KR101125050B1 - 입방 모양 ＰｔＣｏ 나노합금 촉매의 제조방법 - Google Patents

입방 모양 ＰｔＣｏ 나노합금 촉매의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 입방 모양 PtCo 나노합금 촉매의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 백금전구체, 코발트전구체, 표면안정제 및 환원제를 용매에 용해시킨 뒤 가열을 하여 입방(cubic) 모양의 PtCo 나노합금을 제조하고, 이를 탄소 지지체에 흡착시킨 후 표면안정제를 제거하여 입방 모양 PtCo 나노합금 촉매를 제조하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 입방 모양 PtCo 나노합금 촉매의 제조방법은 간단한 공정으로 균일한 크기와 입방 모양을 가진 나노입자의 제조가 가능하며, 나노입자의 뭉침에 의한 모양 변화, 표면적 변화 및 조성 변화를 방지하여 고효율의 연료전지 개발에 유용하게 적용할 수 있다.
입방모양, 백금, 코발트, 표면안정제, 나노합금, 연료전지

Description

입방 모양 ＰｔＣｏ 나노합금 촉매의 제조방법{Preparation method for the PtCo Nanocubes Catalyst}
본 발명은 백금전구체, 코발트전구체, 표면안정제 및 환원제를 용매에 용해시킨 뒤 가열을 하여 입방 모양 PtCo 나노합금을 제조하고, 이를 탄소 지지체에 흡착시킨 후 표면안정제를 제거하여 입방 모양 PtCo 나노합금 촉매를 제조하는 방법에 관한 것으로, 본 발명에 의해 제조된 입방 모양 PtCo 나노합금 촉매는 고효율의 연료전지 개발에 유용하게 적용될 수 있다.
화석 연료자원의 고갈로 인한 차세대 에너지원에 대한 전세계적 관심과 연구가 늘어나고 있는 현 상황에서 수소연료전지는 오염물질을 내놓지 않는 친환경적인 에너지원으로서 이에 대해 학계와 산업계에서 많은 연구가 진행되고 있다. 특히, 자동차용 수소연료전지가 기존의 석유를 기반으로 하는 엔진을 대체할 것으로 기대되어, 대체에너지 시장에서 관심이 고조되고 있는 실정이다.
양성자 교환막 연료전지(PEMFC: Proton Exchange Membrane Fuel Cell)는 수 소를 직접 전기화학 반응시켜 발전하는 시스템인데, 음극에서는 수소가 산화되고, 양극에서는 산소가 환원되어 물이 얻어지게 되고, 다른 오염물질은 발생하지 않는 친환경적인 에너지원이라 할 수 있다. 작동온도는 50 ~ 100℃ 정도로서 비교적 저온이며, 높은 에너지 밀도를 갖고 있는 장점이 있다. 이러한 이유 때문에 자동차용 엔진으로서의 용도뿐만이 아니라 가정용 소형 에너지원으로도 사용될 수 있다. 그러나 낮은 반응속도로 인한 저출력 에너지 밀도, 다량의 백금 촉매의 사용과 전극 표면에 생기는 수증기의 제거 등의 해결해야 될 문제점이 있다.
현재 양성자 교환막 연료전지의 상용화를 위해 이런 문제점들을 개선하기 위한 많은 연구가 진행되고 있는데, 특히 연료전지 촉매의 개선을 통해 전지효율을 향상시키는 연구가 매우 중요한 부분으로 인식되고 있다.
산소 환원에 쓰이는 금속 촉매의 경우 순수한 백금 촉매보다 백금과 여러 전이금속의 합금 형태로 이루어진 촉매의 경우 훨씬 좋은 산소환원의 촉매활성을 보이는 것으로 알려져 있으며, 특히 PtCo 합금의 경우 3배 정도 높은 활성을 보인다고 보고되었다(J. K. Norskov, et al. Angew. Chem. Int. Ed., vol.45, p.2897). 또한, 구형의 백금 촉매보다 결정면이 성장한 입방 모양의 백금 촉매가 더 높은 활성을 보인다고 알려져 있다. 따라서, 금속 촉매 활성을 높이기 위해서는 입방 모양의 PtCo 금속 합금이어야 하고, 균일한 입자의 크기 및 좁은 크기 분포를 가져야 하며, 높은 표면적을 지닌 탄소지지체에 흡착이 가능하여야 한다.
