heat-process the platinum catalyst on a carbon support. Support the platinum catalyst through. In this case, in order to minimize the contact resistance and the material transfer resistance, the thickness of the catalyst layer should be as thin and uniform as possible. In addition, the smaller the size of the catalyst particles, the wider the surface area, the higher the activity. However, in the method of preparing and supporting the catalyst particles in the form of a paste as in the conventional manufacturing method, the catalysts of the small particles are not uniformly aggregated. Therefore, there is a problem that can not be uniformly applied.
이러한 배경에서, 본 발명의 실시예의 목적은, 이산화티탄 등과 같은 반도체 금속산화물인 광촉매가 균일하게 담지된 탄소 나노섬유를 지지체로 이용하고, 여기에 광담지 방식으로 백금 입자 등의 금속 촉매를 담지시킴으로써, 입자의 크기가 작은 금속 촉매가 균일하게 도포된 탄소 나노섬유를 제조하는 데 있다. In this background, an object of the embodiment of the present invention is to use a carbon nanofiber, which is uniformly supported with a photocatalyst, a semiconductor metal oxide such as titanium dioxide, as a support, and to support a metal catalyst such as platinum particles in a light-supporting manner. In addition, the present invention provides a carbon nanofiber in which a metal catalyst having a small particle size is uniformly coated.
본 발명의 일 실시예는, 반도체 금속산화물과 폴리아크릴로니트릴(PAN: Polyacrylonitrile)을 혼합하여 상기 반도체 금속산화물이 광촉매로서 함유된 광촉매 함유 폴리아크릴로니트릴 용액을 준비하는 광촉매 함유 폴리아크릴로니트릴 용액 준비 단계; 상기 생성된 광촉매 함유 폴리아크릴로니트릴 용액으로부터 나노섬유를 형성하는 나노섬유 형성 단계; 상기 형성된 나노섬유를 탄화시켜 상기 반도체 금속산화물이 함유된 탄소 나노섬유를 제조하는 탄소 나노섬유 제조 단계; 상기 제조된 탄소 나노섬유에 함유된 상기 반도체 금속산화물이 광활성을 갖도록, 상기 제조된 탄소 나노섬유를 산화시키는 탄소 나노섬유 산화 단계; 및 상기 산화된 탄소 나노섬유에 금속 촉매를 광담지 방식으로 담지하여 금속 담지 탄소 나노섬유를 제조하는 금속 촉매 담지 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 담지 탄소 나노섬유 제조 방법을 제공한다. In one embodiment of the present invention, a photocatalyst-containing polyacrylonitrile solution is prepared by mixing a semiconductor metal oxide and polyacrylonitrile (PAN) to prepare a photocatalyst-containing polyacrylonitrile solution containing the semiconductor metal oxide as a photocatalyst. Preparation step; Forming nanofibers from the resulting photocatalyst-containing polyacrylonitrile solution; Carbon nanofiber manufacturing step of carbonizing the formed nanofibers to produce carbon nanofibers containing the semiconductor metal oxide; Carbon nanofiber oxidation step of oxidizing the carbon nanofibers so that the semiconductor metal oxide contained in the carbon nanofibers has photoactivity; And a metal catalyst supporting step of preparing a metal supported carbon nanofiber by carrying a metal catalyst on the oxidized carbon nanofibers in a photo-supported manner.
또한, 본 발명의 다른 실시예는, 본 발명에서 개시되는 금속 담지 탄소나노섬유 제조 방법에 따라 제조된 금속 담지 탄소 나노섬유를 전극으로 갖는 연료전지를 제공한다. In addition, another embodiment of the present invention provides a fuel cell having, as an electrode, metal-supported carbon nanofibers prepared according to the metal-supported carbon nanofiber manufacturing method disclosed in the present invention.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예는, 본 발명에서 개시되는 금속 담지 탄소나노섬유 제조 방법에 따라 제조된 금속 담지 탄소 나노섬유를 이용한 필터를 제공한다. In addition, another embodiment of the present invention provides a filter using metal-supported carbon nanofibers prepared according to the metal-supported carbon nanofiber manufacturing method disclosed in the present invention.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예는, 반도체 금속산화물인 광촉매가 담지된 탄소 나노섬유를 지지체로 하여, 광담지 방식으로 지지체에 금속 촉매를 담지시킴으로써, 상기 금속 촉매가 도포된 금속 담지 탄소 나노섬유를 제공한다. In still another embodiment of the present invention, the carbon-supported carbon nanofibers on which the metal catalyst is applied by supporting the metal catalyst on the support in a photo-supporting manner using carbon nanofibers on which the photocatalyst, which is a semiconductor metal oxide, is supported. To provide.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서 개시된 실시예에 의하면, 이산화티탄 등과 같은 반도체 금속산화물인 광촉매가 균일하게 담지된 탄소 나노섬유를 지지체로 이용하고, 여기에 광담지 방식으로 백금 입자 등의 금속 촉매를 담지시킴으로써, 입자의 크기가 작은 금속 촉매가 균일하게 도포된 탄소 나노섬유를 제조함으로써, 전기 화학적인 특성이 상당히 개선된 금속 담지 탄소 나노섬유와, 이를 이용한 연료전지 및 필터 등을 제공하는 효과가 있다. As described above, according to the embodiment disclosed in the present invention, a carbon nanofiber having a uniformly supported photocatalyst, such as a semiconductor metal oxide, such as titanium dioxide, is used as a support, and a metal catalyst such as platinum particles is used as a support. By supporting, by producing a carbon nanofiber coated with a metal catalyst having a small particle size uniformly, there is an effect of providing a metal-supported carbon nanofiber with significantly improved electrochemical properties, a fuel cell and a filter using the same. .
