KR101333733B1 - A method for preparing Pt-ZSM-5 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 a)백금 공급원 용액을 제조하고, b) 제올라이트 함유 분산액에 상기 백금 공급원을 첨가하여 혼합물을 제조하고,c)상기 혼합물을 환원시킨 후 여과하여 여과물을 얻고,d) 상기 여과물을 건조하는 단계를 포함하는 연료전지용 제올라이트에 담지된 백금 촉매의 제조방법에 관한 것으로, 백금이 첨가된 제올라이트를 이용하여 촉매극을 제조할 수 있어서 백금의 담지량을 최소화하면서 반응에 참여하는 백금 촉매의 이용도를 극대화시키는 효과가 있다.The present invention provides a) a platinum source solution, b) adding the platinum source to a zeolite-containing dispersion to prepare a mixture, c) reducing the mixture and filtering to obtain a filtrate, and d) filtering the filtrate. The present invention relates to a method for producing a platinum catalyst supported on a zeolite for a fuel cell, comprising the step of drying. The use of a platinum catalyst that participates in a reaction while minimizing the amount of platinum supported by the production of a catalyst electrode using a zeolite to which platinum is added. It is effective to maximize the degree.

Description

제올라이트 탄소 복합 전극의 제조방법{A method for preparing Pt-ZSM-5}Manufacturing method of zeolite carbon composite electrode {A method for preparing Pt-ZSM-5}

본 발명은 제올라이트/탄소 복합 전극의 제조방법, 구체적으로는 ZSM-5에 이온 교환된 백금 촉매 (이하 Pt-ZSM-5)를 수소연료전지의 촉매극으로 하여 막전극 접합체(MEA;membrane electrode assembly)를 제조하는 방법에 관한 것으로 백금이 담지된 제올라이트를 촉매층으로 하여 anode에는 수소, cathode에는 산소를 연료로 하여 전기를 발생하는 PEMFC의 전극 제조에 관한 방법에 관한 것이다.The present invention provides a method for producing a zeolite / carbon composite electrode, specifically, a membrane electrode assembly (MEA) using a platinum catalyst ion exchanged to ZSM-5 (hereinafter Pt-ZSM-5) as a catalyst electrode of a hydrogen fuel cell. The present invention relates to a method for producing an electrode of a PEMFC which generates electricity by using a zeolite loaded with platinum as a catalyst layer and hydrogen at the anode and oxygen at the cathode.

일반적으로 수소이온교환 전해질막 연료전지 (PEMFC)는 고에너지 전환효율과 높은 전기밀도를 가지면서 오염물질의 배출이 거의 없기 때문에 고정형 및 이동형 응용 분야에 대체 에너지 전환장치로 많은 각광을 받고 있다. 그러나 장기 운용에 따른 안정성 및 MEA의 제조 단가가 높은 단점이 지적되어 왔다. MEA중 가장 비용이 많이 드는 부분이 전기 화학 촉매로 백금이 촉매 전극으로 사용되고 있다. 그러나 백금 촉매는 고가, 비활성화 및 cathode에서의 느린 환원반응이 단점으로 지적되어 오고 있다. 이중 가장 큰 문제점으로는 높은 Pt 담지량에도 불구하고 반응에 참여하는 백금의 이용도가 매우 낮다는 점이다. 기존의 전극을 제조하는 방법은 Pt/C agglomerate을 나피온 이오노머 용액과 혼합하고 데칼법, 블레이드법 또는 스프레이 법을 이용하여 다공성 지지체 위에 코팅하는 방법이 주로 이용되고 있다. 기존의 방법으로 제조된 촉매 전극층은 3상 반응 구역(three phase reaction zone)으로 알려진 고분자 전해질과 반응물에 노출된 백금 촉매 사이의 경계면으로 반응이 제한되므로 촉매반응에 참여하지 않는 비활성의 촉매가 존재하는 단점이 있다. 따라서 최근에는 매우 작은 백금 촉매 입자를 고분자 전해질과 전극 사이의 경계면에 침착시키는 방법이 제안되고 있다. 백금 담지량을 최소화하면서 반응에 최대한 이용하기 위해서는 적은 양의 백금으로 반응에 참여하는 백금 활성점을 극대화시키는 방안, 활성층 두께의 최소화(25 마이크론 이하), 탄소에 지지된 백금 입자의 크기를 최소화하는 방안 등이 제안되고 있다. 그러나 백금 촉매 입자 일부가 기체 확산층(gas diffusion layer, GDL)과 전해질막으로 침투함으로 촉매층과 전해질막 사이의 경계면에서 일어나는 전기화학반응에 참여할 수 없는 단점이 있다. 이러한 문제를 극복하기 위해서 백금 촉매를 담지하기 위해 탄소 나노튜브(CNT), 탄소 나노 화이버, 다공성 탄소, 흄드 실리카 및 제올라이트 등과 같은 지지체 개발에 많은 연구가 진행되어 왔다. BACKGROUND ART In general, hydrogen ion exchange electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) have high energy conversion efficiency and high electric density, and have almost no emission of pollutants, and thus are attracting much attention as alternative energy conversion devices for fixed and mobile applications. However, it has been pointed out that the long-term stability and the high manufacturing cost of the MEA. The most expensive part of MEA is electrochemical catalyst, and platinum is used as catalyst electrode. Platinum catalysts, however, have been pointed out by their high cost, deactivation and slow reduction in the cathode. The biggest problem is that despite the high loading of Pt, the utilization of platinum in the reaction is very low. Conventional methods for preparing electrodes are mainly used by mixing Pt / C agglomerate with Nafion ionomer solution and coating the porous support using a decal method, a blade method, or a spray method. The catalyst electrode layer prepared by the conventional method is limited to the interface between the polymer electrolyte known as the three phase reaction zone and the platinum catalyst exposed to the reactant, so that an inert catalyst that does not participate in the catalytic reaction exists. There are disadvantages. Recently, a method of depositing very small platinum catalyst particles on the interface between the polymer electrolyte and the electrode has been proposed. In order to minimize the amount of platinum loading and maximize the use of the reaction, it is necessary to maximize the platinum active point participating in the reaction with a small amount of platinum, minimize the thickness of the active layer (less than 25 microns), and minimize the size of the platinum particles supported on carbon. And the like have been proposed. However, since some of the platinum catalyst particles penetrate into the gas diffusion layer (GDL) and the electrolyte membrane, they cannot participate in the electrochemical reaction occurring at the interface between the catalyst layer and the electrolyte membrane. In order to overcome this problem, much research has been conducted on the development of supports such as carbon nanotubes (CNT), carbon nanofibers, porous carbon, fumed silica, and zeolites to support platinum catalysts.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하고 상기의 필요성에 의하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 백금의 담지량을 최소화하면서 반응에 참여하는 백금 촉매의 이용도를 극대화시키는 백금 촉매를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems and by the necessity of the above, an object of the present invention to provide a platinum catalyst that maximizes the utilization of the platinum catalyst to participate in the reaction while minimizing the amount of platinum.

본 발명의 다른 목적은 상기 백금 촉매 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for preparing the platinum catalyst.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 촉매를 이용한 수소이온교환 전해질막 연료전지의 전극을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide an electrode of a hydrogen ion exchange electrolyte membrane fuel cell using the catalyst.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 전극의 제조방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing the electrode.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 백금 공급원 용액을 제조하고, 제올라이트 함유 분산액에 상기 백금 공급원을 첨가하여 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 환원시킨 후 여과하여 여과물을 얻고, 상기 여과물을 건조하는 단계를 포함하는 연료전지용 제올라이트에 담지된 백금 촉매의 제조방법을 통하여, 백금/탄소, 제올라이트에 담지된 백금 촉매 및 탄소를 포함한 용액을 기체 확산 기판 상에 증착하되, 상기 백금/탄소와 제올라이트에 담지된 백금 촉매의 무게비는 5:5 이다.In order to achieve the above object, the present invention provides a platinum source solution, the platinum source is added to a zeolite-containing dispersion to prepare a mixture, the mixture is reduced and then filtered to obtain a filtrate, and the filtrate is dried Through a method for producing a platinum catalyst supported on a zeolite for fuel cells, comprising depositing a solution containing platinum / carbon, a platinum catalyst supported on a zeolite, and carbon on a gas diffusion substrate, the platinum / carbon and zeolite The weight ratio of the supported platinum catalyst is 5: 5.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 백금/탄소와 Pt-ZSM-5의 무게비는 연료전지의 성능 발현에 영향을 미친다(도 8b). 백금/탄소를 첨가하는 이유는 제올라이트는 전기 전도성이 매우 낮아 수소극에서 수소의 환원에 의하여 발생하는 전자의 이동이 원활하지 않기 때문에 전기 전도성이 우수한 탄소를 첨가하여 전기 전도성을 원활하게 하게 하는 역할을 한다. 그러나 백금/탄소를 너무 많이 첨가하는 경우 예를 들어 8:2 이상인 경우 제올라이트의 특성, 즉, 이미 기술한 GDL 층이나 멤브레인으로 백금의 손실이 야기되어 백금의 이용도가 감소하게 되고 따라서 동일한 양의 백금 담지량에서는 전지 성능이 저하되는 결과를 초래할 수 있다. 도 8b에서 보는 바와 같이 Pt/C 대 Pt-ZSM-5의 비가 5:5일 때 전지 성능이 가장 우수한 것을 알 수 있다. 반면에 Pt-제올라이트의 양이 너무 많아지는 경우에는 마찬가지로 전기 전도성이 감소하게 되어 이 또한 전지 성능의 감소를 초래할 수 있다. 도 8b에서 보면 Y2(Pt/C: Pt/Z= 7:3)와 Y4(Pt/C: Pt/Z=4:6)를 비교할 경우 Y4가 high current density에서 성능이 우수한 것을 알 수 있다. 이유는 Pt/C가 많은 경우 Pt가 탄소 겉 표면에 담지되어 있기 때문에 (Y4의 경우에는 Pt의 상당량이 제올라이트 기공내에 존재) cathode에서 O2의 환원이 더 진행되어 생성되는 물의 양이 급격히 많아져 water flooding 현상에 의한 물질 전달이 원활하게 이루어지지 않기 때문이다. 따라서 백금/탄소와 백금/제올라이트의 무게비를 적절하게 사용하는 것이 전지 성능을 향상시킬 수 있다. 따라서 상기 백금/탄소와 본 발명의 제올라이트에 담지된 백금 촉매의 무게비는 7:3∼4:6인 것이 바라직하나 이에 한정되지 아니한다.In one embodiment of the present invention, the weight ratio of platinum / carbon to Pt-ZSM-5 affects the performance expression of the fuel cell (FIG. 8B). The reason for the addition of platinum / carbon is that zeolite has a very low electrical conductivity, so that the movement of electrons generated by the reduction of hydrogen in the hydrogen electrode is not smooth. do. However, if too much platinum / carbon is added, e.g. above 8: 2, the properties of the zeolite, i.e. the loss of platinum into the previously described GDL layer or membrane, will lead to a decrease in the availability of platinum and thus an equal amount of Platinum loading may result in deterioration of battery performance. As shown in Figure 8b it can be seen that the battery performance is the best when the ratio of Pt / C to Pt-ZSM-5 is 5: 5. On the other hand, if the amount of Pt-zeolite is too large, the electrical conductivity is likewise reduced, which may also lead to a decrease in battery performance. In FIG. 8B, when comparing Y2 (Pt / C: Pt / Z = 7: 3) and Y4 (Pt / C: Pt / Z = 4: 6), it can be seen that Y4 has excellent performance at high current density. The reason is turned, because if the Pt / C number of Pt is supported on the carbon outer surface (in the case of Y4 include a significant amount of Pt present in the zeolite pores), the amount of water to be generated is conducted further the reduction of O 2 in the cathode rapidly increased This is because mass transfer due to water flooding is not performed smoothly. Therefore, proper use of the weight ratio of platinum / carbon and platinum / zeolite can improve battery performance. Therefore, the weight ratio of the platinum / carbon and the platinum catalyst supported on the zeolite of the present invention is preferably 7: 3 to 4: 6, but is not limited thereto.