콜로이드 나노입자 합성법은 위와 같은 특성을 지닌 금속 촉매를 제조하기에 가장 용이한 방법이므로 최근에 이 분야에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 콜로이드 나노입자는 표면안정제 역할을 하는 계면활성제를 가지고 있어 입자들을 뭉침 없이 배열할 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한, 비교적 적은 양으로도 나노입자 로딩(loading)을 가능케 함으로써 높은 촉매활성을 보일 수 있는 장점이 있다. 결국, 콜로이드 나노입자들은 높은 금속 로딩양을 가능케 하고, 균일한 나노크기의 금속 합금을 만들 수 있는 장점을 지니므로 앞으로 발전 가능성이 대단히 높을 것으로 예상된다. 실제로 콜로이드 나노입자의 합성법은 콜로이드 입자들 간의 합쳐지거나 덩어리로 응집되는 것을 막아 균일한 입자 간격으로 존재할 수 있고, 콜로이드 구조가 합성과정에서 금속염의 당량을 변화시킴으로써 원하는 함량으로 쉽게 금속의 조성을 조절함으로써 2개 또는 여러 개의 금속과 합금 할 수 있는 장점이 있으며, 균일한 크기와 좁은 크기 분포, 높은 금속 로딩을 할 수 있는 등 많은 장점을 보인다. 그러나 높은 촉매활성을 얻기 위해 얻어진 콜로이드 나노입자의 표면 안정제를 제거해야 한다.
기존에 보고된 입방 모양의 백금 콜로이드 나노입자의 합성법에서는 백금전구체를 미량의 철전구체와 올레일아민, 올레익산의 표면안정제를 사용하여 7 nm 크기의 입방 모양 백금 나노입자를 합성하였으며 양극에서의 산소환원반응을 측정한 결과 구형의 백금 촉매보다 2배정도 높은 촉매활성을 보였다고 보고하였다(S. Sun, et al. J. Am. Chem. Soc., vol.129, p.6974). 그러나 상기 합성법은 입방 모양 백금 나노입자를 제조하는 것이었으며, 입방 모양의 PtCo 나노입자는 상기 합성법에서 사용된 용매(1-octadecene) 조건하에서 합성이 되지 않는 문제가 있었다.
이 밖에도, 대한민국 등록특허 10-0823502, 일본 공개특허 2003-045442, 미 국 공개특허 2009-0104497 등에서 PtCo 등 백금 합금 촉매의 제조방법을 제시하고 있으나, 고온 열처리 공정을 필요로 한다는 점에서 촉매를 산업적으로 대량생산하는데 문제가 있었다.
이에 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 노력한 결과, 유기금속전구물질을 표면안정제 조건 하에서 환원반응을 통해 빠르고 간단한 방법으로 입방 모양 PtCo 나노합금을 제조한 후 표면안정제 제거제를 사용하여 표면안정제를 효과적으로 제거하면 촉매 활성을 높일 수 있다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 간단한 공정으로 표면 특성과 활성이 우수한 입방 모양 PtCo 나노합금 촉매를 제조할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 백금전구체, 코발트전구체, 표면안정제 및 환원제를 용매에 용해시켜 용액을 제조하는 단계, 상기 용액을 비활성기체 분위기하에서 승온시키는 단계, 상기 용액의 온도를 유지하여 입방 모양의 PtCo 나노합금을 얻는 단계, 상기 입방 모양의 입방 모양 PtCo 나노합금을 탄소지지체에 흡착시켜 촉매를 얻는 단계, 및 상기 촉매의 표면안정제를 제거하는 단계를 포함하는 입방 모양 PtCo 나노합금 촉매의 제조방법을 그 특징으로 한다.
