KR101640212B1 - Composite nanoparticle deposited metal nanocrystal on its surface and method of preparing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소쉘 표면에 형성된 금속나노결정을 포함하는 복합 나노입자, 이의 제조하는 방법 및 상기 복합 나노입자를 포함하는 전지용 전극에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 갈바닉 치환반응을 이용하여 탄소쉘의 표면에 금속나노결정이 형성된 복합 나노입자를 제조하며, 높은 활성 및 내구성을 나타내어 연료전지 등에서 유용하게 적용될 수 있다.The present invention relates to a composite nanoparticle comprising a metal nanocrystal formed on the surface of a carbon shell, a method for producing the composite nanoparticle, and a battery electrode comprising the composite nanoparticle. More particularly, Metal nano-crystals, and exhibits high activity and durability, and thus can be usefully applied to fuel cells and the like.

Description

표면에 금속나노결정이 결합된 복합 나노입자 및 이의 제조방법 {COMPOSITE NANOPARTICLE DEPOSITED METAL NANOCRYSTAL ON ITS SURFACE AND METHOD OF PREPARING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a composite nanoparticle having metal nanocrystals bonded to its surface and a method for producing the composite nanoparticle.

본 발명은 탄소쉘 표면에 형성된 금속나노결정을 포함하는 복합 나노입자, 이의 제조하는 방법 및 상기 복합 나노입자를 포함하는 전지용 전극에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 갈바닉 치환반응을 이용하여 탄소쉘의 표면에 금속나노결정이 형성된 복합 나노입자를 제조하며, 높은 활성 및 내구성을 나타내어 연료전지 등에서 유용하게 적용될 수 있다.
The present invention relates to a composite nanoparticle comprising a metal nanocrystal formed on the surface of a carbon shell, a method for producing the composite nanoparticle, and a battery electrode comprising the composite nanoparticle. More particularly, Metal nano-crystals, and exhibits high activity and durability, and thus can be usefully applied to fuel cells and the like.

종래에 효과적인 촉매물질을 개발하기 위해 금속 나노입자를 이용하는 것에 초점을 두고 상당한 주의를 기울였다. 입자크기가 작아질수록, 활성 금속원자부분의 표면 노출이 커지고, 따라서 초미세 나노입자는 향상된 촉매활성을 보였다. 반면에, 나노입자의 큰 표면에너지는 소결 또는 합체, 촉매 작용동안의 심각한 활성 저하, 산업적 공정 이용을 방해하는 결과를 보였다. In the past, considerable attention was paid to the use of metal nanoparticles to develop effective catalytic materials. The smaller the particle size, the greater the surface exposure of active metal atom parts, and thus the nanoparticles showed improved catalytic activity. On the other hand, the large surface energy of the nanoparticles has resulted in sintering or coalescing, severe degradation of activity during catalysis, and hindering the use of industrial processes.

이러한 비활성 문제를 피하기 위한 효과적인 방법 중 하나는 소결공정에 대응해서 나노입자의 분산상태를 안정화시키는 적절한 지지 금속을 사용하는 것이다. 넓은 표면적, 금속종과의 높은 결합도, 온도, 기계적 및 산화적 자극에 대한 우수한 안정성으로 인해, 금속 산화물 나노입자는 나노촉매시스템의 고체 지지체로서 후보물질로 여겨졌다. One effective way to avoid this inactivity problem is to use a suitable support metal to stabilize the dispersion of the nanoparticles in response to the sintering process. Due to its large surface area, its high degree of association with metal species, and its excellent stability to temperature, mechanical and oxidative stimuli, metal oxide nanoparticles have been regarded as candidates as solid supports for nanocatalyst systems.

게다가, 금속/금속-산화 헤테로 접합의 공동적 효과는 다른 지지되지 않는 촉매에서는 달성될 수 없었던 상당하게 향상된 촉매 결과를 종종 이끌어냈다. 고분자 전해질 연료전지는 수소이온교환특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하는 연료전지로, 수소이온 교환 막 연료전지(PEMPC: Proton Exchange Membrane Fuel Cell)라고 불리기도 한다. 고분자 전해질 연료전지의 촉매층에서는 일반적으로 Pt/C 촉매가 사용되어 왔다. 그러나 Pt/C 촉매는 고분자 전해질 연료 전지의 가격을 높이는 요인으로 작용한다는 문제점이 있어, 시장의 연료전지기술은 여전히 높은 활성 및 내구성을 갖는 촉매 물질을 요구하고 있다.
In addition, the collective effect of metal / metal-oxide heterojunctions has often led to significantly improved catalyst results that could not be achieved with other unsupported catalysts. A polymer electrolyte fuel cell (FEP) is a fuel cell that uses a polymer membrane with hydrogen ion exchange properties as an electrolyte. It is also called a proton exchange membrane fuel cell (PEMPC). Pt / C catalysts have generally been used in the catalyst layers of polymer electrolyte fuel cells. However, since the Pt / C catalyst acts as a factor for increasing the price of a polymer electrolyte fuel cell, the fuel cell technology of the market still requires a catalyst material having high activity and durability.

본 발명은 산화망간(II)를 포함하는 나노입자의 갈바닉 교환반응을 통해 탄소쉘 표면에 형성된 금속나노결정을 포함하는 복합 나노입자를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention aims to provide a composite nanoparticle comprising metal nanocrystals formed on the surface of a carbon shell through galvanic exchange reaction of nanoparticles containing manganese (II) oxide.

또한, 본 발명은 산화망간(II)를 포함하는 나노입자의 갈바닉 교환반응을 통해 탄소쉘 표면에 형성된 금속나노결정을 포함하는 복합 나노입자의 제조방법을 제공하는 것이다. The present invention also provides a method for preparing composite nanoparticles comprising metal nanocrystals formed on the surface of a carbon shell through galvanic exchange reaction of nanoparticles containing manganese (II) oxide.

본 발명은 탄소쉘 표면에 형성된 금속나노결정을 포함하는 복합 나노입자를 이용한 전지용 전극 및 이를 포함하는 전지를 제공하는 것이다.
The present invention provides a battery electrode using composite nanoparticles containing metal nanocrystals formed on the surface of a carbon shell, and a battery including the same.

본 발명자들은 망간산화물을 이용한 갈바닉 교환반응을 연구하던 중에 산화망간의 다양한 산화상태에 따라 금속의 갈바닉 교환반응시 서로 다른 반응양상을 이용하고, 산화망간(II)은 산성에 쉽게 용해되어 산성인 금속 전구체 용액에서 갈바닉 교환반응에 참여할 수 없다는 문제점을 해소하고자 탄소쉘의 내부에 산화망간(II)을 위치하도록 하여 산안정성을 확보하여 산성인 금속 전구체 용액에서 갈바닉 교환반응에 참여할 수 있도록 하였다. 또한, 본 발명자들은 서로 다른 반응양상을 나타냄을 확인하고 탄소쉘의 외주면 또는 내주면에 선택적으로 촉매활성을 갖는 금속 나노결정을 결합하였다. In studying galvanic exchange reaction using manganese oxide, different reaction modes were used in the galvanic exchange reaction of metals according to various oxidation states of manganese oxide. Manganese (II) oxide was easily dissolved in acidic state, In order to solve the problem that it can not participate in the galvanic exchange reaction in the precursor solution, manganese (II) oxide is placed inside the carbon shell to secure the acid stability and participate in the galvanic exchange reaction in the acidic metal precursor solution. Further, the present inventors confirmed that they exhibited different reaction patterns and bound metal nanocrystals selectively catalytically active on the outer or inner peripheral surface of the carbon shell.