또한 본 발명은 a)백금/탄소를 포함한 용액을 기체 확산 기판 상에 증착하는 단계; 및 b) 제5항의 제올라이트에 담지된 백금 촉매 및 탄소를 포함한 용액을 상기 증착된 기판 상에 증착하는 단계를 포함하는 제올라이트에 담지된 백금 촉매 층과 백금/탄소 층을 교대로 기체 확산 기판 상에 적층하여 연료전지를 제조하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of a) depositing a solution containing platinum / carbon on a gas diffusion substrate; And b) depositing a solution comprising a platinum catalyst and carbon supported on the zeolite of claim 5 on the deposited substrate, wherein the platinum catalyst layer and platinum / carbon layer supported on the zeolite are alternately deposited on the gas diffusion substrate. Provided is a method of manufacturing a fuel cell by laminating.

이하 본 발명을 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described.

대부분의 연료 전지는 테트라플루오로에틸렌 (TFE) 및 퍼플루오로술포닐 플루오라이드 에톡시 프로필 비닐 에테르(PSEPVE)와 같은, 술폰산 그룹을 포함하는 퍼플루오로화된 모노머의 코폴리머를 이용한다. 그러한 코폴리머의 하나로 NAFION® (E. I. duPont de Nemours and Co., Wilmington, Delaware, USA)이 시판되며 또는 비슷한 시판되는 물질이 있다. 이러한 물질들은 최종 형태가 막 형태-예를 들어, 후속 사용을 위해 편평한 직사각형 또는 정사각형 구조를 가지는 비열가소성 형태-로 자주 제공되고 본 발명의 일 구체예에 있어서도 나피온을 사용하였다.Most fuel cells utilize copolymers of perfluorinated monomers containing sulfonic acid groups, such as tetrafluoroethylene (TFE) and perfluorosulfonyl fluoride ethoxy propyl vinyl ether (PSEPVE). One such copolymer is NAFION® (E. I. duPont de Nemours and Co., Wilmington, Delaware, USA) available commercially or similarly. These materials are often provided in the form of membranes, eg, non-thermoplastic forms having flat rectangular or square structures for subsequent use, and Nafion is also used in one embodiment of the present invention.

또한 PVP 와 같은 복소 고리를 갖는 유기 고분자를 본 발명의 조성물 중에 첨가하면, 그 조성물을 사용하여 형성한 도막의 표면 거침도를 저하시키는 효과를 갖는다. 그 때문에, 상기 유기 고분자의 첨가 비율을 조정함으로 써, 원하는 표면 거침도를 갖는 도막 표면을 형성할 수 있다. 유기 고분자의 함유율은 금속 입자의 0.1 ∼ 20 질량% 의 범위 내에서 선택된다. 이 중, 첨가되는 종류 따라 상이하기도 하지만, 유기 고분자의 함유율은 대체로 0.2 ∼ 10.0 질량% 의 범위 내가 보다 바람직하다. 유기 고분자의 함유율을 금속 입자의 0.1 ∼ 20 질량% 의 범위 내로 한 것은, 0.1 질량% 미만에서는 소결을 억제하는 효과를 얻지 못하고, 또한 형성한 막과 기재의 밀착성을 충분히 얻을 수 없기 때문이고, 20 질량% 를 초과하면 비저항 및 반사율이 저하되는 문제를 일으키기 때문이다. 구체적으로는, PVP 의 공중합체로는 PVP-메타크릴레이트 공중합체, PVP-스티렌 공중합체, PVP-아세트산비닐 공중합체 등을 들 수 있다. 또 셀룰로오스에테르로는 히드록시프로필메틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 히드록시에틸메틸셀룰로오스 등을 들 수 있다.Moreover, when the organic polymer which has a heterocyclic ring like PVP is added to the composition of this invention, it has the effect of reducing the surface roughness of the coating film formed using this composition. Therefore, the coating film surface which has a desired surface roughness can be formed by adjusting the addition ratio of the said organic polymer. The content rate of an organic polymer is selected in the range of 0.1-20 mass% of a metal particle. Among them, although the content differs depending on the kind to be added, the content of the organic polymer is more preferably in the range of 0.2 to 10.0 mass%. The content of the organic polymer is in the range of 0.1 to 20% by mass of the metal particles because the effect of suppressing sintering is not obtained at less than 0.1% by mass, and the adhesion between the formed film and the substrate cannot be sufficiently obtained. It is because when it exceeds mass%, the problem that a specific resistance and a reflectance will fall will fall. Specifically, examples of the copolymer of PVP include PVP-methacrylate copolymer, PVP-styrene copolymer, PVP-vinyl acetate copolymer and the like. Examples of the cellulose ether include hydroxypropylmethylcellulose, methylcellulose, and hydroxyethylmethylcellulose.

본 발명에서는 직접 백금을 제올라이트에 담지시키는 방법을 통하여 백금의 담지량을 최소화하면서 반응에 참여하는 백금 촉매의 이용도를 극대화시키는 방법에 관한 것이다. 더욱이 PEMFC용 전극에 제올라이트를 담지시키는 방법의 장점으로는 이미 기술한 바와 같이 백금을 제올라이트 표면뿐만 아니라 제올라이트 내의 기공속에 담지함으로 백금 담지량을 최소화하고 백금의 손실을 줄이는 것을 들 수 있다. 그러나 이미 알려진 것과 같이 탄소는 전기 전도도가 우수한 반면 제올라이트는 전기 절연체이다. 따라서 제올라이트 단독으로는 촉매 지지체로서 사용될 수 없고 촉매 활성 및 전기 전도도를 발현하기 위해서는 제올라이트/탄소 복합체가 사용되어야 한다. 또한 제올라이트는 비교적 낮은 골격 밀도를 가지고 있기 때문에 정해진 양의 백금을 담지하기 위해서는 제올라이트/백금 촉매층의 두께가 약간 증가하는 것을 피할 수 없다. 따라서 본 발명에서는 백금이 담지된 제올라이트와 백금이 담지된 탄소를 촉매극의 제조에 사용하여 백금이 담지된 제올라이트/탄소 복합 촉매층 및 백금이 담지된 제올라이트층과 백금이 담지된 탄소층을 교대로 코팅하여 제조한 전극을 제조함으로서 백금이 첨가된 제올라이트를 이용하여 촉매극을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of maximizing the utilization of a platinum catalyst participating in the reaction while minimizing the amount of platinum supported by directly supporting platinum on zeolite. Further, the advantages of the method of supporting the zeolite on the electrode for PEMFC, as described above, is to minimize the amount of platinum and reduce the loss of platinum by supporting the platinum in the pores in the zeolite as well as the surface of the zeolite. However, as is known, carbon is an excellent electrical conductivity while zeolite is an electrical insulator. Therefore, zeolite alone cannot be used as a catalyst support and a zeolite / carbon composite must be used to express catalytic activity and electrical conductivity. In addition, since the zeolite has a relatively low skeleton density, a slight increase in the thickness of the zeolite / platinum catalyst layer is inevitable to support a predetermined amount of platinum. Therefore, in the present invention, the platinum-supported zeolite and platinum-supported carbon are used for the preparation of the catalytic electrode, and the platinum-supported zeolite / carbon composite catalyst layer and the platinum-supported zeolite layer and the platinum-supported carbon layer are alternately coated. The present invention relates to a method for producing a catalytic electrode using a zeolite to which platinum is added by manufacturing an electrode manufactured by the present invention.