본 발명에 따른 입방 모양 PtCo 나노합금 촉매의 제조방법에 의하면 간단한 공정으로 나노입자의 뭉침에 의한 모양변화, 표면적의 변화 및 조성의 변화를 방지하여 활성이 우수하고 높은 효율을 갖는 연료전지용 촉매 제조가 가능하다.
이하 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 백금전구체, 코발트전구체, 표면안정제 및 환원제를 용매에 용해시켜 용액을 제조하는 단계, 상기 용액을 비활성기체 분위기하에서 승온시키는 단계, 상기 용액의 온도를 유지하여 입방 모양의 PtCo 나노합금을 얻는 단계, 상기 입방 모양의 PtCo 나노합금을 탄소지지체에 흡착시켜 촉매를 얻는 단계, 및 상기 촉매의 표면안정제를 제거하는 단계를 포함하는 입방 모양 PtCo 나노합금 촉매의 제조방법에 관한 것이다.
상기 백금전구체, 코발트전구체, 표면안정제 및 환원제를 용매에 용해시켜 용액을 제조하는 단계에서, 백금전구체는 백금(Ⅱ)아세틸아세토네이트, 백금 클로라이드 및 백금 헥사아세틸아세토네이트 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하고, 코발트전구체는 디코발트옥타카르보닐, 코발트 클로라이드 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 좋다. 코발트전구체는 백금전구체 1몰(mol)에 대하여 0.3 ~ 2몰을 반응시킬 수 있으며, 바람직하기로는 백금전구체 1몰에 대하여 코발트전구체 0.3 ~ 0.7몰을 반응시키는 것이 좋다. 코발트전구체의 양이 너무 적으면 옥타포드(octapod) 모양의 입자가 합성이 되고, 너무 많으면 입방 모양에서 14면체(cuboctahedron)로 모양의 변화가 생기는 문제가 있을 수 있다.
상기 표면안정제는 나노합금의 입자들이 뭉침 없이 배열할 수 있도록 하고, 또한 비교적 적은 양으로도 나노입자 로딩(loading)을 가능케 함으로써 높은 촉매활성을 지니도록 한다. 이러한 표면안정제로서 올레익산(oleic acid), 올레일아민(oleylamine), 트라이옥틸포스핀(trioctylphosphine) 및 트라이페닐포스핀(triphenylphosphine) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 두 개 이상의 혼합물 형태로 사용하는 것이 좋다. 두 개의 표면안정제를 사용하는 경우 올레익산과 올레일아민의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하며, 이때 올레익산과 올레일아민이 1:1의 비율로 혼합된 것을 사용하는 것이 좋다. 본 발명에서 표면안정제는 백금전구체 1몰에 대하여 2 ~ 20몰을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 2 ~ 15몰이 좋으며, 더 바람직하게는 2 ~ 10몰을 사용하는 것이 좋다. 표면안정제가 너무 적으면 입자가 뭉치는 문제가 있을 수 있고, 너무 많으면 입자 모양이 옥타포드 형태로 합성되는 문제가 있을 수 있다.
상기 환원제는 이들 전구체를 환원시킬 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있으나, 바람직하게는 1,2-헥사데칸디올(1,2-hexadecanediol), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol) 및 1,5-펜타디올(1,5-pentadiol) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용하는 것이 좋다. 환원제는 백금전구체 1몰에 대하여 1 ~ 5몰, 바람직하게는 1 ~ 3몰을 사용하는 것이 좋다. 환원제의 양이 너무 적으면 백금이 환원이 되지 않는 문제가 있을 수 있고, 너무 많으면 입자가 뭉치는 문제가 있을 수 있다.