이에, 본 발명은 산화망간의 다양한 산화상태를 이용하여 탄소쉘의 외주면 및/또는 내주면에 선택적으로 촉매활성을 갖는 금속 나노결정를 결합한 복합 나노입자를 제조할 수 있다. 구체적으로, 산화망간(II) 코어에 탄소쉘 형성하는 공정을 먼저 수행한 후에 갈바닉 교환 반응을 수행하는 경우 탄소쉘의 외주면에 촉매활성을 갖는 금속 나노결정을 결합할 수 있고, 사산화망간(II,III) 코어의 표면에 먼저 촉매활성을 갖는 금속 나노결정을 결합한 후에 탄소쉘을 형성하는 경우에는, 탄소쉘의 내주면에 촉매활성을 갖는 금속 나노결정을 결합할 수 있다. Accordingly, the present invention can produce composite nanoparticles in which metal nanocrystals having selective catalytic activity are bonded to an outer peripheral surface and / or an inner peripheral surface of a carbon shell using various oxidation states of manganese oxide. Specifically, when a galvanic exchange reaction is performed after a step of forming a carbon shell on a manganese (II) oxide core, metal nanocrystals having catalytic activity can be bonded to the outer surface of the carbon shell, and manganese oxide (II , III) In the case of forming a carbon shell after bonding the metal nanocrystals having catalytic activity to the surface of the core first, metal nanocrystals having catalytic activity can be bonded to the inner circumferential surface of the carbon shell.

또한, 상기 탄소쉘의 외주면 및 내주면에 모두 촉매활성을 갖는 금속 나노입자를 결합할 수 있으며, 외주면에 결합된 금속 나노결정과 내주면에 결합된 금속 나노결정은 동일하거나 상이한 종의 금속일 수 있다. 상이한 종류의 금속 나노입자를 탄소쉘의 외주면 및 내주면에 각각 결합한 경우에는 하나의 복합 나노입자에서 두 가지 촉매활성을 수행할 수 있는 장점이 있다. 상기 외부 금속나노결정 또는 내부 금속나노결정은 백금, 팔라듐, 로듐, 및 이리듐으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속일 수 있다.The metal nanocrystals having catalytic activity may be bonded to the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the carbon shell. The metal nanocrystals bonded to the outer circumferential surface and the metal nanocrystals bonded to the inner circumferential surface may be the same or different metals. In the case where different types of metal nanoparticles are respectively bonded to the outer and inner surfaces of the carbon shell, there is an advantage that two kinds of catalytic activities can be performed in one composite nanoparticle. The outer metal nanocrystals or the inner metal nanocrystals may be at least one metal selected from the group consisting of platinum, palladium, rhodium, and iridium.

본 발명자들은 한국공개특허 2009-0126057에서, 금속 이온과의 갈바닉 교환반응을 이용해 금속 나노입자를 사산화망간(II, III) 나노입자에 결합하는 방법을 수행하였으나, 산화망간(II)은 산성조건(pH 4.0)에서 용해되므로 산성조건에 사용할 수 없었다. 그러나, 본원 발명은 탄소쉘로 둘러싸인 산화망간(II) 나노 입자를 사용할 경우, 산안정성이 확보될 뿐만 아니라, 금속 나노결정이 산화망간(II)코어에 결합하지 아니하고, 탄소쉘의 외주면에 결합할 수 있다. 또한, 탄소쉘의 형성과 갈바닉 교환반응의 순서를 변경하여, 먼저 갈바닉 치환공정을 수행할 경우, 탄소쉘의 내주면에 금속 나노결정을 결합할 수 있어, 더 나아가 내주면과 외주면을 탄소소쉘을 이용하여 분리되게 위치시킬 수 있게 되며, 이를 통해 각각의 특정 면에 촉매적 기능을 부여할 수 있다.In Korean Patent Laid-Open Publication No. 2009-0126057, the present inventors conducted a method of binding metal nanoparticles to manganese dioxide (II, III) nanoparticles using a galvanic exchange reaction with metal ions. However, manganese (II) (pH 4.0) and could not be used in acidic conditions. However, in the present invention, when manganese (II) oxide nanoparticles surrounded by a carbon shell are used, not only acid stability is secured but also the metal nanocrystals do not bind to the manganese (II) core and bind to the outer surface of the carbon shell . In addition, when the formation of the carbon shell and the order of the galvanic exchange reaction are changed to perform the galvanic replacement step first, the metal nanocrystals can be bonded to the inner circumferential surface of the carbon shell. Further, the inner circumferential surface and the outer circumferential surface can be bonded So that it is possible to impart catalytic function to each specific surface.

이하, 본 발명을 더욱 자세히 설명하고자 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 산화망간(II) 코어와 탄소쉘을 포함하는 입자를 제조하는 단계, 및 금속염 용액으로 갈바닉 치환반응을 수행하여 상기 탄소쉘의 표면에 직경 0.5 내지 5, 예를 들면 1 내지 3 nm 또는 1.4 내지 2.6 nm 의 금속나노결정을 결합하는 단계를 포함하는, 복합 나노입자를 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for preparing a carbon nanotube, comprising the steps of: preparing particles comprising a manganese (II) oxide core and a carbon shell; and performing a galvanic substitution reaction with a metal salt solution to form on the surface of said carbon shell a diameter of 0.5 to 5, And binding the metal nanocrystals of 1.4 to 2.6 nm to the composite nanoparticles.

본 발명의 복합 나노입자 제조방법은 탄소쉘의 표면에 형성된 직경 0.5 내지 5nm, 예를 들면 1 내지 3 nm 또는 1.4 내지 2.6 nm의 금속나노결정을 포함하는 복합 나노입자를 제조하며, 구체적으로 (a) 탄소쉘의 외주면에 결합된 금속나노결정을 포함하는 복합 나노입자, (b) 탄소쉘의 내주면에 결합된 금속나노결정을 포함하는 복합 나노입자, (c) 탄소쉘의 내주면과 외주면 모두에 결합된 금속나노결정을 포함하는 복합 나노입자를 제공할 수 있다.The composite nanoparticle production method of the present invention is a method for producing composite nanoparticles comprising metal nanocrystals having a diameter of 0.5 to 5 nm, for example, 1 to 3 nm or 1.4 to 2.6 nm formed on the surface of a carbon shell, ) Composite nanoparticles comprising metal nanocrystals bonded to the outer surface of a carbon shell, (b) composite nanoparticles comprising metal nanocrystals bonded to the inner circumferential surface of a carbon shell, (c) bonding to both inner and outer surfaces of the carbon shell, And the metal nanocrystals can be provided.

상기 금속염 용액으로 갈바닉 교환반응을 수행함에 있어서, 본 발명에 따른 상기 갈바닉 교환반응은 50℃ 내지 100℃에서 0.5 시간 내지 12시간 동안 수행될 수 있다. 상기 금속염 용액은 상기 금속염의 용액은 PtCl4 2-, PdCl4 2-, IrCl3, 또는 RhCl3 용액일 수 있다.In performing the galvanic exchange reaction with the metal salt solution, the galvanic exchange reaction according to the present invention may be performed at 50 ° C to 100 ° C for 0.5 to 12 hours. The metal salt solution may be a solution of the metal salt PtCl 4 2- , PdCl 4 2- , IrCl 3 , or RhCl 3 solution.

본 발명에 따른 복합 나노입자는 직경 20 내지 50 nm, 예를 들면 23 내지 29 nm을 갖는 나노입자일 수 있다. 상기 탄소쉘의 두께는 5 내지 10 nm, 예를 들면 7.2 내지 8.6 nm일 수 있다. The composite nanoparticles according to the present invention may be nanoparticles having a diameter of 20 to 50 nm, for example, 23 to 29 nm. The thickness of the carbon shell may be between 5 and 10 nm, for example between 7.2 and 8.6 nm.

본 발명의 일예는 탄소쉘의 외주면에 결합된 금속나노결정을 포함하는 복합 나노입자의 제조방법을 제공한다. An example of the present invention provides a method for producing composite nanoparticles comprising metal nanocrystals bonded to the outer surface of a carbon shell.