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used to refer to the same components as much as possible even if displayed on different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the component of this invention, terms, such as 1st, 2nd, A, B, (a), (b), can be used. These terms are only for distinguishing the components from other components, and the nature, order or order of the components are not limited by the terms. If a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, that component may be directly connected to or connected to that other component, but there may be another configuration between each component. It is to be understood that the elements may be "connected", "coupled" or "connected".
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 담지 탄소 나노섬유 제조 방법에 대한 흐름도이다. 1 is a flow chart for a metal-supported carbon nanofiber manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 담지 탄소 나노섬유 제조 방법은, 광촉매 함유 폴리아크릴로니트릴(PAN: Polyacrylonitrile, 이하 "PAN"이라 칭함) 용액 준비 단계(S100), 나노섬유(Nanofiber) 형성 단계(S102), 탄소 나노섬유 제조 단계(S104), 탄소 나노섬유 산화 단계(S106) 및 금속 촉매 담지 단계(S108) 등을 포함한다. As shown in Figure 1, the metal-supported carbon nanofiber manufacturing method according to an embodiment of the present invention, a photocatalyst-containing polyacrylonitrile (PAN: Polyacrylonitrile, hereinafter referred to as "PAN") solution preparation step (S100), Nanofiber forming step (S102), carbon nanofiber manufacturing step (S104), carbon nanofiber oxidation step (S106) and metal catalyst support step (S108) and the like.
광촉매 함유 PAN 용액 준비 단계(S100)는, 반도체 금속산화물과 PAN을 혼합하여 반도체 금속산화물이 광촉매로서 함유된 "광촉매 함유 PAN 용액"을 준비하는 단계이다. 나노섬유 형성 단계(S102)는, 앞선 광촉매 함유 PAN 용액 준비 단계(S100)에서 생성된 광촉매 함유 PAN 용액으로부터 "나노섬유(Nanofiber)"를 형성하는 단계이다. 탄소 나노섬유 제조 단계(S104)는, 앞선 나노섬유 형성 단계(S102)에서 형성된 나노섬유를 탄화시켜 반도체 금속산화물이 함유된 "탄소 나노섬유(CNF: Carbon Nanofiber)"를 제조하는 단계이다. 탄소 나노섬유 산화 단계(S106) 는, 앞선 탄소 나노섬유 제조 단계(S104)에서 제조된 탄소 나노섬유에 함유된 반도체 금속산화물이 광활성을 갖도록, 앞선 탄소 나노섬유 제조 단계(S104)에서 제조된 탄소 나노섬유를 산화시키는 단계이다. 그리고, 금속 촉매 담지 단계(S108)는, 앞선 탄소 나노섬유 산화 단계(S106)에서 산화된 탄소 나노섬유에 금속 촉매를 광담지 방식으로 담지하여 "금속 담지 탄소 나노섬유"를 제조하는 단계이다. The photocatalyst-containing PAN solution preparation step (S100) is a step of preparing a "photocatalyst-containing PAN solution" containing a semiconductor metal oxide as a photocatalyst by mixing the semiconductor metal oxide and PAN. Nanofiber forming step (S102) is a step of forming a "nanofiber" from the photocatalyst-containing PAN solution generated in the previous photocatalyst-containing PAN solution preparation step (S100). Carbon nanofiber manufacturing step (S104) is a step of preparing a carbon nanofiber (CNF: Carbon Nanofiber) containing a semiconductor metal oxide by carbonizing the nanofibers formed in the previous nanofiber forming step (S102). Carbon nanofiber oxidation step (S106), carbon nanofibers prepared in the previous carbon nanofiber manufacturing step (S104) so that the semiconductor metal oxide contained in the carbon nanofibers prepared in the previous carbon nanofiber manufacturing step (S104) has photoactivity. Oxidizing the fibers. The metal catalyst supporting step (S108) is a step of preparing a "metal supported carbon nanofiber" by supporting a metal catalyst on a carbon nanofiber oxidized in the previous carbon nanofiber oxidation step (S106) in a photo-supporting manner.
전술한 광촉매 함유 PAN 용액 준비 단계(S100)는, 일 예로서, PAN을 디메틸포름아마이드(DMF:Dimethylformamide) 용매에 용해시키고 광활성을 갖는 반도체 금속산화물을 분말 형태로 첨가하여, 반도체 금속산화물이 광촉매로서 함유된 광촉매 함유 PAN 용액을 준비한다. In the above-described photocatalyst-containing PAN solution preparation step (S100), for example, by dissolving PAN in a dimethylformamide (DMF) solvent and adding a semiconductor metal oxide having photoactivity in powder form, the semiconductor metal oxide is used as a photocatalyst. Prepare the contained photocatalyst-containing PAN solution.
전술한 광촉매 함유 PAN 용액 준비 단계(S100)에서, 광촉매 함유 PAN 용액을 준비하기 위해, PAN과 혼합된 반도체 금속산화물은, 이산화티탄(TiO2), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO), 산화철(Fe2O3), 인듐옥사이드(In2O3), 삼산화안티몬(Sb2O3), 삼산화텅스텐(WO3), 인듐틴옥사이드(In2O3:SnO2), 안티몬틴옥사이드(Sb2O3:SnO2), 바륨티타네이트(BaTiO3) 및 세륨옥사이드(CeO2) 등에서 하나 이상을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 화합물일 수 있다. In the above-described photocatalyst-containing PAN solution preparation step (S100), in order to prepare a photocatalyst-containing PAN solution, the semiconductor metal oxide mixed with PAN is titanium dioxide (TiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO). , Iron oxide (Fe 2 O 3 ), indium oxide (In 2 O 3 ), antimony trioxide (Sb 2 O 3 ), tungsten trioxide (WO 3 ), indium tin oxide (In 2 O 3 : SnO 2 ), antimony tin oxide (Sb 2 O 3 : SnO 2 ), barium titanate (BaTiO 3 ), cerium oxide (CeO 2 ), and the like.