본 발명을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in more detail as follows.

본 발명의 ZSM-5를 제조하는 데는 다양한 종류의 유기 물질이 구조 형성을In preparing the ZSM-5 of the present invention, various types of organic materials

위한 템플레이트로 사용되어 왔다. 지금까지 ZSM-5의 구조 형성에 유효한 것으로 알려진 유기 물질들 중에서 테트라 프로필 암모늄 양이온이 가장 우수한 템플레이트 효과를 띄는 것으로 알려져 왔고, 실제로 현재 시판되고 있는 ZSM-5는 대부분 상기 물질을 이용하여 합성되고 있다. 그러나 테트라 프로필 암모늄이 우수한 템플레이팅 효과를 나타내는 물질임에도 불구하고, 상기 물질을 포함한 다른 유기 물질을 템플레이트로 사용하는 것을 배제하려는 연구들이 시도되었는바, 몇몇 공정이 개발되어 있다. 한편, 유기 템플레이트를 배제하려는 이유는 이러한 물질의 가격이 매우 비싸고, 독성이 매우 강하여 환경 오염의 위험이 높은데 첫번째 이유를 들 수 있다. 유기 템플레이트를 사용하여 ZSM-5를 합성하는 경우 미반응 물질 속에 함유된 독성의 유기 물질을 처리하는데 따른 이차 비용이 필수적이고 환경 오염의 위험이 매우 높다. 또한, 상기 유기 물질을 사용하여 제조된 ZSM-5의 결정 입자 속에 존재하는 유기 물질은 촉매로 사용하기 전에 반드시 550℃에서 하소하여 열분해 제거해야 하는데 하소에 의한 제거 과정에서 열분해가 완전히 일어나지 않는 경우에는 기공의 폐색을 초래하여 촉매 활성에 치명적인 결함을 초래할 수 있다. 또한, 하소에 따른 추가적인 비용 부담 및 유기 물질의 열 분해시 발생되는 배출 가스에 의한 대기 오염을 피할 수 없다. 따라서, 상술한 난점들을 극복하기 위하여 Flanigen 등은 미국특허번호 제4,257,885호(1981)에서 유기물질의 배제 하에 결정 종을 사용하거나 또는 사용하지 않은 상태에서 ZSM-5를 합성하는 방법을 처음 보고하였다. 그러나, 상기 방법은 반응 시간이 68∼120시간으로 매우 긴 단점이 있다.It has been used as a template for. So far, tetrapropyl ammonium cation has been known to have the best template effect among the organic materials known to be effective in forming the structure of ZSM-5, and in fact, most commercially available ZSM-5 is synthesized using the above materials. However, although tetrapropyl ammonium is a material that exhibits good template effects, studies have been attempted to exclude the use of other organic materials, including these, as templates, and several processes have been developed. On the other hand, the reason for excluding the organic template is the first reason that the price of such a material is very expensive and the toxicity is so strong that the risk of environmental pollution is high. In the synthesis of ZSM-5 using organic templates, secondary costs associated with the treatment of toxic organics in unreacted materials are essential and the risk of environmental pollution is very high. In addition, the organic material present in the crystal grains of ZSM-5 prepared using the organic material should be calcined at 550 ° C. and pyrolyzed before being used as a catalyst. When pyrolysis does not occur completely during the removal process by calcination, Occlusion of pores can lead to fatal defects in catalytic activity. In addition, the additional cost of calcination and air pollution by the exhaust gas generated during thermal decomposition of organic materials is inevitable. Therefore, in order to overcome the above-mentioned difficulties, Flanigen et al. First reported a method of synthesizing ZSM-5 with or without crystalline species in the absence of organic materials in US Pat. No. 4,257,885 (1981). However, this method has a very long reaction time of 68 to 120 hours.

Kuhl의 미국특허번호 제4,565,681호(1986)는 산 처리한 알루미나 원에 실리카 원을 혼합하여 150∼200℃에서 8∼48시간의 반응 시간 동안 유기 템플레이트 배제 하에서 ZSM-5를 합성하는 방법을 개시하고 있다. 또한, Klocke는 미국특허번호 제5,240,892호(1993)에서 황산으로 중화시킨 실리카 전구체로부터 유기 템플레이트 배제 하에서 ZSM-5를 합성하는 방법을 제시하였다. 그러나, 상기 문헌에 제시된 방법에 따르면, 결정화를 촉진시키는 결정 종을 첨가하여 비교적 높은 220℃의 온도에서 반응을 수행하였음에도 불구하고 결정화도가 단지 최고 75% 정도에 미치는 단점이 있다. 따라서 본 발명의 ZSM-5를 합성하는 방법과 관련하여서는 본 발명의 발명자의 대한민국 등록특허 10-0528672에 기재된 방법으로 제조하는 것이 바람직하다. Kuhl's U.S. Pat.No. 4,565,681 (1986) discloses a process for synthesizing ZSM-5 under organic template exclusion for 8 to 48 hours at 150-200 ° C. by mixing a silica source with an acid treated alumina source. have. Klocke also proposed a method for synthesizing ZSM-5 under organic template exclusion from silica precursors neutralized with sulfuric acid in US Pat. No. 5,240,892 (1993). However, according to the method disclosed in the above document, even though the reaction was performed at a relatively high temperature of 220 ° C. by adding crystal species that promote crystallization, there is a disadvantage that the crystallinity is only up to about 75%. Therefore, with respect to the method for synthesizing the ZSM-5 of the present invention, it is preferable to prepare by the method described in the Republic of Korea Patent No. 10-0528672 of the inventor of the present invention.

이와 관련하여 지금까지 보고된 유기 템플레이트 배제 하에서 ZSM-5를 합성하는 방법을 요약하면, 결정화를 촉진시키는 결정 종을 사용하거나 또는 적절한 겔 전구체를 형성하기 위하여 산 용액을 첨가하여 알루미나 원을 중화시키는 방법In this regard, a summary of the method for synthesizing ZSM-5 under the exclusion of organic templates reported so far is to neutralize the alumina source by using crystal species that promote crystallization or by adding acid solution to form a suitable gel precursor.

들이 적용되어 왔으며, 반응 시간이 일반적으로 길다는 단점이 있었다. 상기 대한민국 등록특허 10-0528672에 기재된 방법은 유기 템플레이트 및 결정 종을 사용하지 않은 ZSM-5 제조용 반응 혼합물을 상대적으로 높은 온도에서 핵 생성 반응시킨 후에 상대적으로 낮은 온도에서 결정화 반응시키는 2 단계 가변 온도 공정을 통하여 결정의 크기 및 입도 분포를 자유롭게 조절할 수 있고 불순물이 함유되지 않은, 실질적으로 100 %의 결정화도를 갖는 ZSM-5의 제조방법에 관한 것으로, 유기 템플레이트 및 결정 종을 사용하지 않고 결정의 크기를 자유롭게 조절하면서 결정 크기Has been applied, and the reaction time is generally long. The method described in Korean Patent No. 10-0528672 is a two-step variable temperature process in which a reaction mixture for preparing ZSM-5, which does not use an organic template and crystalline species, is nucleated at a relatively high temperature and then crystallized at a relatively low temperature. The present invention relates to a method for preparing ZSM-5 having a crystallinity of substantially 100%, free of control of crystal size and particle size distribution, and free of impurities. The size of crystals is reduced without using organic templates and crystal species. Crystal size while adjusting freely

분포가 균일하고 결정화도가 높은 ZSM-5의 제조방법으로 실리카 원, 알칼리 금속 산화물 원, 알루미나 원 및 물로 이루어지며, 몰 기준으로 M2O/SiO2 0.07∼0.14, H2O/SiO2 15∼42, 및 SiO2/Al2O3 20∼100인 조성을 갖는 반응 혼합물을 제공하는 단계, 상기에서 M은 알칼리 금속 이온임; 상기 반응 혼합물을 제조하고자 하는 ZSM-5의 결정 크기 및 입도 분포에 따라 2∼20 시간의 범위 내에서 조절된 시간 동안 180∼210℃의 온도에서 유지시켜 핵 생성 반응시키는 단계; 및 상기 핵 생성된 반응물을 130∼170℃에서 10∼200시간 동안 유지시켜 결정화 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 대한민국 등록특허 10-0528672에 기재된 방법의 바람직한 일 구체예에 따르면, 실리카 원, 알칼리 금속 산화물 원 및 물을 혼합한 제1 수용액을 제공하는 단계;알루미나 원, 알칼리 금속 산화물 원 및 물을 혼합한 제2 수용액을 제공하는 단계; 상기 제1 수용액 및 제2 수용액을 혼합하되, 선택적으로 물을 더 첨가하여 몰 기준으로 M2O/SiO2 0.07∼0.14, H2O/SiO 2 15∼42, 및 SiO2/Al2O3 20∼100인 조성 범위를 갖는 반응 혼합물을 제공하는 단계; 상기 반응 혼합물을 제조하고자 하는 ZSM-5의 결정 크기 및 입도 분포에 따라 2∼20 시간의 범위 내에서 조절된 시간 동안 180∼210℃의 온도에서 유지시켜 핵 생성 반응시키는 단계; 및 상기 핵 생성된 반응물을 130∼170℃에서 10∼200시간 동안 유지시켜 결정화 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징하며, 기타 구체적인 제조방법은 대한민국 등록특허 10-0528672의 실시예 등을 참조.ZSM-5, which has a uniform distribution and high crystallinity, is composed of silica source, alkali metal oxide source, alumina source and water, and M2O / SiO2 0.07 ~ 0.14, H2O / SiO2 15 ~ 42, and SiO2 / Al2O3 on a molar basis. Providing a reaction mixture having a composition of 20 to 100, wherein M is an alkali metal ion; Nucleating by maintaining the reaction mixture at a temperature of 180 to 210 ° C. for a controlled time within a range of 2 to 20 hours depending on the crystal size and particle size distribution of ZSM-5 to be prepared; And maintaining the nucleated reactant at 130 to 170 ° C. for 10 to 200 hours for crystallization reaction. According to one preferred embodiment of the method described in Korean Patent No. 10-0528672, providing a first aqueous solution in which a silica source, an alkali metal oxide source and water are mixed; an agent that mixes an alumina source, an alkali metal oxide source and water Providing 2 aqueous solution; The first aqueous solution and the second aqueous solution are mixed, but optionally, further water is added to have a composition range of M 2 O / SiO 2 0.07 to 0.14, H 2 O / SiO 2 15 to 42, and SiO 2 / Al 2 O 3 20 to 100. Providing a mixture; Nucleating by maintaining the reaction mixture at a temperature of 180 to 210 ° C. for a controlled time within a range of 2 to 20 hours depending on the crystal size and particle size distribution of ZSM-5 to be prepared; And maintaining the nucleated reactant at 130 to 170 ° C. for 10 to 200 hours for crystallization reaction. For other specific manufacturing methods, see Examples of Korean Patent No. 10-0528672.