구체적으로, 사산화망간(II, III) 코어의 표면에 도파민 중합체층을 형성하고 환원분위기하에서 400 내지 600 ℃, 예를 들면 500 ℃에서, 1 내지 10시간, 예를 들면 5시간 반응하여, 산화망간(II) 코어와 탄소쉘을 포함하는 입자를 제조하는 공정과, Specifically, a dopamine polymer layer is formed on the surface of manganese (II, III) manganese core and reacted at 400 to 600 ° C, for example 500 ° C, for 1 to 10 hours, for example 5 hours, A process for producing particles comprising a manganese (II) core and a carbon shell,

금속염 용액으로 갈바닉 치환반응을 수행하여, 탄소쉘의 외주면에 직경 0.5 내지 5nm, 예를 들면 1 내지 3 nm의 금속나노결정을 결합하는 공정을 포함한다. And performing a galvanic substitution reaction with a metal salt solution to bind metal nanocrystals having a diameter of 0.5 to 5 nm, for example, 1 to 3 nm, on the outer surface of the carbon shell.

상기 환원분위기하에서 반응하여 산화망간(II) 코어와 탄소쉘을 제조하는 공정은, 탄소쉘이 만들어지는 탄소화 반응과 사산화망간(II,III)이 산화망간(II)이 되는 탄소열 환원반응을 수행한 것이다.The step of reacting in the reducing atmosphere to produce a manganese (II) oxide core and a carbon shell may be carried out by a carbonization reaction in which a carbon shell is formed and a carbon thermal reduction reaction in which manganese dioxide (II, III) .

상기 산화망간(II) 코어, 탄소쉘 및 탄소쉘의 외주면에 결합된 금속나노결정을 포함하는 복합 나노입자는, 산용액으로 산화망간(II) 코어를 제거하는 단계를 거쳐 속빈 탄소쉘과 그 외주면에 결합된 금속나노결정을 포함하는 복합 나노입자를 제조할 수 있다. The composite nanoparticles including the metal nanocrystals bonded to the outer circumferential surfaces of the manganese (II) oxide core, the carbon shell and the carbon shell are removed by removing the manganese (II) oxide core with an acid solution, The composite nanoparticles comprising the metal nanocrystals bonded to the metal nanoparticles can be produced.

본 발명의 또 다른 일예는 탄소쉘의 내주면에 결합된 금속나노결정을 포함하는 복합 나노입자의 제조방법을 제공한다. Another embodiment of the present invention provides a method for producing composite nanoparticles comprising metal nanocrystals bonded to the inner circumferential surface of a carbon shell.

구체적으로, 사산화망간(II, III) 코어의 표면에 도파민 중합체층을 형성하기 전에, 사산화망간(II,III) 코어의 표면에 금속염 용액으로 갈바닉 치환반응을 수행하여 사산화망간(II,III) 코어의 외부 표면에 직경 0.5 내지 5nm, 예를 들면 1 내지 3 nm. 또는 1.7 내지 2.3 nm의 금속나노결정을 결합하여, 금속나노결정이 결합된 사산화망간(II,III) 코어를 제조하는 공정과 Specifically, before forming a dopamine polymer layer on the surface of the manganese (II, III) core, a galvanic substitution reaction is performed with a metal salt solution on the surface of the manganese (II, III) III) a diameter of 0.5 to 5 nm, for example 1 to 3 nm, on the outer surface of the core. Or a metal nanocrystal of 1.7 to 2.3 nm is bonded to produce a manganese oxide (II, III) core to which metal nanocrystals are bonded, and

상기 금속나노결정이 결합된 사산화망간(II,III) 코어에 도파민 중합체층을 형성하여, 환원분위기하에서 탄소쉘이 만들어지는 탄소화 반응과 사산화망간(II,III)이 산화망간(II)이 되는 탄소열 환원반응을 수행하여, 구체적으로 환원분위기하에서 400 내지 600 ℃, 예를 들면 500 ℃에서, 1 내지 10시간, 예를 들면 5 시간 반응하여, 탄소쉘의 내주면에 직경 0.5 내지 5nm, 예를 들면 1 내지 3 nm 또는 2.2 내지 3.4 nm의 금속나노결정을 결합하는 공정을 포함한다. A doping polymer layer is formed on the manganese oxide (II, III) core to which the metal nanocrystals are bonded to form a carbon shell in a reducing atmosphere, and a carbonization reaction in which manganese dioxide (II, III) For example, at 500 ° C for 1 to 10 hours, for example, for 5 hours under a reducing atmosphere to form a carbon shell having a diameter of 0.5 to 5 nm, For example, 1 to 3 nm or 2.2 to 3.4 nm of metal nanocrystals.

상기 산화망간(II) 코어, 금속나노결정 및 탄소쉘을 포함하는 복합 나노입자는, 산용액으로 산화망간(II) 코어를 제거하는 단계를 거쳐 속빈 탄소쉘과 그 내주면에 결합된 금속나노결정을 포함하는 복합 나노입자를 제조할 수 있다.The composite nanoparticles comprising the manganese (II) oxide core, the metal nanocrystals, and the carbon shell are subjected to a step of removing the manganese (II) oxide core with an acid solution to form a hollow carbon shell and metal nanocrystals bonded to the inner periphery thereof Can be produced.

본 발명의 또 다른 일예에서, (c) 탄소쉘의 내주면과 외주면 모두에 결합된 금속나노결정을 포함하는 복합 나노입자를 제조하는 방법을 제공한다. In another embodiment of the present invention, there is provided a method for producing composite nanoparticles comprising (c) metal nanocrystals bonded to both inner and outer surfaces of a carbon shell.

구체적으로, 사산화망간(II, III) 코어의 표면에 도파민 중합체층을 형성하기 전에, 사산화망간(II,III) 코어의 표면에 금속염 용액으로 갈바닉 치환반응을 수행하여 사산화망간(II,III) 코어의 외부 표면에 직경 0.5 내지 5nm, 예를 들면 1.7 내지 2.3 nm의 금속나노결정을 결합하여, 금속나노결정이 결합된 사산화망간(II,III) 코어를 제조하는 공정,Specifically, before forming a dopamine polymer layer on the surface of the manganese (II, III) core, a galvanic substitution reaction is performed with a metal salt solution on the surface of the manganese (II, III) III) a process for producing a manganese oxide (II, III) core to which metal nanocrystals are bonded by bonding metal nanocrystals having a diameter of 0.5 to 5 nm, for example, 1.7 to 2.3 nm,

상기 금속나노결정이 결합된 사산화망간(II,III) 코어에 도파민 중합체층을 형성하여, 환원분위기하에서 400 내지 600℃, 예를 들면 500 ℃에서, 1 내지 10시간, 예를 들면 5 시간 반응하여, 탄소쉘의 내주면에 직경 0.5 내지 5nm, 예를 들면 2 내지 3.5 nm의 금속나노결정을 결합하는 공정과,A dopamine polymer layer is formed on the manganese (II, III) core of manganese oxide to which the metal nanocrystals are bonded and reacted at 400 to 600 ° C, for example 500 ° C, for 1 to 10 hours, A step of binding metal nanocrystals having a diameter of 0.5 to 5 nm, for example, 2 to 3.5 nm, on the inner peripheral surface of the carbon shell,

금속염 용액으로 갈바닉 치환반응을 수행하여, 내주면에 금속나노결정이 결합된 탄소쉘의 외주면에 직경0.5 내지 5nm, 예를 들면 1 내지 3 nm의 금속나노결정을 결합하는 공정을 포함할 수 있다. And a step of binding metal nanocrystals having a diameter of 0.5 to 5 nm, for example, 1 to 3 nm, on the outer circumferential surface of the carbon shell to which the metal nanocrystals are bonded, by performing a galvanic substitution reaction with the metal salt solution.