상기 백금전구체와 코발트전구체는 용액상에서 반응시키기 때문에 이들을 용 해시킬 수 있는 용매를 사용하는데, 디옥틸에테르(dioctylether), 에틸렌 글리콜(ethylene glycol), 1-옥타데신(1-octadecene) 및 벤질에테르(benzylether) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용하는 것이 좋으며, 용해를 원활하게 하기 위해 100 ~ 120℃에서 용질을 용해시키는 것이 좋다.
상기 용액을 비활성기체 분위기 하에서 승온시키는 단계에서, 비활성기체는 환원제에 의해 백금전구체 및 코발트전구체로부터 환원된 금속들이 공기 중의 산소에 의해 산화하는 과정을 방지하는 역할을 하며, 질소, 헬륨, 아르곤, 네온, 크립톤, 크세논 및 라돈 중에서 선택된 어느 하나 이상의 기체를 사용할 수 있다. 용액을 승온시키는 것은 백금전구체와 코발트전구체의 반응성을 향상시키기 위함이다. 본 발명에서 승온은 반응시 온도부터 200℃까지 적절히, 바람직하게는 120℃에서 200℃까지 0.5 ~ 10 ℃/분 의 속도로 가열하는 것이 좋다.
상기 용액의 온도를 유지하여 입방 모양의 PtCo 나노합금을 얻는 단계에서는, 용액을 200℃까지 적절한 속도로 승온시킨 후, 200℃에서 60 ~ 90분 동안 유지하여 입방 모양의 PtCo 나노합금을 얻을 수 있다.
상기 입방 모양의 PtCo 나노합금을 탄소지지체에 흡착시켜 촉매를 얻는 단계에서는, 용액의 온도를 상온으로 온도를 낮추고 용액에 녹아있는 나노합금을 얻기 위해 나노합금을 녹이지 못하는 용매를 나노합금이 녹아있는 용액에 넣어 침전물이 생성하도록 한 다음 원심 분리하여 상층부를 제거한다. 이때 사용하는 용매로는 에탄올, 메탄올 및 아세톤 중에서 선택된 어느 하나 이상을 대신 사용할 수 있다. 이후 원심분리하여 상층부를 제거한 후 침전물은 유기용매에 용해시킨다. 이때 유기용매는 톨루엔(toluene), 헥산(hexane) 및 펜탄(pentane) 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 남아있는 용매는 진공하에서 완전히 제거하고 남은 고체를 다시 유기용매에 용해시킨다.
상기에서 얻은 입방 모양의 PtCo 나노합금을 탄소지지체에 흡착시켜 촉매를 제조할 수 있다. 이때 입방 모양의 PtCo 나노합금이 흡착되는 탄소지지체는 나노합금을 흡착시킬 수 있고, 연료전지의 촉매 지지체로 사용할 수 있는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있으며, 그 예로는 케첸블랙(Ketjen Black Carbon), 탄소나노튜브, 플러렌 등을 사용할 수 있다. 상기에서 입방 모양의 PtCo 나노합금은 탄소지지체 중량 대비 10 ~ 60 ％로 탄소지지체에 흡착시킬 수 있다. 입방 모양의 PtCo 나노합금을 탄소지지체 중량 대비 10 ％ 미만으로 사용하면 촉매의 활성성분이 부족한 문제가 있을 수 있고, 60 ％를 초과하면 증량에 따른 촉매활성의 효과상승이 적으며 촉매의 탄소지지체 성분이 부족해 촉매의 기계적 물성이 감소할 우려가 있다.
상기 촉매의 표면안정제를 제거하는 단계를 설명한다. 상기 탄소지지체에 입방 모양의 PtCo 나노합금을 흡착 촉매는 나노합금을 얻을 때 사용한 표면안정제를 계속적으로 함유하고 있다. 표면안정제는 입방 모양의 PtCo 나노합금의 표면을 안정화시키는 반면, 동시에 이들의 산소환원 활성을 약하게 하기 때문에 표면안정제를 제거해야 한다. 본 발명에서는 표면안정제 제거제를 사용하며, 바람직하게는 표면안정제 제거제로서 디에틸에테르(diethylether)를 사용하는 것이 좋다. 표면안정제 제거제를 이용하여 입방 모양의 PtCo 나노합금 촉매로부터 표면안정제를 제거한 다음 원심분리기를 이용하여 상층액을 제거하고, 이와 같은 과정을 3 ~ 10회 반복한다. 남아있는 물질은 진공하에서 완전히 제거할 수 있다.