전술한 나노섬유 형성 단계(S102)는, 전기방사(Electrospinning)를 통해, 광촉매 함유 PAN 용액 준비 단계(S100)에서 생성된 광촉매 함유 PAN 용액으로부터 나노섬유를 형성할 수 있다. In the above-described nanofiber forming step (S102), through the electrospinning (Electrospinning), it is possible to form nanofibers from the photocatalyst-containing PAN solution generated in the photocatalyst-containing PAN solution preparation step (S100).
탄소 나노섬유 산화 단계(S106)에서는, 탄소 나노섬유 제조 단계(S104)에서 제조된 탄소 나노섬유를 산화시킴으로써, 탄소 나노섬유 제조 단계(S104)에서 제조된 탄소 나노섬유에 함유된 반도체 금속산화물이 환원되어 광활성을 갖도록 한다. In the carbon nanofiber oxidation step (S106), by oxidizing the carbon nanofibers produced in the carbon nanofiber manufacturing step (S104), the semiconductor metal oxide contained in the carbon nanofibers produced in the carbon nanofiber manufacturing step (S104) is reduced. To be photoactive.
금속 촉매 담지 단계(S108)는, 탄소 나노섬유 산화 단계(S106)에서 산화된 탄소 나노섬유에 담지되는 금속 촉매의 일 예로서, 백금(Pt: Platinum) 및 백금-금속 화합물 중 하나 이상을 이용할 수 있다.The metal catalyst supporting step (S108), as an example of the metal catalyst supported on the carbon nanofibers oxidized in the carbon nanofiber oxidation step (S106), may use one or more of platinum (Pt: Platinum) and platinum-metal compounds. have.
여기서, 백금-금속 화합물은, 백금-루테늄(Pt-Ru: Platinum-Ruthenium), 백금-주석(Pt-Sn: Platinum-Stannum), 백금-팔라듐(Pt-Pd: Platinum-Palladium), 백금-납(Pt-Pb: Platinum-Plumbum), 백금-비스무트(Pt-Bi: Platinum-Bismuth) 및 백금-몰리브데넘(Pt-Mo: Platinum-Molybdenum) 등에서 하나 이상을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 금속화합물일 수 있다. Here, the platinum-metal compound may include platinum-ruthenium (Pt-Ru), platinum-tin (Pt-Sn: Platinum-Stannum), platinum-palladium (Pt-Pd: Platinum-Palladium), and platinum-lead. (Pt-Pb: Platinum-Plumbum), platinum-bismuth (Pt-Bi: Platinum-Bismuth), platinum-molybdenum (Pt-Mo: Platinum-Molybdenum) and the like Compound.
전술한 금속 촉매 담지 단계(S108)는, 일 예로서, 금속 촉매(예: 백금)의 이온 전구체를 포함하는 용액에 산화된 탄소 나노섬유(즉, 이산화티탄 함유 탄소 나노섬유 복합체)를 담가, 자외선을 일정 시간 동안 조사하여 금속 촉매를 산화된 탄소 나노섬유에 담지함으로써, 금속 담지 탄소 나노섬유를 제조할 수 있다. The above-described metal catalyst supporting step (S108), for example, immersed oxidized carbon nanofibers (ie, titanium dioxide-containing carbon nanofiber composite) in a solution containing an ion precursor of a metal catalyst (eg platinum), ultraviolet light By irradiating for a predetermined time to support the metal catalyst on the oxidized carbon nanofibers, metal-supported carbon nanofibers can be prepared.
이하에서는, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 담지 탄소 나노섬유 제조 방법에 대한 구체적인 실시예와, 그에 따라 제조된 금속 담지 탄소 나노섬유의 전기 화학적 특성을 도 2 내지 도 6을 참조하여 설명한다. Hereinafter, specific examples of the metal-supported carbon nanofiber manufacturing method according to an embodiment of the present invention described above, and the electrochemical properties of the metal-supported carbon nanofibers prepared according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 6. do.
광촉매 함유 PAN 용액 준비 단계(S100)를 아래에서 예시적으로 설명한다. The photocatalyst-containing PAN solution preparation step (S100) will be described below by way of example.
PAN을 N,N-디메틸포름아마이드 용매(N,N-Dimethylformamide: DMF, 이하 "DMF"라 칭함)에 10 중량부로 용해하여 PAN/DMF 용액을 준비한다. A PAN N, N - dimethylformamide solvent soluble (N, N -Dimethylformamide DMF, hereinafter "DMF" hereinafter) 10 parts by weight to prepare a PAN / DMF solution.
이렇게 준비된 PAN/DMF 용액에 반도체 금속산화물로서의 이산화티탄(TiO2) 분말을 첨가하고, 이산화티탄 분말이 잘 분산되어 완전히 혼합될 때까지 교반하여, 이산화티탄 광촉매가 함유된 PAN 분산액를 준비한다. 이렇게 준비된 "이산화티탄 광촉매가 함유된 PAN 분산액"을 "광촉매 함유 PAN 용액"이라 한다. Titanium dioxide (TiO 2 ) powder as a semiconductor metal oxide was added to the PAN / DMF solution thus prepared, and stirred until the titanium dioxide powder was well dispersed and thoroughly mixed to prepare a PAN dispersion containing a titanium dioxide photocatalyst. "PAN dispersion containing titanium dioxide photocatalyst" thus prepared is referred to as "photocatalyst-containing PAN solution".