상기 산화망간(II) 코어, 탄소쉘 및 탄소쉘의 내주면과 외주면에 결합된 금속나노결정을 포함하는 복합 나노입자는, 산용액으로 산화망간(II) 코어를 제거하는 단계를 거쳐 속빈 탄소쉘과 그 내주면과 외주면에 결합된 금속나노결정을 포함하는 복합 나노입자를 제조할 수 있다. The composite nanoparticles comprising metal nanocrystals bonded to the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the manganese (II) oxide core, the carbon shell, and the carbon shell are subjected to a step of removing the manganese (II) oxide core with an acid solution, It is possible to produce composite nanoparticles containing metal nanocrystals bonded to the inner peripheral surface and the outer peripheral surface.

상기 (a) 탄소쉘의 외주면에 결합된 금속나노결정 및 (b) 탄소쉘의 내주면에 결합된 금속나노결정은 1종 또는 2종 이상의 금속나노결정일 수 있다. 상기 (c) 탄소쉘의 내주면과 외주면 모두에 결합된 금속나노결정은, 동일 또는 상이한 금속나노결정일 수 있다.
The metal nanocrystals (a) bonded to the outer circumferential surface of the carbon shell and (b) the metal nanocrystals bonded to the inner circumferential surface of the carbon shell may be one or more metal nano-crystals. The (c) metal nanocrystals bonded to both the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the carbon shell may be the same or different metal nanocrystals.