본 명세서의 기재를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서는 백금이 담지된 제올라이트와 백금이 담지된 탄소를 촉매극의 제조에 사용하여 백금이 담지된 제올라이트/탄소 복합 촉매층 및 백금이 담지된 제올라이트층과 백금이 담지된 탄소층을 교대로 코팅하여 제조한 전극을 제조함으로서 백금이 첨가된 제올라이트를 이용하여 촉매극을 제조할 수 있어서 백금의 담지량을 최소화하면서 반응에 참여하는 백금 촉매의 이용도를 극대화시키는 효과가 있다.As can be seen through the description of the present specification, in the present invention, a platinum-supported zeolite / carbon composite catalyst layer and a platinum-supported zeolite layer are used in the production of a catalyst electrode using platinum-supported zeolite and platinum-supported carbon. By manufacturing an electrode prepared by alternately coating a carbon layer carrying platinum and platinum, a catalyst electrode can be prepared using a zeolite to which platinum is added, thereby maximizing the utilization of the platinum catalyst participating in the reaction while minimizing the supporting amount of platinum. It is effective to let.

도 1a는 실시예 1에 따른 백금에 대한 XRD 패턴이며 도 1b는 얻어진 생성물에 대한 TEM(Transmission Electron Micrograph)으로 백금의 크기를 분석하였고 도 1c는 백금 크기의 분포이다.
도 2a는 실시예 2에 따른 백금에 대한 XRD 패턴이며, 도 2b는 얻어진 생성물에 대한 TEM(Transmission Electron Micrograph)으로 백금의 크기를 분석하였고, 도 2c는 백금 크기의 분포이다.
도 3a는 실시예 3에 따른 백금에 대한 XRD 패턴이며, 도3b는 얻어진 생성물에 대한 TEM (Transmission Electron Micrograph)으로 백금의 크기를 분석하였고, 도 3c는 백금 크기의 분포이다.
도 4a는 실시예 4에 따른 백금에 대한 XRD 패턴이며, 도 4b는 얻어진 생성물에 대한 TEM(Transmission Electron Micrograph)으로 백금의 크기를 분석하였고, 도 4c는 백금 크기의 분포이다.
도 5a는 실시예 5에 따른 백금에 대한 XRD 패턴이며 도 5b는 얻어진 생성물에 대한 TEM(Transmission Electron Micrograph)으로 백금의 크기를 분석하였고, 도 5c는 백금 크기의 분포이다.
도 6a는 실시예 6에 따른 alternate catalyst layer electrode에 대한 도식을 나타낸 그림이고 도 6b는 상기 제조된 도 6a 에 나타낸 alternate catalyst layer 전극을 anode로 하여 제조한 MEA에 대한 cell performance를 나타내는 그림이다. 도 6b에서 GCZC는 Gas diffusion layer-Carbon-Zeolite Catalyst의 약자로서, GCZC1은 실시 예 1로 제조된 Pt-ZSM-5을 이용하여, 전극 제조시, Gas diffusion layer에 백금/탄소, Pt-ZSM-5를 순차적으로 층을 이루게 만들어 만든 전극이며, GCZC4는 실시 예 4로 제조된 Pt-ZSM-5을 이용하여,전극 제조시, Gas diffusion layer에 백금/탄소, Pt-ZSM-5를 순차적으로 층을 이루게 만들어 만든 전극이다. 또한 Commercial로 사용한 상용 백금/탄소의 상세 내역은 "BASF Fuel Cell Inc., 40% Pt on Vulcan XC-72"이다.
도 7a는 실시예 7에 따라 제조한 복합막에 대한 개략도이고 도 7b는 이를 사용하여 제조한 MEA에 대한 cell performance 결과이다. 도 7에서 COMP는 Composite의 약자로서,COMP1은 실시 예 1로 제조된 Pt-ZSM-5을 이용하여, 전극 제조시, Gas diffusion layer에 백금/탄소, Pt-ZSM-5를 잉크 제조시 혼합하여 만든 혼합물로 촉매 층을 이룬 전극이고, COMP2은 실시 예 2로 제조된 Pt-ZSM-5을 이용하여,전극 제조시, Gas diffusion layer에 백금/탄소, Pt-ZSM-5를 잉크 제조시 혼합하여 만든 혼합물로 촉매 층을 이룬 전극이며, COMP3은 실시 예 3로 제조된 Pt-ZSM-5을 이용하여,전극 제조시, Gas diffusion layer에 백금/탄소, Pt-ZSM-5를 잉크 제조시 혼합하여 만든 혼합물로 촉매 층을 이룬 전극이고, COMP4은 실시 예 4로 제조된 Pt-ZSM-5을 이용하여,전극 제조시, Gas diffusion layer에 백금/탄소, Pt-ZSM-5를 잉크 제조시 혼합하여 만든 혼합물로 촉매 층을 이룬 전극이다. 실시 예 1,2,3,4는 액상에서 Pt-ZSM-5를 제조하는 방법이고, 실시 예 5는 기상에서 Pt-ZSM-5를 제조한 방법으로 실시 예 1,2,3,4는 기상으로 제조한 방법이 없다. 액상과 기상에 의하여 제조한 경우를 비교하기 위하여 실시한 것이다. 또한 Commercial로 사용한 상용 백금/탄소의 상세 내역은 "BASF Fuel Cell Inc., 40% Pt on Vulcan XC-72"이다.
도 8a는 실시예 8에 따라 제조한 MEA의 결과이고, 도 8b는 촉매 중 ZSM-5의 무게를 나타낸 표이다.
도 9의 (a), (b) 및 (c)는 composite catalyst layer에 대한 anode의 SEM 단면 사진이고 (d) 및 (e)는 alternate catalyst layer에 대한 단면 사진이며 (f)는 commercial Pt/C로 제조한 anode의 단면 사진이다.
FIG. 1A is an XRD pattern for platinum according to Example 1, and FIG. 1B is a TEM (Transmission Electron Micrograph) of the obtained product. The size of platinum is analyzed and FIG. 1C is a distribution of platinum sizes.
Figure 2a is an XRD pattern for platinum according to Example 2, Figure 2b was analyzed the size of the platinum in the transmission electron micrograph (TEM) for the obtained product, Figure 2c is a distribution of platinum size.
Figure 3a is an XRD pattern for platinum according to Example 3, Figure 3b was analyzed the size of the platinum in the transmission electron micrograph (TEM) for the obtained product, Figure 3c is a distribution of the platinum size.
Figure 4a is an XRD pattern for the platinum according to Example 4, Figure 4b was analyzed the size of the platinum in the transmission electron micrograph (TEM) for the obtained product, Figure 4c is a distribution of platinum size.
FIG. 5A is an XRD pattern for platinum according to Example 5, and FIG. 5B is a transmission electron micrograph (TEM) of the obtained product. The size of platinum is analyzed, and FIG. 5C is a distribution of platinum sizes.
FIG. 6A is a diagram showing a diagram of an alternate catalyst layer electrode according to Example 6, and FIG. 6B is a diagram showing cell performance of an MEA prepared by using the alternate catalyst layer electrode shown in FIG. 6A as an anode. In FIG. 6B, GCZC stands for Gas diffusion layer-Carbon-Zeolite Catalyst, and GCZC1 uses Pt-ZSM-5 prepared in Example 1 to prepare platinum, carbon, and Pt-ZSM- in the gas diffusion layer. 5 is an electrode made by layering sequentially, GCZC4 is a Pt-ZSM-5 prepared in Example 4, when manufacturing the electrode, platinum / carbon, Pt-ZSM-5 layer sequentially in the gas diffusion layer The electrode is made to make. In addition, the details of commercial platinum / carbon used as Commercial is "BASF Fuel Cell Inc., 40% Pt on Vulcan XC-72".
FIG. 7A is a schematic diagram of a composite membrane prepared according to Example 7 and FIG. 7B is a cell performance result for the MEA prepared using the same. In FIG. 7, COMP is an abbreviation of Composite, and COMP1 uses Pt-ZSM-5 manufactured in Example 1 to mix platinum / carbon and Pt-ZSM-5 in the gas diffusion layer at the time of manufacturing the electrode. The electrode is a catalyst layer electrode made of the mixture, COMP2 is prepared using the Pt-ZSM-5 prepared in Example 2, when the electrode is prepared, by mixing the platinum / carbon, Pt-ZSM-5 in the gas diffusion layer to prepare the ink The electrode is a catalyst layer made of a mixture made, COMP3 is prepared by using Pt-ZSM-5 prepared in Example 3, when the electrode is prepared, the platinum diffusion of carbon / carbon, Pt-ZSM-5 in the gas diffusion layer is mixed The electrode is a catalyst layer electrode made of the mixture, COMP4 is prepared by using the Pt-ZSM-5 prepared in Example 4, when the electrode is prepared, the platinum diffusion of carbon / carbon, Pt-ZSM-5 in the gas diffusion layer to prepare the ink It is an electrode layered with a catalyst mixture. Examples 1, 2, 3, and 4 are methods for preparing Pt-ZSM-5 in a liquid phase, and Example 5 are methods for preparing Pt-ZSM-5 in a gas phase. Examples 1, 2, 3, and 4 are gas phases. There is no manufacturing method. It is carried out to compare the case prepared by the liquid phase and the gas phase. In addition, the details of commercial platinum / carbon used as Commercial is "BASF Fuel Cell Inc., 40% Pt on Vulcan XC-72".
8A is the result of MEA prepared according to Example 8. FIG. 8B is a table showing the weight of ZSM-5 in the catalyst.
(A), (b) and (c) are SEM cross-sectional images of the anode for the composite catalyst layer, (d) and (e) are the cross-sectional pictures of the alternate catalyst layer, and (f) is commercial Pt / C. A cross-sectional picture of the anode manufactured by