본 발명에 의한 입방 모양 PtCo 나노합금 촉매의 제조방법에 의하면 고온 열처리 공정을 거치지 않고도 입방 모양을 유지하여 표면 특성이 우수하고, 활성이 우수한 PtCO 나노합금 촉매의 제조가 가능하여 고효율의 연료전지 촉매 및 연료전지 개발에 유용하게 적용할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 구체적으로 설명하겠는바, 다음 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 입방 모양 PtCo 나노합금의 제조
아르곤 분위기하에서 백금(Ⅱ)아세틸아세토네이트(platinum acetylacetonate, Pt(acac)2)(0.050 g, 0.127 mmol), 디코발트옥타카르보닐(dicobalt-octacarbonyl, Co2(CO)8)(0.0109 g, 0.064 mmol), 올레익산(oleic acid)(1.0 mL), 올레일아민(oleylamine)(1.0 mL), 1,2-헥사테칸디올(1,2-hexadecanediol)(0.03 g, 0.12 mmol)을 벤질에테르(benzylether) 8 mL 에 녹인 후 120℃ 온도에서 가열하였다. 이들을 120℃부터 200℃까지 온도를 3 ℃/분 의 속도로 승온을 실시하고, 200℃에서 90분 동안 유지하였다. 반응 후에 상온으 로 온도를 낮춘 후 에탄올(ethanol)을 20 mL 첨가하고 3000 rpm으로 10분 동안 원심분리기를 통해 얻어진 상층액은 버리고, 검은색의 침전을 톨루엔(toluene)에 용해시켰다. 남아있는 에탄올 용매를 진공하에서 완전히 제거하고 남은 고체를 다시 톨루엔에 용해시켜 입방 모양의 PtCo 나노합금을 얻었다.
실시예 2: 입방 모양 PtCo 나노합금의 케첸블랙에의 흡착 및 표면안정제의 제거
상기 실시예 1에서 만들어진 입방 모양 PtCo 나노합금을 탄소지지체인 케첸블랙(Ketjen Black International company, 일본)에 흡착시켜 촉매를 제조하였다.
상기 실시예 1에서 만들어진 입방 모양의 PtCo 나노합금을 탄소지지체 중량 대비 40％ 만큼 톨루엔 용액에 넣고 탄소지지체를 톨루엔 용액에 넣은 다음 40℃의 온도에서 하루 동안 300 rpm으로 교반시키는 반응을 실시하여 촉매를 제조하였다.
반응 후 완전히 용매를 제거하고, 상기에서 제조한 촉매를 디에틸에테르에 수차례 씻어내어 촉매의 표면안정제를 제거한 후 원심분리기를 통해서 상층액을 제거하고, 남아있는 물질을 진공하에서 완전히 제거하여 표면안정제를 제거한 촉매를 제조하였다.
시험예 1
상기 실시예 1에서 제조한 입방 모양의 PtCo 나노입자를 투과전자현미경으로 살펴보고 그 결과를 도 1에 나타내었다.
도 1은 실시예 1의 입방 모양의 PtCo 나노입자에 대한 사진에 관한 것으로 도 1A는 본 발명에서 합성되어진 입방 모양의 PtCo 나노합금의 저배율 투과전자현미경 사진이고, 도 1B는 고배율 투과전자현미경 사진이며, 도 1C는 선택적 전자투과 패턴 사진이다.