본 발명은 탄소쉘 표면에 형성된 금속나노결정을 포함하는 복합 나노입자, 이의 제조하는 방법 및 상기 복합 나노입자를 포함하는 전지용 전극에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 갈바닉 치환반응을 이용하여 탄소쉘의 표면에 금속나노결정이 형성된 복합 나노입자를 제조하며, 높은 밀도를 가지는 초미세 금속나노결정이 나노입자 표면에 균등한 분산상태로 안정적을 고정되어 있어, 수소이온 교환 막 연료전지(PEMPC: Proton Exchange Membrane Fuel Cell)에서 기존 Pt/C 촉매들과 비교하여 높은 활성 및 내구성을 나타내어, 연료전지 등에서 유용하게 적용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 복합 나노입자는 서로 다른 두 개의 촉매활성을 가지는 금속 나노입자를 탄소층의 외주면 및 내주면으로 구분하여 결합가능하다.
The present invention relates to a composite nanoparticle comprising a metal nanocrystal formed on the surface of a carbon shell, a method for producing the composite nanoparticle, and a battery electrode comprising the composite nanoparticle. More particularly, The metal nanocrystals were fabricated and the nanoparticles with high density were stably immobilized on the surface of the nanoparticles uniformly. The proton exchange membrane fuel cell (PEMPC: Proton Exchange Membrane Fuel Cells show high activity and durability compared with existing Pt / C catalysts and can be applied to fuel cells and the like. In addition, the composite nanoparticles according to the present invention can be bonded by dividing metal nanoparticles having two different catalytic activities into an outer peripheral surface and an inner peripheral surface of a carbon layer.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 촉매적 특성을 가지는 금속을 속 빈 탄소 나노입자의 안과 밖에 서로 다르게 붙이는 방법을 보여주는 모식도이다.
도 2는 사산화망간(IV)과 산화망간(II)의 HRTEM 사진과 XRD 패턴 분석결과를 보여주는 사진으로서, 구체적으로 (a) 사산화망간(II, III)@도파민중합체와 (b) 산화망간(II)@탄소의 투과전자현미경과 고화질투과전자현미경(안쪽)과 (c) 엑스선 회절분석 패턴. 아래쪽에 있는 선을 통해 이 물질이 정방정계 사산화망간(II, III)형태(JCPDS Card No. 80-0382)와 산화망간(II)형태(JCPDS Card No. 78-0424)와 같다는 것을 알 수 있다.
도 3은 산화망간(II)@탄소 나노입자의 (a) 라만스펙트럼, (b) 고화질 투과전자현미경사진으로서, (c) 탄소 1s 전자의 탄소-탄소 이중결합(284.6 eV), 탄소-탄소 단일결합 또는 탄소-질소 단일결합(285.5 eV), 탄소-질소 이중결합(286.5 eV), 탄소(벤젠)-질소 단일결합(288. eV)의 네 가지 요소로 각각 분해된 엑스선광전자분광곡선, (d) 질소 1s 전자의 탄소-질소 이중결합(398.5 eV), 탄소-질소 단일결합(400.2 eV) 두 가지 요소로 분해된 엑스선광전자분광곡선이다.
도 4은 산화망간(II)@탄소 나노입자를 염화백금산나트륨 용액 100 ℃에서 (a) 5 분, (b) 10분, (c) 20 분, (d) 30 분 동안 반응한 뒤 얻은 투과전자현미경, 고화질 투과전자현미경(안쪽) 사진 및 탄소껍질에 결합된 백금 나노입자의 크기분포를 보여주는 히스토그램이다.
도 5는 산화망간(II)@탄소 나노입자를 염화백금산나트륨 용액과 (a) 70 ℃, (b) 50 ℃, (c) 상온에서 반응시켜 얻은 표본의 투과전자현미경과 고화질 투과전자현미경(안쪽) 그림이다.
도 6은 (a) 산화망간(II)@탄소, (b) 산화망간(II)@실리카 나노입자를 상온의 pH 1.4 산성 용액에서 24 시간 동안 반응시켜준 뒤에 관찰한 투과전자현미경 그림.
도 7은 (a) 염화망간(II) 용액, (b) 산화망간(II@탄소 나노입자에서 염산을 이용해 산화망간(II)핵을 녹여 얻은 상청액과 산화망간(II)@탄소 나노입자에서 산화망간(II)핵을 완전히 녹여내어 얻은 속 빈 탄소나노입자, 염화백금산나트륨을 반응시켜 얻은 투과전자현미경 사진이다.
도 8은 (a) 산화망간(II)@탄소 나노입자를 수열합성반응을 통해 산화시켜 만든 사산화망간(II, III)@탄소 나노입자의 엑스선회절분석 패턴. (b) 사산화망간(II, III)@탄소와 (c) 산화망간(II)@탄소 나노입자를 염화백금산나트륨 용액(1 mg/ml, pH 2.4) 70 ℃에서 30 분(왼쪽), 1 시간(가운데), 2 시간(오른쪽) 반응시킨 뒤 측정한 투과전자현미경, 고화질 투과전자현미경(안쪽) 사진이다.
도 9는 (a) 7.6 (±0.9) nm, (b) 4.9 (±0.4) nm, (c) 3.1 (±0.3 nm)의 탄소 껍질 두께를 가지는 산화망간@탄소 나노입자를 70 ℃의 염화백금산나트륨 용액과 반응시켜 시간별로 얻은 표본의 투과전자현미경, 고화질 투과전자현미경 그림(안쪽)이다.
도 10는 (a) 산화망간(II)@탄소@백금, (b) 속 빈 탄소나노입자@백금의 투과전자현미경, 고화질 투과전자현미경, 주사투과전자현미경-에너지산란분광분석으로 망간과 백금을 선 분포 분석을 할 수 있는 주사투과전자현미경-고각환흑장 그림. 히스토그램은 붙어있는 백금 나노입자의 크기분포를 보여준다. (c) 속 빈 탄소나노입자@백금의 주사전자현미경 그림. (d) 속 빈 탄소나노입자@백금에서 표면에 달라붙어있던 백금 나노입자를 녹여 얻어낸 속 빈 탄소나노입자의 투과전자현미경 그림이다.
도 11은 (a) 산화망간(II)@탄소@팔라듐, (b) 산화망간(II)@탄소@로듐, (c) 산화망간(II)@탄소@이리듐 나노입자의 투과전자현미경, 고화질 투과전자현미경(안쪽) 그림이다.
도 12은 (a) 속 빈 탄소나노입자@팔라듐, (b) 속 빈 탄소나노입자@로듐, (c) 속 빈 탄소나노입자@이리듐의 투과전자현미경, 주사투과전자현미경-에너지산란분광분석으로 귀금속을 선 분포 분석 할 수 있는 주사투과전자현미경-고각환흑장 그림. 히스토그램은 붙어있는 귀금속 나노입자의 크기분포를 보여준다.
도 13은 (a) 사산화망간(II, III)@백금, (b) 사산화망간(II, III)@백금@도파민중합체, (c) 산화망간(II)@백금@탄소 나노입자의 투과전자현미경과 고화질 투과전자현미경(안쪽) 그림. 히스토그램은 붙어있는 백금 나노입자의 크기분포를 보여준다.
도 14은 (a) 백금@속 빈 탄소나노입자, (b) 백금@속빈 탄소나노입자@백금, (c) 백금@속빈 탄소나노입자@팔라듐, (d) 백금@속빈 탄소나노입자@로듐, (e) 백금@속빈 탄소나노입자@이리듐의 투과전자현미경과 고화질 투과전자현미경(안쪽) 그림. 히스토그램은 결합된 금속 나노입자의 크기분포를 보여준다. (c)~(e)의 왼쪽 아래는 각각 백금@속 빈 탄소나노입자@팔라듐, 백금@속 빈 탄소나노입자@로듐, 백금@속 빈 탄소나노입자@이리듐의 주사투과전자현미경-고각환흑장 그림과 원소 분포도이다.(백금 : 초록색, 팔라듐 : 노란색, 로듐, 빨간색, 이리듐 : 보라색)
도 15은 (a) 산소가 포화된 0.1 M의 하이포아염소산 용액에서 회전속도는 1600 rpm, 주사 속도는 10 mV/s로 분석한 세가지 촉매의 산소환원반응 분극곡선. (b) 질소가 포화된 0.1 M의 하이포아염소산 용액에서 산소발생반응을 통해 직선 전압전극법 그래프이다.
도 16은 질소가 포화된 0.1 M의 하이포아염소산 용액에서 세가지 촉매를 이용해 순환 전압전류법으로 측정해 얻은 그래프 (주사 속도는 50 mV/s)이다.
FIG. 1 is a schematic view showing a method of attaching metals having catalytic properties to different inside and outside of hollow carbon nanoparticles according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a photograph showing an HRTEM photograph of manganese (IV) oxide and a manganese (II) oxide and a result of XRD pattern analysis. (II) @ transmission electron microscope and high quality transmission electron microscope (inside) of carbon and (c) X-ray diffraction analysis pattern of carbon. The line below shows that this material is the same as the tetragonal manganese dioxide (II, III) form (JCPDS Card No. 80-0382) and manganese (II) form (JCPDS Card No. 78-0424) have.
(B) high-quality transmission electron micrographs of (a) a carbon-carbon double bond (284.6 eV) of a carbon-1s electron, (b) X-ray photoelectron spectroscopy, decomposed into four elements, respectively, of carbon-nitrogen single bond (285.5 eV), carbon-nitrogen double bond (286.5 eV) and carbon (benzene) ) Is a x-ray photoelectron spectroscopic curve decomposed into two elements: a carbon-nitrogen double bond (398.5 eV) and a carbon-nitrogen single bond (400.2 eV)
FIG. 4 is a graph showing the results of a reaction between a carbon nanoparticle (manganese (II) oxide) and a sodium chloroplatinate solution at 100 ° C for 5 minutes, (b) 10 minutes, (c) Microscope, a high-resolution transmission electron microscope (inside) photograph, and a histogram showing the size distribution of platinum nanoparticles bound to the carbon skin.
FIG. 5 shows a transmission electron microscope and a high-quality transmission electron microscope of a sample obtained by reacting carbon nano-particles (II) @ carbon nanoparticles with a sodium chloroplatinate solution at 70 ° C., (b) 50 ° C., and (c) ) Picture.
FIG. 6 is a transmission electron microscope image obtained by reacting (a) manganese oxide (II) @ carbon and (b) manganese oxide (II) @ silica nanoparticles in an acidic solution of pH 1.4 at room temperature for 24 hours.
FIG. 7 is a graph showing the results of the oxidation of manganese (II) chloride in a supernatant obtained by dissolving manganese (II) nuclei using hydrochloric acid in a carbon nanoparticle (II) It is a transmission electron micrograph obtained by reacting manganese (II) nucleus with free-standing carbon nanoparticles and chloroplatinic acid sodium.
FIG. 8 is an X-ray diffraction analysis pattern of manganese oxide (II, III) carbon nanoparticles prepared by (a) oxidizing manganese (II) carbon nanoparticles through a hydrothermal synthesis reaction. (c) Manganese (II) oxide Carbon nanoparticles were dissolved in chloroformate (1 mg / ml, pH 2.4) at 70 ° C for 30 minutes (left), 1 Time (middle), 2 hours (right), and then a transmission electron microscope and a high-quality transmission electron microscope (inside) photograph.
FIG. 9 is a graph showing the results of measurement of manganese oxide having a carbon skin thickness of 7.6 (± 0.9) nm, (b) 4.9 (± 0.4) nm and (c) 3.1 Transmission electron microscope, high-quality transmission electron microscope (inside) picture of the specimen obtained by reaction with sodium solution over time.
FIG. 10 is a graph showing the relationship between manganese and platinum by (a) transmission electron microscopy, high quality transmission electron microscopy, scanning transmission electron microscopy, and energy scattering spectroscopic analysis of manganese (II) oxide @ carbon @ platinum oxide and (b) hollow carbon nanoparticles Scanning transmission electron microscope capable of line distribution analysis. The histogram shows the size distribution of attached platinum nanoparticles. (c) Scanning electron microscope illustration of hollow carbon nanoparticles @ platinum. (d) hollow carbon nanoparticles (transmission electron microscope) of hollow carbon nanoparticles obtained by melting platinum nanoparticles attached to the surface of platinum.
FIG. 11 is a graph showing the transmission electron microscope (TEM) of (a) manganese (II) oxide, (b) manganese (II) carbon rhodium, (c) manganese It is an electron microscope (inside) figure.
FIG. 12 shows a transmission electron microscope, scanning electron microscope-energy scattering spectroscopy analysis of iridium (a) hollow carbon nanoparticles, palladium, (b) hollow carbon nanoparticles, Scanning transmission electron microscope capable of line distribution analysis of precious metals The histogram shows the size distribution of the noble metal nanoparticles attached.
13 is a graph showing the transmittance of (a) manganese (II, III) platinum, (b) manganese (II, III) platinum dopamine polymer, (c) manganese Electron microscope and high-quality transmission electron microscope (inside) picture. The histogram shows the size distribution of attached platinum nanoparticles.
FIG. 14 is a graph showing the relationship between the amount of platinum and the amount of free carbon nanoparticles, (b) platinum, (c) platinum, (e) Transmission electron microscope and high-quality transmission electron microscope (inside) picture of platinum @ hollow carbon nanoparticle @ iridium. The histogram shows the size distribution of the bound metal nanoparticles. (c) ~ (e), respectively, are platinum, p-type carbon nanoparticles, palladium, platinum, and carbon nanoparticles, rhodium, platinum, and free carbon nanoparticles, Figures and elemental distributions (platinum: green, palladium: yellow, rhodium, red, iridium: purple)
15 shows (a) the oxygen reduction reaction polarization curve of the three catalysts analyzed at a rotation speed of 1600 rpm and a scanning speed of 10 mV / s in a 0.1 M hypochlorous acid solution saturated with oxygen. (b) A graph of the linear voltage electrode method through an oxygen generating reaction in a 0.1 M hypochlorous acid solution saturated with nitrogen.
FIG. 16 is a graph (scanning speed is 50 mV / s) obtained by cyclic voltammetry measurement using three catalysts in 0.1 M hypochlorous acid solution saturated with nitrogen.

하기 실시예를 들어 본 발명을 더욱 자세히 설명할 것이나, 본 발명의 범위가 하기 실시예로 한정되는 의도는 아니다.The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the scope of the present invention is not intended to be limited by these examples.