이때, 첨가되는 이산화티탄 분말의 함량은 PAN 중량부에 대하여 일정한 중량부를 가질 수 있는데, 일 예로, 이산화티탄 분말의 함량은 10 내지 40 중량부일 수 있다. At this time, the content of the added titanium dioxide powder may have a certain weight part relative to the PAN weight part, for example, the content of the titanium dioxide powder may be 10 to 40 parts by weight.
나노섬유 형성 단계(S102)에서는, 앞에서 준비된 "이산화티탄 광촉매가 함유된 PAN 분산액"인 "광촉매 함유 PAN 용액"을 나노섬유로 형성하기 위해서 전기방사기를 이용하여 소정의 전압(예: 20kV)의 전기장 하에서 방사하여 나노섬유를 형성할 수 있다. In the nanofiber forming step (S102), an electric field of a predetermined voltage (for example, 20 kV) using an electrospinner is used to form a "photocatalyst-containing PAN solution", which is a "PAN dispersion containing titanium dioxide photocatalyst" prepared above, into nanofibers. Can be spun under to form nanofibers.
탄소 나노섬유 제조 단계(S104)를 아래에서 예시적으로 설명한다. Carbon nanofiber manufacturing step (S104) will be described below by way of example.
나노섬유 형성 단계(S102)에서 형성된 나노섬유(즉, 이산화티탄 광촉매를 함유하는 PAN 나노섬유)를 탄소 나노섬유로 만들기 위해서, 먼저, 공기 분위기에서 250 ℃에서 30분 동안 안정화시킨 다음, 질소가스를 흘려주면서 서서히 750 ℃까지 온도를 높이고 750 ℃에서 1시간 동안 탄화시키고, 다시 1400 ℃까지 서서히 온도를 높인 후, 1400 ℃에서 한 시간 동안 열을 가한다. 이때 승온 온도는 5 ℃/분의 속도로 승온된다. 이와 같은 탄화 과정을 거친 후, 탄소 나노섬유(즉, 이산화티탄 광촉매를 함유하는 탄소 나노섬유 복합체)가 제조된다. In order to make the nanofibers (ie, PAN nanofibers containing titanium dioxide photocatalyst) formed in the nanofiber forming step (S102) into carbon nanofibers, first, after stabilizing at 250 ° C. for 30 minutes in an air atmosphere, nitrogen gas was Slowly raising the temperature to 750 ℃ while flowing, and carbonized at 750 ℃ for 1 hour, and then slowly raised to 1400 ℃, and then heated at 1400 ℃ for one hour. At this time, the temperature increase temperature is raised at a rate of 5 ℃ / min. After such a carbonization process, carbon nanofibers (ie, carbon nanofiber composites containing titanium dioxide photocatalysts) are produced.
탄소 나노섬유 산화 단계(S106)에서는, 일 예로서, 앞서 제조된 탄소 나노섬유(즉, 이산화티탄 광촉매를 함유하는 탄소 나노섬유 복합체)를 산화시키기 위해, 공기 분위기에서 400 ℃에서 1시간 동안, 탄소 나노섬유(즉, 이산화티탄 광촉매를 함유하는 탄소 나노섬유 복합체)에 열을 가한다. In the carbon nanofiber oxidizing step (S106), for example, in order to oxidize the carbon nanofibers prepared before (ie, carbon nanofiber composite containing a titanium dioxide photocatalyst), for one hour at 400 ° C. in an air atmosphere, Heat is applied to the nanofibers (ie, carbon nanofiber composites containing titanium dioxide photocatalysts).
금속 촉매 담지 단계(S108)에서는, 산화된 탄소 나노섬유로부터 금속 담지 탄소 나노섬유를 제조하기 위해, 산화된 탄소 나노섬유에 금속 촉매를 광담지 방식으로 담지하여, 금속 촉매(예: 입자가 작은 백금)가 균일하게 도포된 금속 담지 탄소 나노섬유를 제조하게 된다. 이때, 산화된 탄소 나노섬유(즉, 이산화티탄 함유 탄소 나노섬유 복합체)를 염화 백금산, 메탄올 및 물이 있는 용액에 담가 자외선을 일정 시간 조사하여 담지할 수 있다. In the metal catalyst supporting step (S108), in order to produce the metal-supported carbon nanofibers from the oxidized carbon nanofibers, the metal catalysts are supported on the oxidized carbon nanofibers in a photo-supported manner, so that the metal catalysts (for example, platinum having small particles) are supported. ) To produce a metal-carrying carbon nanofibers coated uniformly. At this time, the oxidized carbon nanofibers (that is, titanium dioxide-containing carbon nanofiber composite) can be immersed in a solution containing chloroplatinic acid, methanol and water to irradiate ultraviolet light for a predetermined time.
전술한 금속 담지 탄소 나노섬유 제조 방법에 대한 구체적인 실시예에 따라 제조된 금속 단지 탄소 나노섬유에 대한 전기 화학적 특성을 도 2 내지 도 6을 통해 알아본다. Electrochemical properties of the metal complex carbon nanofibers prepared according to the specific examples of the metal-supported carbon nanofiber manufacturing method described above will be described with reference to FIGS. 2 to 6.