도 1로부터 매우 균일한 크기(평균 크기 : 7.8 ± 0.5 nm)와 잘 분산된 입방 모양을 유지하며, 각 나노입자의 격자면이 보이는 높은 결정성을 가지고 있음을 알 수 있다. 또한, 나노입자의 조성을 에너지 분산 X-선 분광 분석법과 ICP-AES 로 분석한 결과 Pt과 Co의 원자%가 각각 87.2 : 12.8 과 89.5 : 10.5 로서 원자비율이 9 : 1 인 입방 모양 PtCo 나노합금이 합성된 것을 확인할 수 있었다.
시험예 2
상기 실시예 2의 입방 모양의 PtCo 나노합금 촉매를 투과전자현미경으로 관찰하여 촉매 내의 입방 모양의 PtCo 나노합금의 모양변화 및 구조변화를 확인하였으며 그 결과를 도 2에 나타내었다.
실시예 2에서 탄소지지체인 케첸블랙을 이용하여 탄소지지체에 입방 모양의 PtCo 나노합금 흡착시켰을 때, 나노합금의 입자 모양변화 및 입자 구조변화는 없었으며, 디에틸에테르를 이용해 촉매 내의 표면안정제를 제거한 후에도 어떠한 변화도 없음을 관찰할 수 있었다.
시험예 3: 입방 모양 PtCo 나노합금 촉매의 반응 표면적 측정
실시예 2에서 제조한 입방 모양의 PtCo 나노합금 촉매 5 mg과 Nafion 117(Fluka사) 0.10 mL을 2 mL 증류수에 넣고 초음파 파쇄기로 10분 정도 분산시켜 PtCo 잉크 용액을 제조한 후 5 ㎕을 주사기를 이용해 탄소 전극 표면에 주입시켰다. 이 전극을 입방 모양 PtCo 잉크 용액이 골고루 지름 3 mm 원반의 전 영역에 입힐 수 있도록 주의를 기울여 70℃ 오븐에서 건조하였다.
순환 전압-전류법은 일반적인 삼전극계로 탄소 작용 전극(지름 3 mm 원반, BAS), Pt 상대 전극(지름 0.5 mm, 길이 5 cm의 선, BAS), 은-염화은 기준 전극(Ag/AgCl, 포화 NaCl 분위기)을 가지고, Autolab(PGSTAT 10, Eco Chemie, 네덜란드) 전기화학 분석기기를 이용하여 수행하였다. 0.5 M 의 황산용액을 사용하여, 포화된 질소 분위기 하에서 20 mV/s 의 전위차를 주며 -0.2 ~ 1.0 V 사이의 전압범위 내에서 측정하였다.
실시예 2에서 제조한 입방 모양의 PtCo 나노합금 촉매를 순환 전압-전류법으로 촉매의 반응 표면적을 측정하고 그 결과를 도 3A에 나타내었다.
도 3A에서처럼 실시예 2에 따른 입방 모양의 PtCo 나노합금 촉매(실선)는 상업용 촉매(Johnson Matthey catalyst)(점선)의 반응 표면적에 비해 3배 적은 표면적을 가지고 있음을 관찰할 수 있었다. 입방 모양의 PtCo 촉매의 경우 0.2 V에서 강한 증가를 보이는 그래프는 백금 결정면에서 수소 탈착에 의해 나타나는 결과로서 합성된 PtCo 나노합금이 입방 모양임을 나타내고 있다. 또한, 표면안정제의 효과적인 제거로 인하여 이론상의 입방 모양 PtCo 촉매의 표면적과 실제 표면적 값이 거의 일치하는 것을 알 수 있다.
시험예 4: 입방 모양 PtCo 나노합금 촉매의 산소환원반응 활성 측정
상기 시험예 3과 동일하게 입방 모양 PtCo 잉크 용액 5㎕을 주사기를 이용해 탄소 전극 표면에 주입시켰다. 이 전극을 입방 모양 PtCo 잉크 용액이 골고루 3 mm 지름 원반의 전 영역에 입힐 수 있도록 주의를 기울여 70℃ 오븐에서 건조하였다.