실시예Example 1:  One:

실시예Example 1-1:  1-1: 사산화망간Manganese oxide (( IIII ,, IIIIII )@도파민중합체 나노입자) @ Dopamine polymer nanoparticles

산화망간(II) 나노입자를 만들기 위해서는 먼저 사산화망간(II,III)@도파민중합체 나노입자를 제조하여야 한다. To prepare manganese (II) oxide nanoparticles, first prepare manganese dioxide (II, III) @ dopamine polymer nanoparticles.

계면활성제가 없는 사산화망간(II,III) 나노입자를 트리스 버퍼 용액(pH 8.5)에서 도파민 분자가 염기성에 의해 나노입자 위에서 중합반응을 일으키도록 해 도파민 중합체 필름으로 둘러싸인 나노입자 (사산화망간(II,III)@도파민중합체 나노입자)를 제조하였다. 공기 분위기에서 24시간 반응을 통해 얻어진 사산화망간(II,III)@도파민중합체 나노입자를 정제된 나노입자에 대해서 투과전자현미경(TEM), 고해상도 투과전자현미경(HR-TEM), 및 X-선 회절(XRD)을 이용하여 관찰하였고, 이를 도 2에 나타내었다. 투과전자현미경(TEM)의 분석은 JEOL JEM-2010와 함께 수행되었으며, X선 회절 패턴은 X선 회절계를 이용하여 얻어졌다(18kW)(Mac Science, Japan).Manganese dioxide (II, III) nanoparticles without a surfactant were polymerized in a Tris buffer solution (pH 8.5) by the basic action of dopamine molecules on the nanoparticles to form nanoparticles surrounded by dopamine polymer films II, III) @ dopamine polymer nanoparticles) were prepared. (II, III) @ dopamine polymer nanoparticles obtained through reaction in an air atmosphere for 24 hours were subjected to a transmission electron microscope (TEM), a high-resolution transmission electron microscope (HR-TEM), and X- And observed using diffraction (XRD), which is shown in Fig. Transmission electron microscopy (TEM) analysis was performed with JEOL JEM-2010, and the X-ray diffraction pattern was obtained using an X-ray diffractometer (18 kW) (Mac Science, Japan).

도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 7.6 (±0.9) nm의 두께를 가지는 도파민중합체 필름이 19 (±3)nm의 지름을 가지는 사산화망간(II, III)나노입자를 둘러싸고 있는 것으로 나타났다.
As shown in FIG. 2 (a), a dopamine polymer film having a thickness of 7.6 (± 0.9) nm was found to surround the manganese oxide (II, III) nanoparticles having a diameter of 19 (± 3) nm .

실시예Example 1-2: 산화망간( 1-2: Manganese oxide ( IIII )@탄소 나노입자) @ Carbon nanoparticles

실시예 1-1에서 제조한 사산화망간(II, III)@도파민중합체 나노입자를 Ar 및 4% H2를 흘려주면서 500 ℃에서 5 시간 동안 반응하여, 도파민중합체 필름을 탄소껍질로 그대로 바꿔주어 산화망간(II)@탄소 나노입자를 제조하였다. 500 ℃의 고온에서 중합체 필름의 수소가 날아가면서 탄소만 남게 되는 탄화작용을 거쳐 도파민 중합체 필름이 탄소쉘로 교체됨. 동시에, 교체된 탄소쉘이 코어의 사산화망간(Ⅱ, Ⅲ)과 다음과 같은 반응식으로 반응하는 탄소열 환원반응을 통해 사산화망간을 산화망간으로 환원시킴. Mn3O4 + C --> 3MnO + CO. 이와 같은 탄소화 반응과 탄소열 환원반응은 500 ℃에서 한꺼번에 일어났다.The doped manganese (II, III) @ dopamine polymer nanoparticles prepared in Example 1-1 was reacted at 500 ° C for 5 hours while flowing Ar and 4% H 2 , and the dopamine polymer film was changed into a carbon skin Manganese (II) oxide carbon nanoparticles were prepared. At a high temperature of 500 ° C, the hydrogen film of the polymer film is flushed with carbon, and the dopamine polymer film is replaced with a carbon shell. At the same time, the substituted carbon shells reduce manganese oxide to manganese oxide through a carbon thermal reduction reaction that reacts with manganese dioxide (II, III) in the core as follows. Mn 3 O 4 + C - > 3MnO + CO. The carbonization reaction and the carbon thermal reduction reaction occurred simultaneously at 500 ° C.

산화망간(II)@탄소 나노입자를 투과전자현미경(TEM), 고해상도 투과전자현미경(HR-TEM), 및 X-선 회절(XRD)을 이용하여 관찰하였고, 이를 도 2에 나타내었다. 또한, 산화망간(II)@탄소 나노입자를 라만스펙트럼, 고해상도 투과전자현미경(HR-TEM), 및 핵스선광 전자분광곡선을 구하고 그 결과를 도 3에 나타냈다. The manganese (II) oxide nanoparticles were observed using a transmission electron microscope (TEM), a high-resolution transmission electron microscope (HR-TEM), and X-ray diffraction (XRD). Raman spectra, high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) and nuclear magnetic resonance spectroscopy of the manganese (II) oxide nanocomposites were determined. The results are shown in FIG.

도 3은 산화망간(II)@탄소 나노입자의 (a) 라만스펙트럼, (b) 고화질 투과전자현미경사진으로서, (c) 탄소 1s 전자의 탄소-탄소 이중결합(284.6 eV), 탄소-탄소 단일결합 또는 탄소-질소 단일결합(285.5 eV), 탄소-질소 이중결합(286.5 eV), 탄소(벤젠)-질소 단일결합(288. eV)의 네 가지 요소로 각각 분해된 엑스선광전자분광곡선, (d) 질소 1s 전자의 탄소-질소 이중결합(398.5 eV), 탄소-질소 단일결합(400.2 eV) 두 가지 요소로 분해된 엑스선광전자분광곡선을 나타낸다.(B) high-quality transmission electron micrographs of (a) a carbon-carbon double bond (284.6 eV) of a carbon-1s electron, (b) X-ray photoelectron spectroscopy, decomposed into four elements, respectively, of carbon-nitrogen single bond (285.5 eV), carbon-nitrogen double bond (286.5 eV) and carbon (benzene) ) Shows an x-ray photoelectron spectroscopy curve decomposed into two elements: a carbon-nitrogen double bond (398.5 eV) and a carbon-nitrogen single bond (400.2 eV).

도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 제조된 탄소 껍질은 대부분 sp2-bond로 구성된 무정형의 탄소로 구성되어 있고 13%는 질소원자로 구성되어있다는 것을 알 수 있었다. 그리고 엑스선회절분석(XRD)를 통해 도파민중합체 껍질이 탄소로 바뀌면서 사산화망간(II, III)이 좀더 환원된 형태인 산화망간(II)이 되는 것을 알 수 있었다. 산화망간의 크기는 19 (±0.3) nm, 탄소 껍질의 두께는 7.9 (±0.7) nm이다. 이렇게 관찰된 사산화망간(II, III)의 산화망간(II)으로의 변화는 기존에는 1300 ℃이상일 때만 가능한 것으로, 도파민중합체를 통해 만들어진 탄소껍질과 사산화망간(II, III) 속의 반응을 통해 이루어진 반응으로 알 수 있었다.
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, it was found that the carbon skin was composed of amorphous carbon mainly composed of sp2-bond and 13% was composed of nitrogen atoms. X-ray diffraction analysis (XRD) showed that the dopamine polymer shell changed to carbon and manganese dioxide (II, III) became a more reduced form of manganese oxide (II). The size of manganese oxide is 19 (± 0.3) nm, and the thickness of carbon skin is 7.9 (± 0.7) nm. The change of manganese dioxide (II, III) to manganese oxide (II) is only possible when the temperature is higher than 1300 ℃. The reaction between manganese dioxide and manganese oxide (II, III) It was found by the reaction.