이하, 비한정적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 의도로 기재한 것으로서 본 발명의 범위는 하기 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되지 아니한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of non-limiting examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention and the scope of the present invention is not to be construed as limited by the following examples.

실시예 1:Example 1:

비이커 1에 백금 원인 Pt(NH3)4Cl2( Aldrich사)0.2g을 넣고 물 20g을 가하여 용액을 만들었다. 1.2g의 ZSM-5을 넣고 250 rpm으로 60℃하에서 12시간 동안 교반하였다. 비이커 2에 에탄올과 물이 3 : 1로 혼합된 용액 1000g에 12g의 분자량 10,000의 폴리비닐피롤리돈 (이하, PVP 라고 함, Mol. Wt. 10,000,TCI사)을 60℃에서 혼합하였다. 비이커 1에서 교반된 용액을 비이커 2에 첨가하였고, 환원제인 NaBH4를 Pt(NH3)4Cl2와 NaBH4의 몰비 기준으로 1 : 4로 첨가하여, 60℃에서 3시간 동안 교반하였다. 비이커 2의 생성물을 기공 크기가 0.2 μm 인 멤브레인 필터를 이용하여 여과 분리한 후 증류수로 충분히 여과한 후 100℃에서 10 시간 건조 한 후 분말을 표 1에 요약된 바와 같이 500℃에서 5시간 동안 하소하였다. 백금이 생성 되었는지 확인하기 위하여 XRD 분석을 실시하여 생성물을 확인하였고, ICP 측정을 통하여 백금 담지량은 9.906 wt% 인 것을 확인 하였다. 1-a는 백금에 대한 XRD 패턴이며 1-b는 얻어진 생성물에 대한 TEM(Transmission Electron Micrograph)으로 백금의 크기를 분석 하였고 1-c는 백금 크기의 분포이다. 0.2 g of Pt (NH 3 ) 4 Cl 2 (Aldrich) was added to Beaker 1 to make a solution. 1.2 g of ZSM-5 was added thereto and stirred at 250 rpm for 12 hours at 60 ° C. Polyvinylpyrrolidone having a molecular weight of 10,000 g of 12 g in 1000 g of a solution of ethanol and water 3: 1 mixed in beaker 2 (Hereinafter referred to as PVP, Mol. Wt. 10,000, TCI) was mixed at 60 ° C. The solution stirred in beaker 1 was added to beaker 2, and NaBH 4 as a reducing agent was added at a ratio of 1: 4 based on the molar ratio of Pt (NH 3 ) 4 Cl 2 and NaBH 4 and stirred at 60 ° C. for 3 hours. The product of Beaker 2 was filtered off using a membrane filter having a pore size of 0.2 μm, filtered sufficiently with distilled water, dried at 100 ° C. for 10 hours, and then calcined at 500 ° C. for 5 hours as summarized in Table 1. It was. The product was confirmed by XRD analysis in order to determine whether platinum was formed, and it was confirmed that the platinum loading was 9.906 wt% through ICP measurement. 1-a is the XRD pattern for platinum and 1-b is the size of platinum in the transmission electron micrograph (TEM) of the obtained product, and 1-c is the distribution of platinum size.

실시예 2:Example 2:

비이커 1에 백금 원인 Pt(NH3)4Cl2 0.2g을 넣고 물 20g을 썩어 용액을 만들었다. 1.2g의 ZSM-5을 넣고 250 rpm으로 60℃하에서 12시간 동안 교반하였다. 비이커 2에 에탄올과 물이 9 : 1로 혼합된 용액 1000g에 12g의 분자량 10,000의 PVP을 60℃에서 혼합하였다. 비이커 1에서 교반 된 용액을 비이커 2에 첨가하였고, 환원제인 NaBH4를 Pt(NH3)4Cl2와 NaBH4의 몰비 기준으로 5:1로 첨가하여, 60℃에서 3시간 동안 교반하였다. 비이커 2의 생성물을 기공 크기가 0.2 μm 인 멤브레인 필터를 이용하여 여과 분리한 후 증류수로 충분히 여과한 후 100℃에서 10 시간 건조 한 후 표 1에 요약된 바와 같이 분말을 500℃에서 5시간 동안 하소하였다. 백금이 생성 되었는지 확인하기 위하여 XRD 분석을 실시하여 생성물을 확인하였고, ICP 측정을 통하여 백금 담지량은 7.304 wt% 인 것을 확인하였다. 2-a는 백금에 대한 XRD 패턴이며 2-b는 얻어진 생성물에 대한 TEM(Transmission Electron Micrograph)으로 백금의 크기를 분석 하였고 2-c는 백금 크기의 분포이다.0.2 g of Pt (NH 3 ) 4 Cl 2 was added to the beaker 1, and 20 g of water was rotted to prepare a solution. 1.2 g of ZSM-5 was added thereto and stirred at 250 rpm for 12 hours at 60 ° C. To 1000 g of a solution in which beaker 2 was mixed with ethanol and water 9: 1, PVP having a molecular weight of 10,000 g of 12 g was mixed at 60 ° C. The stirred solution in beaker 1 was added to beaker 2, and NaBH 4 , a reducing agent, was added at a 5: 1 molar ratio of Pt (NH 3 ) 4 Cl 2 and NaBH 4 , followed by stirring at 60 ° C. for 3 hours. The product of Beaker 2 was filtered off using a membrane filter having a pore size of 0.2 μm, filtered sufficiently with distilled water, dried at 100 ° C. for 10 hours, and then calcined at 500 ° C. for 5 hours as summarized in Table 1. It was. The product was confirmed by XRD analysis to determine whether platinum was formed, and the amount of platinum loaded was 7.304 wt% through ICP measurement. 2-a is the XRD pattern for platinum and 2-b is the size of platinum in the transmission electron micrograph (TEM) of the obtained product, and 2-c is the distribution of platinum size.

실시예 3:Example 3:

비이커 1에 백금 원인 Pt(NH3)4Cl2 0.2g을 넣고 물 20g을 썩어 용액을 만들었다. 1.2g의 ZSM-5을 넣고 250 rpm으로 60℃하에서 12시간 동안 교반하였다. 비이커 2에 물 250g에 3g의 분자량 10,000의 PVP을 60℃에서 혼합하였다.비이커 1에서 교반 된 용액을 비이커 2에 혼합하였고, 환원제인 NaBH4를 Pt(NH3)4Cl2와 NaBH4의 몰비 기준으로 5:1로 첨가하여, 60℃에서 3시간 동안 교반하였다. 비이커 2의 생성물을 기공 크기가 0.2 μm 인 멤브레인 필터를 이용하여 여과 분리한 후 증류수로 충분히 여과한 후 100℃에서 10 시간 건조 한 후 표 1에 요약된 바와 같이 분말을 500℃에서 5시간 동안 하소하였다. 백금이 생성 되었는지 확인하기 위하여 XRD 분석을 실시하여 생성물을 확인하였고, ICP 측정을 통하여 백금 담지량은 6.685wt% 인 것을 확인 하였다. 3-a는 백금에 대한 XRD 패턴이며 3-b는 얻어진 생성물에 대한 TEM (Transmission Electron Micrograph)으로 백금의 크기를 분석 하였고 3-c는 백금 크기의 분포이다.0.2 g of Pt (NH 3 ) 4 Cl 2 was added to the beaker 1, and 20 g of water was rotted to prepare a solution. 1.2 g of ZSM-5 was added thereto and stirred at 250 rpm for 12 hours at 60 ° C. The beaker 2 was mixed with 250 g of water and 3 g of PVP having a molecular weight of 10,000 at 60 ° C. The stirred solution in beaker 1 was mixed with beaker 2, and the reducing agent NaBH 4 was mixed with a molar ratio of Pt (NH 3 ) 4 Cl 2 and NaBH 4 . 5: 1 was added as a reference and stirred at 60 ° C for 3 hours. The product of Beaker 2 was filtered off using a membrane filter having a pore size of 0.2 μm, filtered sufficiently with distilled water, dried at 100 ° C. for 10 hours, and then calcined at 500 ° C. for 5 hours as summarized in Table 1. It was. The product was confirmed by XRD analysis in order to determine whether platinum was formed, and it was confirmed that the platinum loading was 6.685 wt% through ICP measurement. 3-a is the XRD pattern for platinum, 3-b is the size of platinum in the transmission electron micrograph (TEM) of the obtained product, and 3-c is the distribution of platinum size.