산소환원반응의 활성 측정법은 0.5 M 의 황산용액을 사용하여, 포화된 산소 분위기 하에서 10 mV/s 의 전위차를 주며 0.0 ~ 1.0 V 사이의 전압범위 내에서 촉매활성을 측정하고 그 결과를 도 3B에 나타내었다.
도 3B의 산소환원반응의 활성 그래프에서 실시예 2에 의해 제조한 입방 모양의 PtCo 나노합금 촉매(실선)의 중간지점 전류값(half-wave potential)이 상업용 촉매(Johnson Matthey catalyst)(점선) 보다 4배정도 높음을 알 수 있다. 결국, 이러한 균일한 입방 모양 PtCo 나노입자의 합성과 효과적인 표면안정제의 제거로 제조된 촉매는 전기화학적 성질에서 우수한 촉매활성을 보여줌을 알 수 있다.
도 1의 A는 본 발명에서 제조된 입방 모양의 PtCo 나노합금의 저배율 투과전자현미경 사진이고, B는 고배율 투과전자현미경 사진이며, C는 선택적 전자 투과 패턴 사진이다.
도 2는 본 발명에서 제조된 입방 모양의 PtCo 나노합금을 탄소지지체에 흡착시킨 투과전자현미경 사진이다.
도 3의 A는 본 발명에서 제조되어진 입방 모양의 PtCo 나노합금 촉매(실선)와 상업용 촉매(점선)의 순환전압전류곡선을 나타낸 그래프이고, B는 산소환원반응의 활성을 나타낸 그래프이다.

Claims (11)

  1. 백금전구체, 코발트전구체, 표면안정제 및 환원제를 용매에 용해시켜 용액을 제조하는 단계;
    상기 용액을 비활성기체 분위기하에서 200℃까지 승온시키는 단계;
    상기 용액의 온도를 유지하여 입방 모양의 PtCo 나노합금을 얻는 단계;
    상기 입방 모양의 PtCo 나노합금을 탄소지지체에 흡착시켜 촉매를 얻는 단계; 및
    상기 촉매의 표면안정제를 제거하는 단계;
    를 포함하는 입방 모양 PtCo 나노합금 촉매의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 백금전구체는 백금(Ⅱ)아세틸아세토네이트, 백금 클로라이드 및 백금 헥사아세틸아세토네이트 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 입방 모양 PtCo 나노합금 촉매의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 코발트전구체는 디코발트옥타카르보닐, 코발트 클로라이드 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 입방 모양 PtCo 나노합금 촉매의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 표면안정제는 올레익산, 올레일아민, 트라이옥틸포스핀(trioctylphosphine) 및 트라이페닐포스핀(triphenylphosphine) 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 입방 모양 PtCo 나노합금 촉매의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 환원제는 1,2-헥사데칸디올(1,2-hexadecanediol), 에틸렌 글라이콜(ethylene glycol) 및 1,5-펜타디올(1,5-pentadiol) 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 입방 모양 PtCo 나노합금 촉매의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 용매는 디옥틸에테르(dioctylether), 에틸렌 글라이콜(ethylene glycol), 1-옥타데신(1-octadecene) 및 벤질에테르(benzylether) 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 입방 모양 PtCo 나노합금 촉매의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 비활성기체는 질소, 헬륨, 아르곤, 네온, 크립톤, 크세논 및 라돈 중에서 선택된 어느 하나 이상의 기체인 것을 특징으로 하는 입방 모양 PtCo 나노합금 촉매의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 승온은 120℃에서 200℃까지 0.5 ~ 10 ℃/분 의 속도로 실시하고, 입방 모양의 PtCo 나노합금을 얻기 위해 200℃에서 60 ~ 90분 동안 유지하는 것을 특징으로 하는 입방 모양 PtCo 나노합금 촉매의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소지지체는 케첸블랙, 탄소나노튜브 및 플러렌 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 입방 모양 PtCo 나노합금 촉매의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 표면안정제 제거제는 디에틸에테르인 것을 특징으로 하는 입방 모양 PtCo 나노합금 촉매의 제조방법.
  11. 삭제
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