우선, 탄소 나노섬유 산화 단계(S106)의 결과물인 산화된 탄소 나노섬유, 즉 금속 촉매가 담지되지 않고 이산화티탄을 함유한 탄소나노 섬유 복합체를 주사 전자 현미경을 통해 관찰해보면, 도 2의 (a)와 같다. First, the carbon nanofiber composite resulting from the carbon nanofiber oxidation step (S106), ie, a carbon nanofiber composite containing titanium dioxide without carrying a metal catalyst, is observed through a scanning electron microscope. Same as
이하에서, 탄소 나노섬유 산화 단계(S106)의 결과물인 산화된 탄소 나노섬유, 즉 금속 촉매가 담지되지 않고 이산화티탄을 함유한 탄소나노 섬유 복합체를 "비교물"이라 한다. Hereinafter, the oxidized carbon nanofibers, that is, the carbon nanofiber composites containing titanium dioxide without carrying a metal catalyst, which is the result of the carbon nanofiber oxidation step (S106) are referred to as "comparisons".
또한, 탄소 나노섬유 산화 단계(S106)의 결과물인 산화된 탄소 나노섬유(즉, 금속 촉매가 담지되지 않고 이산화티탄을 함유한 탄소나노 섬유 복합체를 염화 백금산, 메탄올 및 물이 있는 용액에 담가 자외선을 앞면과 뒷면 각각에 일정 시간 동안 조사하여 금속 담지 탄소 나노섬유를 제조할 수 있다. In addition, oxidized carbon nanofibers (that is, the result of the carbon nanofiber oxidation step S106) (i.e., a carbon nanofiber composite containing titanium dioxide without carrying a metal catalyst is immersed in a solution containing chloroplatinic acid, methanol, and water to generate ultraviolet rays). Irradiating the front and rear surfaces for a certain period of time can produce metal-supported carbon nanofibers.
자외선의 광조사 시간에 관련하여, 본 실시예에서 개시되는 제조 방법에 따라 제조된 금속 담지 탄소 나노섬유의 전기 화학적 특성을 위에서 언급한 "비교물"과 비교하여 알아보기 위해, 자외선의 광조사 시간을 3분, 5분 및 10분으로 각각 예시적으로 실험하여, 3가지의 금속 담지 탄소 나노섬유를 제조한다. Regarding the irradiation time of ultraviolet rays, the irradiation time of ultraviolet rays to find out the electrochemical properties of the metal-supported carbon nanofibers prepared according to the manufacturing method disclosed in this example in comparison with the "comparative" mentioned above. Are exemplified by 3 minutes, 5 minutes and 10 minutes, respectively, to prepare three metal-supported carbon nanofibers.
제조된 3가지의 금속 담지 탄소 나노섬유에서, 3분의 광조사 시간 동안 자외선이 조사되어 제조된 금속 담지 탄소 나노섬유를 "제조물 1"이라 하고, 5분의 광조사 시간 동안 자외선이 조사되어 제조된 금속 담지 탄소 나노섬유를 "제조물 2"이라 하며, 10분의 광조사 시간 동안 자외선이 조사되어 제조된 금속 담지 탄소 나노섬유를 "제조물 3"이라 한다. In the three metal-supported carbon nanofibers prepared, the metal-supported carbon nanofibers prepared by irradiating ultraviolet rays for three minutes of irradiation time were referred to as "manufacture 1", and were irradiated with ultraviolet rays for five minutes of irradiation time. The prepared metal-supported carbon nanofibers are referred to as "
위에서 언급한 비교물, 제조물 1, 제조물 2 및 제조물 3이 제조 조건을 정리하면 아래 표 1과 같다.The above-mentioned Comparative, Preparation 1,
비교물
Comparative
제조물 1
Product 1
제조물 2
제조물 3
광조사 시간(분)
Light irradiation time (minutes)
0
0
3
3
5
5
10
10
자외선의 광조사 시간이 3분, 5분 및 10분 각각에 대하여, 제조된 3가지의 금속 담지 탄소 나노섬유(제조물 1, 제조물 2 및 제조물 3)를 주사 전자 현미경을 통해 각각 관찰해보면, 도 2의 (b), (c) 및 (d)와 같다. When the irradiation time of ultraviolet light is 3 minutes, 5 minutes, and 10 minutes, respectively, three metal-supported carbon nanofibers (manufacture product 1,
도 2의 (a)~(d)를 비교해보면, 금속 촉매를 담지하지 않은 탄소 나노섬유(비교물)와, 광조사 시간을 달리하여 금속 촉매가 담지된 금속 담지 탄소 나노섬유(제조물 1, 제조물 2 및 제조물 3)의 주사 전자 현미경 사진은 큰 차이가 없음을 확인할 수 있으며. 따라서 광 담지 시간(광조사 시간)에 따라 형태의 변화 등은 거의 보이지 않음을 알 수 있다. When comparing (a) to (d) of FIG. 2, carbon nanofibers (comparatives) that do not carry a metal catalyst and metal-supported carbon nanofibers that carry a metal catalyst by varying light irradiation time (manufacture product 1, manufactured product) Scanning electron micrographs of 2 and preparation 3) show no significant difference. Therefore, it can be seen that the change of form is hardly seen according to the light loading time (light irradiation time).