실시예 4:Example 4:

비이커 1에 백금 원인 Pt(NH3)4Cl2 0.2g을 넣고 물 20g을 가하여 용액을 만들었다. 1.2g의 ZSM-5을 넣고 250 rpm으로 60℃하에서 12시간 동안 교반하였다. 비이커 2에 에탄올과 물이 3:1로 혼합된 용액 250g에 3g의 분자량 10,000의 PVP을 60℃에서 혼합하였다. 비이커 1에서 교반 된 용액과 분말 모두를 비이커 2에 첨가 하였고, 환원제인 NaBH4를 Pt(NH3)4Cl2의 몰수 NaBH4의 몰수의 비를 5:1로 첨가하여 질소 분위기, 60℃에서 3시간 동안 교반하였다. 비이커 2의 생성물을 기공 크기가 0.2 μm 인 멤브레인 필터를 이용하여 여과 분리한 후 증류수로 충분히 여과한 후 100℃에서 10 시간 건조한 후 표 1에 요약된 바와 같이 분말을 500℃에서 5시간동안 질소 분위기에서 가열하였다. 백금이 생성 되었는지 확인하기 위하여 XRD 분석을 실시하여 생성물을 확인하였고, ICP 측정을 통하여 백금 담지량은 5.546 wt% 인 것을 확인하였다. 4-a는 백금에 대한 XRD 패턴이며 4-b는 얻어진 생성물에 대한 TEM(Transmission Electron Micrograph)으로 백금의 크기를 분석 하였고 4-c는 백금 크기의 분포이다.0.2 g of platinum cause Pt (NH 3 ) 4 Cl 2 was added to beaker 1, and 20 g of water was added thereto to make a solution. 1.2 g of ZSM-5 was added thereto and stirred at 250 rpm for 12 hours at 60 ° C. To 250 g of a solution of 3: 1 ethanol and water mixed in a beaker 2, PVP having a molecular weight of 10,000 g of 3 g was mixed at 60 ° C. Both the stirred solution and the powder in the beaker 1 were added to the beaker 2, and the reducing agent NaBH4 was added at a mole ratio of 5: 1 moles of NaBH4 to Pt (NH 3 ) 4 Cl 2 at a nitrogen atmosphere at 60 ° C. for 3 hours. Was stirred. The product of Beaker 2 was separated by filtration using a membrane filter having a pore size of 0.2 μm, sufficiently filtered with distilled water, dried at 100 ° C. for 10 hours, and then the powder was nitrogen atmosphere at 500 ° C. for 5 hours as summarized in Table 1. Heated at. The product was confirmed by XRD analysis in order to determine whether platinum was formed, and the amount of platinum loaded was 5.546 wt% through ICP measurement. 4-a is the XRD pattern for platinum and 4-b is the size of platinum in the Transmission Electron Micrograph (TEM) for the resulting product. 4-c is the distribution of platinum size.

실시예 5:Example 5:

비이커 1에 백금 원인 Pt(NH3)4Cl2 0.2g을 넣고 물 20g을 썩어 용액을 만들었다. 1.2g의 ZSM-5을 넣고 250 rpm으로 60℃하에서 24시간 동안 교반하였다. 비이커 1의 생성물을 기공 크기가 0.2 μm 인 멤브레인 필터를 이용하여 여과 분리한 후 증류수로 충분히 여과한 후 80℃에서 12 시간 건조한 후 표 1에 요약된 바와 같이 분말을 350℃까지 0.2℃/min의 승온 속도로 질소 분위기에서 가열하였다. 백금이 생성 되었는지 확인하기 위하여 XRD 분석을 실시하여 생성물을 확인하였고, ICP 측정을 통하여 백금 담지량은 9.113 wt% 인 것을 확인하였다. 5-a는 백금에 대한 XRD 패턴이며 5-b는 얻어진 생성물에 대한 TEM(Transmission Electron Micrograph)으로 백금의 크기를 분석하였고 5-c는 백금 크기의 분포이다. 0.2 g of Pt (NH 3 ) 4 Cl 2 was added to the beaker 1, and 20 g of water was rotted to prepare a solution. 1.2 g of ZSM-5 was added and stirred at 250 rpm for 24 hours at 60 ° C. The product of beaker 1 was filtered off using a membrane filter having a pore size of 0.2 μm, filtered sufficiently with distilled water, dried at 80 ° C. for 12 hours, and then the powder was dried at 350 ° C. to 0.2 ° C./min as summarized in Table 1. It heated in nitrogen atmosphere at the temperature increase rate. The product was confirmed by XRD analysis to determine whether platinum was formed, and the platinum loading was confirmed to be 9.113 wt% through ICP measurement. 5-a is the XRD pattern for platinum and 5-b is the size of platinum in the Transmission Electron Micrograph (TEM) for the resulting product, and 5-c is the distribution of platinum size.

Figure 112013067918313-pat00001
Figure 112013067918313-pat00001

표 1은 Pt salt-ZSM-5에 대한 환원조건을 나타낸 표이다.Table 1 is a table showing the reduction conditions for Pt salt-ZSM-5.

실시 예 6:Example 6:

본 실시 예는 탄소가 소량 첨가된 Pt-ZSM-5층과 백금/탄소 층을 교대로 GDL에 적층하여 제조하는 alternate catalyst layer 전극 (GCZCno: GDL-Carbon-Zeolite-Composite) 제조에 관한 것이다. 먼저 3cm x 3cm 면적의 GDL( SCCG 5N PLHOS MPL, SEAL)을 준비하여 무게를 측정하였다. 비이커 1에 상용 백금/탄소(40% Pt on Vulcan XC-72,BASF Fuel Cell Inc) 0.114g, 물 1g, 나피온(5wt%)1g, IPA(Iso proply alchol) 100g을 순서대로 넣고 혼합하여 용액 1을 제조하였다. 비이커 2에 Pt-ZSM-5(백금의양: cm2당 0.21mg), 물 1g, 나피온(5wt%) 1g, 탄소(cm2 당 0.1 mg의 양), IPA(Iso proply alchol) 100g을 순서대로 넣고 용액 2를 제조하였다. 비이커 3에 나피온(5wt%) 6g, IPA(Iso proply alchol) 100g을 순서대로 넣고 혼합하여 용액 3을 제조하였다. 준비된 GDL에 용액 1을 cm2 당 0.21 mg 이 되도록 스프레이 코팅한 후, 용액 2를 cm2 당 0.09 mg 이 되도록 스프레이 코팅한 후 무게를 측정하여 anode를 제조하였다. 백금이 cm2 당 0.5 mg 함유되어 있는 상용 전극을 cathode로 하여 나피온 115, 위에서 만든 Pt-ZSM-5을 포함한 anode 전극으로 135℃, 800Psig의 조건으로 핫프레싱을 3분 동안 실시하여 MEA(Membrane Electrode Assembly)을 제조하였다. 위에서 만든 Pt-ZSM-5을 포함한 전극이 수소극(anode)이 되도록 하여 수소 30cc/min 산소 100cc/min, 80℃, 상대습도 95%의 조건으로 연료전지 테스트용 스테이션(Wona Tech smart Ⅱ)을 사용하여 성능을 측정하였다. 이번 실시 예에서는 위 실시 예 사용한 Pt-ZSM-5는 위의 실시 예 1,2,3,4의 Pt-ZSM-5를 각각 사용하였고, 6-a는 상기 언급한 alternate catalyst layer electrode에 대한 도식을 나타낸 그림이고 도식 6-b는 상기 제조된 도식 6-a 에 나타낸 alternate catalyst layer 전극을 anode로 하여 제조한 MEA에 대한 cell performance를 나타내는 그림이다.This embodiment relates to the production of alternate catalyst layer electrode (GCZCno: GDL-Carbon-Zeolite-Composite), which is produced by alternately stacking a small amount of carbon-added Pt-ZSM-5 layer and a platinum / carbon layer to GDL. First, GDL (SCCG 5N PLHOS MPL, SEAL) of 3cm x 3cm area was prepared and weighed. In a beaker 1, 0.114 g of commercial platinum / carbon (40% Pt on Vulcan XC-72, BASF Fuel Cell Inc), 1 g of water, 1 g of Nafion (5 wt%), and 100 g of Iso proply alchol (IPA) were mixed in this order. 1 was prepared. In beaker 2, Pt-ZSM-5 (platinum amount: 0.21 mg per cm 2 ), 1 g of water, 1 g of Nafion (5 wt%), carbon (0.1 mg per cm 2 ), 100 g of Iso proply alchol (IPA) Put in order to prepare solution 2. Solution 3 was prepared by adding 6 g of Nafion (5 wt%) and 100 g of IPA (Iso proply alchol) in order to beaker 3. The prepared GDL was spray-coated so that solution 1 was 0.21 mg / cm 2 , and then the solution 2 was spray-coated to 0.09 mg / cm 2, and then weighed to prepare an anode. Anode electrode containing Nafion 115 and Pt-ZSM-5 made above as a cathode using a commercial electrode containing 0.5 mg of platinum per cm 2 was subjected to hot pressing at 135 ° C. and 800 Psig for 3 minutes. Electrode Assembly) was prepared. The fuel cell test station (Wona Tech smart II) is operated under conditions of 30cc / min oxygen, 100cc / min, 80 ℃, and 95% relative humidity by making the electrode including Pt-ZSM-5 made above become an anode. Performance was measured. In this embodiment, the Pt-ZSM-5 used in the above embodiment was used Pt-ZSM-5 of the above embodiments 1,2,3,4, respectively, and 6-a is a schematic diagram of the aforementioned alternate catalyst layer electrode. Figure 6-b is a diagram showing the cell performance of the MEA prepared by using the anode catalyst layer electrode as the anode shown in Figure 6-a.