실시예Example 1-3: 산화망간( 1-3: Manganese oxide ( IIII )@탄소 나노입자의 ) @ Carbon nanoparticles 갈바닉Galvanic 반응 reaction

갈바닉 교환반응이 가능한지 확인하기 위해, 산화망간(II)@탄소 나노입자(1.0 mg/ml)를 염화백금산나트륨 용액(Na2PtCl4, 5.0 mg/ml, pH 3.2)에 녹여 100 ℃에서 반응시켰다.Manganese (II) oxide nanoparticles (1.0 mg / ml) were dissolved in sodium chloride platinate solution (Na2PtCl4, 5.0 mg / ml, pH 3.2) and reacted at 100 ℃.

구체적으로, 산화망간(II)@탄소 나노입자를 염화백금산나트륨 용액 100 ℃에서 (a) 5 분, (b) 10분, (c) 20 분, (d) 30 분 동안 반응한 뒤 얻은 결과물을 얻고, 실온에서 냉각 후, 그 결과의 용액을 원심분리기를 이용하여 분리하였고, 현탁액에서의 분산과 세 번의 원심분리를 통해 정제하였다. 정제된 나노입자에 대해서 투과전자현미경(TEM) 및 고해상도 투과전자현미경(HR-TEM)으로 분석하고, 입경분포를 나타내는 히스토그램을 표시하였다. 분석결과를 도 4에 나타냈다. 히스토그램은 탄소껍질에 결합된 백금 나노입자의 크기분포를 나타냈다Specifically, manganese (II) oxide nanoparticles were reacted at 100 ° C for 5 minutes, (b) for 10 minutes, (c) for 20 minutes, and (d) for 30 minutes, After cooling at room temperature, the resulting solution was separated using a centrifuge and purified by dispersion in suspension and centrifugation three times. The purified nanoparticles were analyzed by a transmission electron microscope (TEM) and a high-resolution transmission electron microscope (HR-TEM), and a histogram showing the particle size distribution was displayed. The results of the analysis are shown in Fig. The histogram showed the size distribution of the platinum nanoparticles bound to the carbon shell

도 4의 (a) 내지 (d)에 나타낸 바와 같이, 상기 반응현탁액을 각각 다른 시간에 조금씩 취해 투과전자현미경(TEM)으로 분석한 결과, 탄소의 바깥면에서 백금 핵이 만들어지고 자라는 것을 반응이 시작된 지 얼마 지나지 않아(5분 부터), 도 4의 (a)) 관찰할 수 있었다. 반응이 진행됨에 따라, 5에서 30분 사이에 산화망간(II)@탄소 나노입자의 바깥면에서 백금 나노입자의 개수가 증가하며 그 크기가 1.5 (±0.3)에서 1.9 (±0.3) nm까지 증가하는 것을 관찰하였다. As shown in FIGS. 4 (a) to 4 (d), the reaction suspension was slightly taken at different times and analyzed by a transmission electron microscope (TEM). As a result, It was not long after the start (from 5 minutes), as shown in Fig. 4 (a). As the reaction progresses, the number of platinum nanoparticles on the outer surface of the manganese (II) oxide nanocomposite increases between 5 and 30 minutes and increases in size from 1.5 (± 0.3) to 1.9 (± 0.3) nm .

이러한 갈바닉 교환반응은 고주파유도결합플라즈마 원자방출스펙트럼(ICP-AES) 분석을 통해서 반응이 진행됨에 따라 MnO 핵이 서서히 녹아나가면서 백금이 자라는 것을 확인하였다(표 1). 표 1은 산화망간(II)@탄소 나노입자 위에 백금 나노입자를 성장시키는 반응을 진행시키면서 시간에 따라 0.5 ml의 현탁액을 취한 뒤, 원심분리하고 상청액만 분리해 측정한 망간과 백금의 농도. 모든 농도는 고주파유도결합플라즈마 원자방출스펙트럼에 의해 측정되었다.This galvanic exchange reaction was confirmed by the high-frequency inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES) analysis as the reaction progressed and the MnO nuclei slowly melted and platinum grew (Table 1). Table 1 shows the concentrations of manganese and platinum measured by separating the supernatant after centrifuging and taking 0.5 ml of the suspension over time while progressing the reaction to grow platinum nanoparticles on the manganese (II) oxide nanocomposite. All concentrations were measured by high frequency inductively coupled plasma atomic emission spectrometry.

5분5 minutes 10분10 minutes 20분20 minutes 30분30 minutes 1시간1 hours 4시간4 hours Mn (ug)Mn (ug) 5252 110110 187187 231231 281281 370370 Pt (ug)Pt (ug) 1.391.39 1.271.27 952952 723723 464464 6565

실시예Example 2 2

실시예 1-1 및 1-2와 실질적으로 동일한 방법으로 산화망간(II)@탄소 나노입자를 제조하였다. 그런 후에, 실시예 1-3과 실질적으로 동일한 방법으로 산화망간(II)@탄소 나노입자의 갈바닉 반응을 수행하였으나, 다만 실시예 1-3의 반응온도 100 ℃에서 70 ℃, 50 ℃ 및 상온으로 변경하여 반응시켜 얻은 시료를 투과전자현미경과 고화질 투과전자현미경(안쪽)으로 분석하고 그 결과를 도 5에 나타냈다. 도 5는 (a) 70 ℃, (b) 50 ℃, (c) 상온에서 반응시켜 얻은 시료의 투과전자현미경과 고화질 투과전자현미경 사진을 나타내는 것이다. Manganese (II) oxide carbon nanoparticles were prepared in substantially the same manner as in Examples 1-1 and 1-2. Then, the galvanic reaction of manganese (II) oxide nanoparticles was carried out in substantially the same manner as in Example 1-3, except that the reaction temperature of Example 1-3 was changed from 70 ° C to 50 ° C to room temperature And the resulting sample was analyzed by a transmission electron microscope and a high-quality transmission electron microscope (inside), and the results are shown in FIG. 5 shows a transmission electron microscope and a high-quality transmission electron micrograph of a sample obtained by (a) reacting at 70 ° C, (b) 50 ° C, and (c) room temperature.

도 5에 나타낸 바와 같이, 산화망간@탄소 나노입자는 70℃ 및 50 ℃에서는 좀더 느린 반응속도를 보이며 동일한 시간에서 더 적은 양의 백금이 달라붙는다. 그리고 상온에서는 백금이 전혀 자라지 않는다.
As shown in FIG. 5, the manganese oxide @ carbon nanoparticles show a slower reaction rate at 70 ° C and 50 ° C, and a smaller amount of platinum sticks at the same time. At room temperature, platinum does not grow at all.

실시예Example 3: 산 안정성 평가 3: Evaluation of acid stability

실시예 1-2에서 얻어진 산화망간(II)@탄소 나노입자를 묽은 염산 용액(pH 3.2) 및 100 ℃에서 12 시간 동안 두었을 때, 아무 것도 녹아나가지 않는 것을 확인하였다. 이것은 많은 양의 질소원자를 포함하고 있는 탄소껍질에 둘러싸인 산화망간(II)핵의 산에 대해 견디는 성질이 크게 증가한 것으로 설명할 수 있다. 산성용액에 대한 안정성은 좀더 강한 산성용액(pH 1.4)에서 견디는 것을 통해 입증되었다. The manganese oxide (II) @ carbon nanoparticles obtained in Example 1-2 When it was left in diluted hydrochloric acid solution (pH 3.2) and 100 ° C for 12 hours, it was confirmed that nothing was dissolved. This can be explained as a significant increase in the resistance to acids of manganese (II) nuclei surrounded by carbon shells containing large amounts of nitrogen atoms. The stability to the acid solution was demonstrated by surviving in a stronger acid solution (pH 1.4).