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 담지 탄소나노섬유 제조 방법에 따라 제조된 금속 담지 탄소나노섬유의 X-선 광전자 분광 분석 결과를 나타낸 도면이다. Figure 3 is a view showing the X-ray photoelectron spectroscopic analysis of the metal-supported carbon nanofibers prepared according to the metal-supported carbon nanofiber manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
즉, 도 3에서는, 금속 촉매를 담지하지 않은 탄소 나노섬유(비교물)와, 광조사 시간을 달리하여 금속 촉매가 담지된 금속 담지 탄소 나노섬유(제조물 1, 제조물 2 및 제조물 3) 각각에 대한 X-선 광전자 분광 분석결과를 나타낸다. That is, in FIG. 3, the carbon nanofibers (comparatives) not supported on the metal catalyst and the metal-supported carbon nanofibers (manufacture 1,
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 백금(Pt) 원자의 X-선 광전자 분광 분석 결과, 광조사 시간이 증가함에 따라, 즉 비교물, 제조물 1, 제조물 2 및 제조물 3의 순서로, 더 많은 백금이 담지 되는 것을 알 수 있다. 이때 담지 된 백금은 0가와 좀 더 산화된 2가 및 4가 이온이 혼합되어 있음을 알 수 있다. 광조사 시간에 따른 백금 담지 량을 아래 표 2에 나타낸다. As shown in (a) of FIG. 3, as a result of X-ray photoelectron spectroscopic analysis of platinum (Pt) atoms, as the irradiation time increases, that is, in the order of the comparative, the product 1, the
비교물
Comparative
제조물 1
Product 1
제조물 2
제조물 3
백금 (atomic %)
Platinum (atomic%)
0
0
0.4
0.4
0.5
0.5
0.8
0.8
또한, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 티타늄(Ti) 원자의 X-선 광전자 분광 분석 결과, 비교물, 제조물 1, 제조물 2 및 제조물 3 모두에서 전형적인 이산화티탄 나노입자에서 나타나는 티타늄(Ti) 2p 결과와 비슷하게 나타난 것으로 보아, 비교물, 제조물 1, 제조물 2 및 제조물 3에서는 이산화티탄이 잘 형성되어 있음을 알 수 있다. In addition, as shown in (b) of FIG. 3, X-ray photoelectron spectroscopy analysis of titanium (Ti) atoms shows that titanium, which is present in typical titanium dioxide nanoparticles in all of Comparative, Preparation 1,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 담지 탄소나노섬유 제조 방법에 따라 제조된 금속 담지 탄소나노섬유를 고해상도 투과 전자 현미경으로 관찰한 결과를 나타낸 도면이다. 4 is a view showing the results of observing the metal-supported carbon nanofibers prepared according to the metal-supported carbon nanofiber manufacturing method according to an embodiment of the present invention with a high-resolution transmission electron microscope.
도 4는 자외선의 광조사 시간을 10분으로 하여 제조된 금속 담지 탄소 나노섬유(제조물 3)에 대하여, 고해상도 투과전자현미경으로 관찰한 사진을 나타낸 것이다. FIG. 4 shows a photograph of a metal-supported carbon nanofiber (manufacture 3) prepared by using a 10-minute light irradiation time of ultraviolet rays, observed with a high-resolution transmission electron microscope.
도 4의 (a) 및 (b)를 통해, 금속 촉매인 백금이 탄소 나노섬유 복합체 상에 고르게 분포하고 있음을 확인할 수 있고, 도 4의 (c) 및 (d)의 실험으로 통해, 이들 백금 나노 입자의 격자 간 거리는 약 0.24nm 정도인 것으로 확인되었다. 4 (a) and (b), it can be seen that the metal catalyst platinum is evenly distributed on the carbon nanofiber composite, and through the experiments of (c) and (d) of FIG. 4, these platinum The distance between the lattice of the nanoparticles was found to be about 0.24nm.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 담지 탄소나노섬유 제조 방법에 따라 제조된 금속 담지 탄소나노섬유의 에너지 분산 분광 분석 결과를 나타낸 도면이다. FIG. 5 is a diagram illustrating an energy dispersive spectroscopic analysis result of metal-supported carbon nanofibers prepared according to a metal-supported carbon nanofiber manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
도 5는 자외선의 광조사 시간을 10분으로 하여 제조된 금속 담지 탄소 나노섬유(제조물 3)에 대하여, 에너지 분산 분광 분석을 한 결과를 나타낸 도면이다. FIG. 5 is a diagram showing the results of energy dispersive spectroscopic analysis on a metal-supported carbon nanofiber (manufacture 3) prepared with an ultraviolet light irradiation time of 10 minutes.
도 5를 참조하면, 티타늄(Ti) 원자와 백금(Pt) 원자가 골고루 분포하고 있음을 알 수 있었다. 이때 티타늄(Ti) 원자 대비 백금(Pt) 원자의 양은 약 5 ~ 12% 정도인 것으로 확인되었다. Referring to FIG. 5, it can be seen that the titanium (Ti) atoms and the platinum (Pt) atoms are evenly distributed. At this time, the amount of platinum (Pt) atoms relative to the titanium (Ti) atoms was found to be about 5 to 12%.
또한, 비교물의 비표면적을 측정해 본 결과는 약 200 m2/g 이었으며, 제조물 1, 제조물 2 및 제조물 3의 비표면적도 이와 거의 유사하게 나타난다. In addition, the result of measuring the specific surface area of the comparator was about 200
한편, 금속 촉매를 담지하지 않은 탄소 나노섬유(비교물)와, 광조사 시간을 달리하여 금속 촉매가 담지된 금속 담지 탄소 나노섬유(제조물 1, 제조물 2 및 제조물 3) 각각에 대한 전기전도도(Conductivity)는 아래 표 3에 나타낸 바와 같이 약 10 s/cm 정도이다. On the other hand, the electrical conductivity of each of the carbon nanofibers (comparatives) that do not carry a metal catalyst and the metal-supported carbon nanofibers (manufacture 1,
비교물
Comparative
제조물 1
Product 1
제조물 2
제조물 3
전기전도도 (s/cm)
Conductivity (s / cm)
14.2
14.2
13.4
13.4
8.55
8.55
9.38
9.38
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 담지 탄소나노섬유 제조 방법에 따라 제조된 금속 담지 탄소나노섬유의 순환 전류 전압 측정 결과를 나타낸 도면이다. Figure 6 is a view showing the results of cyclic current voltage measurement of the metal-supported carbon nanofibers prepared according to the metal-supported carbon nanofibers manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
도 6에서는, 백금 나노입자를 담지한 탄소 나노섬유 복합체를 작업전극, 백금그물을 상대전극으로 3 전극 셀을 구성하여 1M 황산(H2SO4)을 전해질로 50 mV/sec의 주사속도로 수소기준전극을 기준으로 -0.2 ~ 1.5 V의 전압범위 내에서 순환 전류 전압법을 이용한 실험 결과를 도시한다.In Fig. 6, a carbon nanofiber composite carrying platinum nanoparticles is composed of a three-electrode cell using a working electrode and a platinum net as a counter electrode, and hydrogen at a scanning rate of 50 mV / sec using 1 M sulfuric acid (H 2 SO 4 ) as an electrolyte. The experimental results using the cyclic current voltammetry in the voltage range of -0.2 ~ 1.5 V based on the reference electrode are shown.