IV curve에 대한 설명은 표 2를 첨부하여 설명한다.Description of the IV curve will be described with the attachment of Table 2.

Figure 112013067918313-pat00002
Figure 112013067918313-pat00002

상기 표에서 보여주는 바와 같이 실시예 1~4에서 제조한 Pt-ZSM-5 촉매들의 경우 Cat 1에서 Cat 4로 갈수록 ZSM-5에 담지된 백금의 담지량이 감소하는 것을 볼 수 있다. 따라서 anode 전극을 제조시 0.3 mg/cm2로 고정하였기 때문에 Cat1에서 Cat4로 갈수록 Pt-ZSM-5의 담지량이 증가하게 된다. 이는 담지되는 백금의 양은 모두 동일하나 담지되는 제올라이트의 양은 Cat1에서 Cat4로 갈수록 증가하는 것을 의미한다. 따라서 전극제조시 담지되는 제올라이트의 담지량에 따른 cell performance에 미치는 영향을 알 수 있다. 도 6b에서 보면 GCZC4의 경우가 GCZC1보다 cell performance가 큰 것을 알 수 있다. 좀더 자세히 설명하면, high current density에서 제올라이트 담지량이 높은 GCZC4가 GCZC1보다 우수한 것은 세 가지 이유로 설명할 수 있는데 첫째는 제올라이트 기공 내에 존재하는 백금의 함량이 높기 때문에 그만큼 GDL이나 membrane으로의 백금의 손실이 적다는 것이고, 두 번째는 Cat4의 경우가 Cat1의 경우보다 백금의 입자 크기가 작고 균일하여 제올라이트 외표면에 보다 균일하게 분산되는 효과를 들 수 있고 세 번째는 GCZC4의 경우 제올라이트 담지량이 많기 때문에 proton이 제올라이트 기공내를 보다 원활하게 이동하는 물질전달이 원활하게 되어 물질전달에 의한 저항이 감소하기 때문으로 사료된다. As shown in the table, in the case of the Pt-ZSM-5 catalysts prepared in Examples 1 to 4, the amount of platinum supported on ZSM-5 decreases from Cat 1 to Cat 4. Therefore, since the anode electrode was fixed at 0.3 mg / cm 2 , the loading amount of Pt-ZSM-5 increased from Cat1 to Cat4. This means that the amount of platinum supported is the same but the amount of zeolite supported increases from Cat1 to Cat4. Therefore, it can be seen that the effect on the cell performance according to the amount of zeolite supported during electrode manufacturing. In FIG. 6B, the cell performance of the GCZC4 is greater than that of the GCZC1. In more detail, GCZC4, which has higher zeolite loading at higher current density than GCZC1, can be explained for three reasons. First, there is less platinum loss to GDL or membrane due to the high content of platinum in the zeolite pores. The second is that Cat4 has a smaller and more uniform particle size of platinum than Cat1, so that it is more uniformly dispersed on the outer surface of zeolite. Third, because GCZC4 has more zeolite loading, proton is zeolite. It is considered that the material transfer to move more smoothly in the pores is facilitated and the resistance by material transfer decreases.

실시예 7:Example 7:

본 실시 예는 Pt-ZSM-5와 백금/탄소를 혼합하여 제조하는 제올라이트/탄소 복합 전극(COMPCno: Composite Catalyst)의 제조에 관한 것이다. 3cm x 3cm 면적의 GDL을 준비하여 무게를 측정하였다. 비이커 1에 상용 백금/탄소 0.114g, Pt-ZSM-5(백금의양:cm2당 0.21mg), 탄소(cm2 당 0.1 mg의 양), 물 2g, 나피온2g, IPA(Iso proply alchol)100g을 순서대로 넣고 혼합하여 용액 1을 제조하였다. 비이커 2에 나피온6g, IPA(Iso proply alchol)100g을 순서대로 넣고 혼합하여 용액 2를 제조 하였다. 준비된 GDL에 용액 1를 cm2 당 0.3 mg 이 되도록 스프레이 코팅 하였다. 그 후 용액 2를 cm2 당 0.6 mg이 되도록 스프레이 코팅을 실시하여 복합전극 (composite catalyst layer electrode)을 제조하고 anode로 사용하였다. 백금이 cm2 당 0.5 mg 도색 되어 있는 상용의 전극과 나피온 115, 위에서 만든 전극으로 135℃, 800 psig의 조건으로 핫프레싱을 3분 동안 실시하여 MEA(Membrane Electrode Assembly)을 제조 하였다. 위에서 제조한 복합막을 수소극(anode)이 되도록 하여 수소 30cc/min 산소 100cc/min, 80℃, 상대습도 95%의 조건으로 연료전지 테스트용 스테이션(Wona Tech smart Ⅱ)을 사용하여 성능을 측정하였다. 이번 실시 예 에서는 위 실시 예 사용한 Pt-ZSM-5는 위의 실시 예 1,2,3,4의Pt-ZSM-5를 각각 사용하였다. 7-a는 제조한 상기 방법으로 제조한 복합막에 대한 도식이고 7-b는 이를 사용하여 제조한 MEA에 대한 cell performance 결과이다.This embodiment relates to the manufacture of a zeolite / carbon composite electrode (COMPCno: Composite Catalyst) prepared by mixing Pt-ZSM-5 and platinum / carbon. GDLs having an area of 3 cm x 3 cm were prepared and weighed. Commercial platinum / carbon 0.114g, Pt-ZSM-5 in a beaker 1 (amount of platinum: 0.21mg per cm 2), carbon (cm 2, the amount of 0.1 mg per), water 2g, 2g of Nafion, IPA (Iso proply alchol 100 g were added sequentially and mixed to prepare Solution 1. Solution 2 was prepared by adding Nagion 6g and IPA (Iso proply alchol) 100g in a beaker 2 in order. The prepared GDL was spray-coated so that Solution 1 was 0.3 mg / cm 2 . After that, the solution 2 was spray-coated to 0.6 mg / cm 2 to prepare a composite catalyst layer electrode, which was used as an anode. Membrane Electrode Assembly (MEA) was prepared by performing hot pressing at a temperature of 135 ° C. and 800 psig for 3 minutes with a commercial electrode coated with 0.5 mg of platinum per cm 2 , Nafion 115, and the electrode made above. The composite membrane prepared above was used as a cathode, and the performance was measured using a fuel cell test station (Wona Tech smart II) under conditions of hydrogen 30cc / min, oxygen 100cc / min, 80 ° C and 95% relative humidity. . In this embodiment, Pt-ZSM-5 used in the above examples were used Pt-ZSM-5 of the above examples 1,2,3,4. 7-a is a schematic for the composite membrane prepared by the above-described method and 7-b is a cell performance result for the MEA prepared using the same.

도 7b에 대한 설명에 구체적으로 설명하면, 이 경우에도 alternate layer의GCZC의 경우와 마찬가지로 cell performance의 향상의 가장 큰 원인은 anode에 함유된 제올라이트 함량과 제올라이트 기공내와 외부에 담지된 백금의 입자 크기에 기인하는 것을 들 수 있다. COMPC4의 제올라이트 함량이 가장 높을 뿐만 아니라 여기에 담지된 백금의 크기도 가장 작고 균일하여 우수한 분산도를 얻을 수 있을 것으로 예상된다. 따라서 COMPC4를 이용하여 anode를 제조한 경우 cell performance가 가장 우수한 이유는 좁은 제올라이트 함량으로 인하여 high current density(이 영역은 주로 물질전달 저항에 좌우되는 영역임)에서 가장 높은 출력(power density)을 보이는 이유는 제올라이트의 기공이 물질전달, 특히 proton의 전달을 용이하게 하여준 결과로 사료된다. 이와 반대로 COMPC1은, 제올라이트 함량이 가장 낮은 경우로 물질전달 저항이 가장 높게 나타나는 것을 볼 때 제올라이트 함량이 물질 전달에 매우 큰 영향을 가지고 있는 것으로 사료된다. 따라서 composite catalyst layer와 alternate catalyer의 경우 제올라이트가 cell performance에 미치는 영향이 매우 큰 것으로 사료되며 본 발명의 가장 큰 특징으로 사료된다. 도 9의 (a), (b) 및 (c)는 composite catalyst layer에 대한 anode의 단면 사진이고 (d) 및 (e)는 alternate catalyst layer에 대한 단면 사진이며 (f)는 commercial Pt/C로 제조한 anode의 단면 사진이다. 이때 commercial(f)을 제외한 모든 사진에서 제올라이트는 초록색, 백금은 남색, 나피온은 붉은 색이며 단, commercial인 (f)의 경우에는 탄소의 경우 초록색이고 백금의 경우 남색(blue)이며 나피온의 경우 적색이다. 단면 사진을 찍을 시 나이프로 잘라내어 나이프에 묻어나온 물질들이 약간은 전극 전체에 묻어짐에도 불구하고 (a), (b) 및 (c)와 (d) 및 (e)의 경우 확연히 차이가 나는 것을 알수 있다. 그림에서 보여주는 바와 같이 composite layer의 경우 (a,b,c), 제올라이트가 전극 전체에 비교적 고르게 존재하는 하는 반면 alternate layer의 경우 (d,e), 제올라이트 층이 membrane 과의 경게면에 주로 존재하는 것을 알 수있다. 이미 설명한 바와 같이 membrane과의 경계면에 제올라이트가 분포함으로 백금의 membrane의로의 손실이 감소하게 된다. 왜냐하면 백금의 상당 부분이 제올라이트 기공내에 존재하기 때문이다. 전기화학 반응(즉, 수소의 산화반응)은 주로 membrane과 촉매층의 경계면에서 주로 일어나기 때문이다. 이점이 cell performance를 향상시키게 되고 본 발명의 특징이다. In detail, in this case, as in the case of the GCZC of the alternate layer, the biggest cause of the improvement of the cell performance is the zeolite content contained in the anode and the particle size of platinum supported in and outside the zeolite pores. The thing originating in is mentioned. Not only is the zeolite content of COMPC4 the highest, but also the size of the platinum supported thereon is expected to be the smallest and most uniform, resulting in good dispersion. Therefore, the best cell performance when the anode is manufactured using COMPC4 is the reason that it shows the highest power density at high current density (this area mainly depends on material transfer resistance) due to the narrow zeolite content. The pore of the zeolite is thought to be the result of facilitating mass transfer, especially proton transfer. On the contrary, COMPC1 has the lowest zeolite content, and the zeolite content is considered to have a great influence on mass transfer. Therefore, in the case of the composite catalyst layer and the alternate catalyer, the effect of zeolite on the cell performance is considered to be very large and is the most important feature of the present invention. (A), (b) and (c) are cross-sectional photographs of the anode for the composite catalyst layer, (d) and (e) are cross-sectional photographs of the alternate catalyst layer, and (f) is commercial Pt / C. This is a cross section of the manufactured anode. In all photographs except commercial (f), zeolite is green, platinum is indigo blue, and Nafion is red. However, commercial (f) is green for carbon, platinum is blue, and Nafion is If it is red. When taking a cross-section picture, the material cut out by the knife and buried in the knife was noticeably different in the case of (a), (b) and (c) and (d) and (e), even though it was slightly buried throughout the electrode. Able to know. As shown in the figure, in the case of the composite layer (a, b, c), the zeolite is present relatively evenly throughout the electrode, while in the alternate layer (d, e), the zeolite layer is mainly present on the surface of the membrane. It can be seen that As already explained, the distribution of zeolite at the interface with the membrane reduces the loss of platinum to the membrane. This is because a significant portion of platinum is present in the zeolite pores. Electrochemical reactions (ie hydrogen oxidation) occur mainly at the interface between the membrane and the catalyst layer. This improves cell performance and is a feature of the present invention.

실시예 8:Example 8:

본 실시예는 백금/탄소와 백금/제올라이트의 무게 비를 많게는 7:3에서 적게는 4:6을 달리하여 제조한 cathode 전극에 관한 것으로 cathode 전극 제조에 적용된 조성은 8b에 요약하였다.This example relates to a cathode electrode prepared by varying the weight ratio of platinum / carbon to platinum / zeolite as much as 7: 3 to as little as 4: 6, and the composition applied to the preparation of the cathode electrode is summarized in 8b.

Cathode 전극을 제조하기 위하여 비이커 1에 상용 백금/탄소, Pt-ZSM-5, 탄소(cm2 당 0.1 mg의 양), 물 2g, 나피온2g, IPA(Iso proply alcohol) 100g을 순서대로 넣고 혼합하여 용액 1을 제조하였다. 비이커 2에 나피온6g, IPA(Iso proply alcohol) 100g을 순서대로 넣고 혼합하여 용액 2를 제조하였다. 준비된 3 x 3 cm2의 GDL에 용액 1을 cm2 당 0.3 mg 이 되도록 스프레이코팅을 실시한 후 용액 2를 cm2 당 0.6 mg 되도록 스프레이코팅을 실시하여 총 Pt 담지량이 0.2 mg/cm2의 cathode를 제조하였다. Anode를 제조하기 위하여 비이커 3에 상용 백금/탄소 0.109g, 나피온2g, IPA(Iso proply alchol) 100g을 순서대로 넣고 혼합하여 용액 3을 제조 한 후, 비이커 4에 나피온6g, IPA(Iso proply alchol) 100g을 순서대로 넣고 혼합하여 용액 4를 제조 하였다. 준비된 3 x 3 cm2의 GDL에 용액3을 cm2 당 0.2 mg 이 되도록 스프레이코팅을 한 후, 용액 4를 cm2 당 0.6 mg 되도록 스프레이코팅을 실시하여 총 Pt 담지량이 0.2 mg/cm2의 anode를 제조하였다. 나피온 115, 위에서 만든 2장의 전극으로 135℃, 800Psig의 조건으로 핫프레싱을 3분 동안 실시하여 MEA(Membrane Electrode Assembly)을 제조 하였다. 위에서 만든 Pt-ZSM-5가 포함된 전극이 산소극이 되도록 하여 수소 30cc/min 산소 100cc/min, 80℃, 상대습도 100%의 조건으로 연료전지 테스트용 스테이션(Wona Tech smart Ⅱ)을 사용하여 성능을 측정하였다. 이번 실시 예에서는 위 실시 예 사용한 Pt-ZSM-5는 위의 실시 예 5의Pt-ZSM-5를 사용하였다. 8-a는 제조한 MEA의 결과이다. 8-a는 제조한 MEA의 결과이다. 8-b는 촉매 중 ZSM-5의 무게를 나타낸 표이다.
To prepare a Cathode electrode, mix beaker 1 with commercially available platinum / carbon, Pt-ZSM-5, carbon (0.1 mg / cm 2 ), 2 g of water, 2 g of Nafion, and 100 g of IPA (Iso proply alcohol). Solution 1 was prepared. 6 g of Nafion and 100 g of IPA (Iso proply alcohol) were sequentially added to the beaker 2 to prepare a solution 2. Prepared 3 x 3 cm and then 2 for the GDL subjected to spray-coating a solution of 1 so that 0.3 mg per cm 2 to conduct the spray-coating the solution 2 to 0.6 mg per cm 2, the cathode of the total Pt loading is 0.2 mg / cm 2 Prepared. In order to prepare Anode, commercially prepared platinum / carbon 0.109g, Nafion 2g, and IPA (Iso proply alchol) 100g were mixed in order to prepare Anode 3, and then Nabeion 6g and IPA (Iso proply) in beaker 4 alchol) 100g was added sequentially and mixed to prepare solution 4. Spray 3 g of solution 3 to 0.2 mg per cm 2 on the prepared 3 x 3 cm 2 GDL, and spray coating solution 4 to 0.6 mg per cm 2 to give a total Pt loading of 0.2 mg / cm 2 . Was prepared. Nafion 115, the two electrodes made above was subjected to hot pressing for 3 minutes at 135 ℃, 800Psig conditions to prepare a MEA (Membrane Electrode Assembly). Using the fuel cell test station (Wona Tech smart II) under the conditions of hydrogen 30cc / min oxygen 100cc / min, 80 ° C, and 100% relative humidity, the electrode containing Pt-ZSM-5 made above is an oxygen electrode. The performance was measured. In the present embodiment, Pt-ZSM-5 used in the above example was used as Pt-ZSM-5 of Example 5. 8-a is the result of the manufactured MEA. 8-a is the result of the manufactured MEA. 8-b is a table showing the weight of ZSM-5 in the catalyst.

Claims (1)

백금 원인 Pt(NH3)4Cl2 1wt%와 물 93wt%와, 6wt%의 ZSM-5을 넣고 250 rpm으로 60℃에서 24시간 동안 교반하고, 상기 교반 후 생성물을 멤브레인 필터를 이용하여 여과 분리한 후 증류수로 다시 여과한 후 80℃에서 12 시간 건조한 분말을 350℃까지 0.2℃/min의 승온 속도로 질소 분위기에서 가열하는 단계를 통하여 연료전지용 제올라이트에 담지된 백금 촉매를 제조하고,
백금/탄소, 상기 제올라이트에 담지된 백금 촉매 및 탄소를 포함한 용액을 기체 확산 기판 상에 증착하되,
상기 백금/탄소와 제올라이트에 담지된 백금 촉매의 무게비는 5:5이고, 1 nm 내지 4 nm의 백금 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 제올라이트 탄소 복합 전극의 제조방법.
Pt (NH 3 ) 4 Cl 2 1wt% of platinum, 93wt% of water, 6wt% of ZSM-5 was added thereto, and stirred at 250 rpm for 24 hours at 60 ° C. After the stirring, the product was separated by filtration using a membrane filter. After filtering again with distilled water to prepare a platinum catalyst supported on the zeolite for fuel cells through the step of heating the powder dried at 80 ℃ for 12 hours at a nitrogen temperature atmosphere of 0.2 ℃ / min to 350 ℃,
Depositing a solution comprising platinum / carbon, a platinum catalyst supported on the zeolite and carbon onto a gas diffusion substrate,
The weight ratio of the platinum catalyst supported on the platinum / carbon and the zeolite is 5: 5, the method of producing a zeolite carbon composite electrode, characterized in that having a platinum size of 1 nm to 4 nm.
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