도 6을 참조하면, 백금 나노입자를 담지한 탄소 나노섬유 복합체 제조물 3의 경우 산화전류밀도 및 총 전하량이 각각 16.54 mA/cm2 및 663.2 mC이고, 반면, 백금 나노입자를 담지하지 않은 비교물의 경우 산화전류밀도 및 총 전하량이 각각 5.203, mA/cm2 및 465.68 mC인 것을 알 수 있으며, 이를 통해, 백금 나노입자 담지에 따라, 전류밀도 및 총 전하량이 증가함을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 6, in the case of the carbon
이와 같은 전기 화학적 특성의 개선은 잘 분산된 백금 나노입자가 탄소 나노섬유 복합체의 활성 표면적을 증대시켰기 때문이며, 이러한 전기 화학적 특성 개선을 통해 본 실시예에 따라 제조된 탄소 나노섬유 복합체는 연료전지용 전극으로 활용할 수 있다. 또한 이뿐 아니라, 필터, CO2 환원용 전극 및 에너지 저장장치 등에도 폭넓게 활용할 수 있다. The improvement of the electrochemical properties is because the well-dispersed platinum nanoparticles increased the active surface area of the carbon nanofiber composite, and the carbon nanofiber composite prepared according to the present embodiment through the improvement of the electrochemical properties was used as an electrode for a fuel cell. It can be utilized. In addition to this, the filter, CO 2 It can also be widely used for reducing electrodes and energy storage devices.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서 개시된 실시예에 의하면, 이산화티탄 등과 같은 반도체 금속산화물인 광촉매가 균일하게 담지된 탄소 나노섬유를 지지체로 이용하고, 여기에 광담지 방식으로 백금 입자 등의 금속 촉매를 담지시킴으로써, 입자의 크기가 작은 금속 촉매가 균일하게 도포된 탄소 나노섬유를 제공할 수 있다. As described above, according to the embodiment disclosed in the present invention, a carbon nanofiber having a uniformly supported photocatalyst, such as a semiconductor metal oxide, such as titanium dioxide, is used as a support, and a metal catalyst such as platinum particles is used as a support. By supporting, the carbon nanofibers to which the metal catalyst with small particle size was uniformly apply | coated can be provided.
한편, 앞에서도 기술한 바와 같이, 본 발명은, 금속 담지 탄소 나노섬유 제조 방법에 따라 제조된 금속 담지 탐지 나노섬유를 여러 응용 분야에 적용할 수 있는데, 이에, 본 발명은, 다른 실시예로서, 금속 담지 탄소 나노섬유를 전극으로 갖는 연료전지를 제공할 수 있다. 이러한 연료전지의 전극에 이용되는 금속 담지 탄소 나노섬유는, 이상에서 전술한 금속 담지 탄소 나노섬유 제조 방법에 따라 제조된다. On the other hand, as described above, the present invention, the metal-supported detection nanofibers prepared according to the metal-supported carbon nanofiber manufacturing method can be applied to various applications, the present invention, as another embodiment, A fuel cell having metal-supported carbon nanofibers as an electrode can be provided. The metal-supported carbon nanofibers used for the electrode of such a fuel cell are manufactured according to the above-described method for producing metal-supported carbon nanofibers.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 담지 탄소 나노섬유를 전극으로 갖는 연료전지(700)의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다. FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a structure of a
도 7에 예시적으로 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지(700)는, 반도체 금속산화물인 광촉매가 담지된 탄소 나노섬유를 지지체로 하여, 광담지 방식으로 지지체에 금속 촉매를 담지시킴으로써, 금속 촉매가 도포된 금속 담지 탄소 나노섬유를 전극(애노드(710) 및 캐소드(720) 중 하나 이상)으로 이용하는 구조를 갖는다. As exemplarily shown in FIG. 7, the
도 7을 참조하면, 수소 이온 교환막(PEM: Proton Exchange Membrane)(730)은 두께가 수십 혹은 수백 μm 이며, 고체 고분자 전해질로 되어 있고, 전극인 애노드(710) 및 캐소드(720)는 각각 반응기체의 공급을 위한 지지층과 반응기체의 산화/환원반응이 일어나는 촉매층으로 되어있는 가스 확산 전극으로 이루어져 있으며 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 금속 담지 탄소 나노섬유를 포함한다. Referring to FIG. 7, a hydrogen ion exchange membrane (PEM) 730 has a thickness of tens or hundreds of micrometers, is made of a solid polymer electrolyte, and the
단, 도 7에서는, 연료전지(Fuel Cell) 중에서, 수소 가스를 연료로 사용하는 수소 이온 교환막 연료전지(PEMFC: Proton Exchange Membrane Fuel Cell)를 예로 든 것이다. 하지만, 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 담지 탄소 나노섬유를 전극으로 갖는 연료전지(700)는, 액상의 메탄올을 직접 연료로 애노드에 공급하여 사용하는 직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC) 등의 다른 방식의 연료전지에도 적용될 수 있다. In FIG. 7, a hydrogen ion exchange membrane fuel cell (PEMFC: Proton Exchange Membrane Fuel Cell) using hydrogen gas as a fuel is exemplified among fuel cells. However, the
또한, 본 발명은, 또 다른 실시예로서, 금속 담지 탄소 나노섬유를 이용하는 필터를 제공할 수 있다. 이러한 필터에 이용되는 금속 담지 탄소 나노섬유는, 이상에서 전술한 금속 담지 탄소 나노섬유 제조 방법에 따라 제조된다. 즉, 반도체 금속산화물인 광촉매가 담지된 탄소 나노섬유를 지지체로 하여, 광담지 방식으로 지지체에 금속 촉매를 담지시킴으로써, 금속 촉매가 도포된 금속 담지 탄소 나노섬유를 필터에 이용하는 것이다. 이러한 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 금속 담지 탄소 나노섬유를 이용한 필터(800)를 도 8에서 개략적으로 나타낸다. 이러한 필터(800)를 이용하여 주입된 공기에서 유해한 배기가스, 유해물질 또는 세균 등의 미세물질을 필터링할 수 있다. In still another embodiment, the present invention may provide a filter using metal-supported carbon nanofibers. The metal-supported carbon nanofibers used for such a filter are manufactured according to the metal-supported carbon nanofiber manufacturing method mentioned above. That is, by using a carbon nanofiber supported on a photocatalyst, which is a semiconductor metal oxide, as a support, and supporting a metal catalyst on a support in a photo-supporting manner, the metal-supported carbon nanofibers coated with a metal catalyst are used for the filter. FIG. 8 schematically shows a filter 800 using metal-supported carbon nanofibers according to another embodiment of the present invention. The filter 800 may filter fine substances such as harmful exhaust gas, harmful substances or bacteria from the injected air.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.The terms "comprise", "comprise" or "having" described above mean that a corresponding component may be included unless specifically stated otherwise, and thus does not exclude other components. It should be construed that it may further include other components. All terms, including technical and scientific terms, have the same meanings as commonly understood by one of ordinary skill in the art unless otherwise defined. Terms commonly used, such as terms defined in a dictionary, should be interpreted to coincide with the contextual meaning of the related art, and shall not be construed in an ideal or excessively formal sense unless explicitly defined in the present invention.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 담지 탄소 나노섬유 제조 방법에 대한 흐름도, 1 is a flow chart for a metal-supported carbon nanofiber manufacturing method according to an embodiment of the present invention,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 담지 탄소 나노섬유 제조 방법에 따라 제조된 금속 담지 탄소 나노섬유를 주사 전자 현미경으로 관찰한 결과을 나타낸 도면, 2 is a view showing the results of observing the metal-supported carbon nanofibers prepared according to the metal-supported carbon nanofiber manufacturing method according to an embodiment of the present invention with a scanning electron microscope;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 담지 탄소 나노섬유 제조 방법에 따라 제조된 금속 담지 탄소 나노섬유의 X-선 광전자 분광 분석 결과를 나타낸 도면, Figure 3 is a view showing the X-ray photoelectron spectroscopic analysis of the metal-supported carbon nanofibers prepared according to the metal-supported carbon nanofiber manufacturing method according to an embodiment of the present invention,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 담지 탄소 나노섬유 제조 방법에 따라 제조된 금속 담지 탄소 나노섬유를 고해상도 투과 전자 현미경으로 관찰한 결과를 나타낸 도면, 4 is a view showing the results of observing the metal-supported carbon nanofibers prepared according to the metal-supported carbon nanofiber manufacturing method according to an embodiment of the present invention with a high-resolution transmission electron microscope,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 담지 탄소 나노섬유 제조 방법에 따라 제조된 금속 담지 탄소 나노섬유의 에너지 분산 분광 분석 결과를 나타낸 도면, 5 is a view showing an energy dispersive spectroscopic analysis result of the metal-supported carbon nanofibers prepared according to the metal-supported carbon nanofiber manufacturing method according to an embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 담지 탄소 나노섬유 제조 방법에 따라 제조된 금속 담지 탄소 나노섬유의 순환 전류 전압 측정 결과를 나타낸 도면, 6 is a view showing a cyclic current voltage measurement result of the metal-supported carbon nanofibers prepared according to the metal-supported carbon nanofiber manufacturing method according to an embodiment of the present invention;
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 금속 담지 탄소 나노섬유를 전극으로 갖는 연료전지의 구조를 개략적으로 나타낸 도면, 7 is a view schematically showing a structure of a fuel cell having metal-supported carbon nanofibers as an electrode according to another embodiment of the present invention;
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 금속 담지 탄소 나노섬유를 이 용한 필터를 개략적으로 나타낸 도면이다. 8 is a view schematically showing a filter using metal-supported carbon nanofibers according to another embodiment of the present invention.
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| WO2004075322A1 (en) * | 2003-02-18 | 2004-09-02 | Nec Corporation | Electrode for fuel cell, fuel cell and methods for manufacturing these |
| KR100552697B1 (en) * | 2003-11-13 | 2006-02-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | Metal oxide-carbon composite catalyst support and fuel cell comprising the same |
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Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| WO2004075322A1 (en) * | 2003-02-18 | 2004-09-02 | Nec Corporation | Electrode for fuel cell, fuel cell and methods for manufacturing these |
| KR100552697B1 (en) * | 2003-11-13 | 2006-02-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | Metal oxide-carbon composite catalyst support and fuel cell comprising the same |
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