실시예 1-2의 산화망간(II)@탄소 및 산화망간(II)@실리카, (J. Mater. Chem. 2010, 20, 10615-10621), 산화망간(II)@실리카 나노입자의 실리카 쉘을 3M 수산화나트륨 용액에서 녹여 만든 산화망간(II)@사산화망간(II, III)(산화망간의 가장자리 부분이 일부 물에 의해 산화되어 산화망간(II)@사산화망간(II, III)구조를 형성함) 나노입자 를 pH 1.4 산성 용액 및 상온에서 24 시간 동안 반응시켜준 뒤에 투과전자현미경으로 분석하고 결과를 도 6에 나타냈다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 산화망간(II)@탄소의 산화망간(II) 핵은 그대로 있는 반면(도 6의 (a)), 산화망간(II)@실리카 나노입자 속의 산화망간(II) 핵은 모두 녹아나간 것을 알 수 있었다(도 6의 (b)). 또한, 산화망간(II)@사산화망간(II, III) 나노입자는 완전히 녹아버려 원심분리로 분리해낼 수 없었다.
(II) @ carbon and manganese oxide (II) @ silica of Example 1-2 (J. Mater. Chem. 2010,20, 10615-10621), manganese oxide (II) @ silica nanoparticles of silica shell Manganese (II) oxide (II, III), which is prepared by dissolving in 3M sodium hydroxide solution, manganese (II) oxide (II, III) The nanoparticles were reacted for 24 hours at pH 1.4 in an acidic solution and at room temperature, and analyzed by transmission electron microscopy. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 6, the manganese (II) oxide core of the manganese (II) oxide is still present (FIG. 6A), whereas the manganese (II) (Fig. 6 (b)). Furthermore, the manganese (II) oxide manganese oxide (II, III) nanoparticles completely melted and could not be separated by centrifugation.

실시예Example 4:  4: 속빈Pervasive 탄소 나노입자의 제조 Manufacture of carbon nanoparticles

산화망간(II)@탄소 나노입자에서 산화망간(II) 핵을 제거한 속 빈 탄소나노입자와 염화백금을 염화망간(II) 용액 또는 산화망간(II)@탄소 나노입자의 산화망간(II)코어를 12 시간 동안 담가 녹여낸 pH 3.2의 염산용액과 반응시켰을 때 아무런 백금 금속입자를 관찰할 수 없었다(도 7). 도 7의 (a)는 산화망간(II)@탄소 나노입자에서 산화망간(II) 핵을 제거한 속 빈 탄소나노입자와 염화백금을, 염화망간(II) 용액과 반응시킨 결과이고, (b)는 산화망간(II)@탄소 나노입자에서 산화망간(II) 핵을 제거한 속 빈 탄소나노입자와 염화백금을, 산화망간(II)@탄소 나노입자를 염산으로 녹인 용액과 반응시킨 결과이다. Manganese (II) oxides Manganese (II) oxide from carbon nanoparticles Free radical carbon nano-particles and platinum chloride are removed from manganese (II) solution or manganese oxide (II) No platinum metal particles could be observed when reacted with a solution of hydrochloric acid of pH 3.2 dissolved in water for 12 hours (FIG. 7). FIG. 7 (a) is a result of reacting the hollow carbon nanoparticles prepared by removing the manganese (II) nucleus from the carbon nanoparticles and the platinum chloride with the manganese (II) chloride solution, Is the result of the reaction of inert and carbon nanoparticles from which manganese (II) oxide nanoparticles have been removed from carbon nanoparticles and a solution of manganese (II) oxide nanoparticles dissolved in hydrochloric acid.

도 7에 나타낸 바와 같이, 탄소 껍질에 의해 안정성이 증가된 산화망간(II) 핵이 산화망간(II)@탄소 나노입자의 표면에 백금이 결합하는 원인이라는 것을 입증한다. 백금 나노입자가 산화망간(II)@탄소의 표면에 결합하는 것은 염화백금이온이 백금금속으로 환원되면서 산화망간(II)이 망간이온(II)으로 산화되는 갈바닉 교환반응에 의한 것이다. 상기 갈바닉 교환반응을 하기 반응식 1에 나타냈다.As shown in Fig. 7, it is proved that the manganese (II) oxide nucleus having increased stability by the carbon shell is the cause of binding of platinum to the surface of manganese (II) oxide nanocomposite. The binding of platinum nanoparticles to the surface of manganese (II) oxide is due to a galvanic exchange reaction in which platinum chloride ions are reduced to platinum metal and manganese (II) oxide is oxidized to manganese ions (II). The above Galvanic exchange reaction is shown in the following Reaction Scheme 1.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

PtCl42- + 2MnO(s) + 4H+ → Pt(s) + 2Mn3+ + 4Cl- + 2H2O (1) PtCl4 2- + 2MnO (s) + 4H + → Pt (s) + 2Mn 3+ + 4Cl- + 2H 2 O (1)

비교예Comparative Example 1:  One: 사산화망간Manganese oxide (( IIII , , IIIIII )@탄소 나노입자의 ) @ Carbon nanoparticles 갈바닉Galvanic 반응 reaction

산화망간(II)@탄소 나노입자를 수열합성반응을 통해 산화시켜 만든 사산화망간(II, III)@탄소 나노입자의 XRD 패턴을 9a에 나타냈다. (산화망간(II)@탄소 나노입자를 증류수에 녹인 뒤, 공기 분위기의 오토클레이브에서 200 ℃ 24 시간반응시켜 만들었다.The XRD pattern of manganese oxide (II, III) carbon nanoparticles made by oxidizing manganese (II) carbon nanoparticles through a hydrothermal synthesis reaction is shown in 9a. (Manganese (II) oxide) carbon nanoparticles were dissolved in distilled water and reacted in an air atmosphere autoclave at 200 ° C for 24 hours.

상기 제조된 사산화망간(II,II)@탄소쉘와 실시예 1-2에서 제조한 산화망간(II)@탄소 나노입자를 염화백금산나트륨 용액(1 mg/ml, pH 2.4) 및 70 ℃에서 30 분(도 8b 및 도 8c의 왼쪽), 1 시간(도 8b 및 도 8c의 가운데), 2 시간(도 8b 및 도 8c의 오른쪽) 반응시킨 뒤 측정한 투과전자현미경 및 고화질 투과전자현미경(안쪽)를 도 8의 (b)에는 사산화망간(II, III)@탄소의 갈바닉 반응결과를, (c)에는 산화망간(II)@탄소 나노입자의 갈바닉 반응결과를 나타냈다.Carbon nanoparticles prepared from the prepared manganese dioxide (II, II) carbon shell and the manganese (II) oxide prepared in Example 1-2 were dissolved in a solution of sodium chloride platinate (1 mg / ml, pH 2.4) (Left side in Figs. 8B and 8C), 1 hour (in the middle of Figs. 8B and 8C), 2 hours (right side in Figs. 8B and 8C), and a transmission electron microscope and a high- FIG. 8 (b) shows the result of galvanic reaction of manganese (II, III) carbon, and FIG. 8 (c) shows the result of galvanic reaction of manganese (II) carbon nanoparticles.

도 8에 나타낸 바와 같이, 산화망간(II)@탄소 나노입자에서 백금의 성장이 산화망간(II)핵이 아닌 탄소껍질의 가장 바깥면에서 이루어지는 것과는 대조적으로, 수열합성반응을 통해 제조된 사산화망간(II,III)@탄소 나노입자의 백금산 이온과의 갈바닉 교환반응에서는 백금 나노입자가 아주 천천히, 그리고 사산화망간(II, III)핵에서만 성장함을 알 수 있었다. 이러한 사실은 산화망간(II)@탄소 나노입자에서 백금 나노입자가 탄소 껍질의 가장 바깥면에서만 빠른 속도로 자라는 현상은 산화망간(II)/망간이온(II)의 쌍이 사산화망간(II,III)/망간이온(II) 쌍에 비해 더 낮은 표준환원전위를 가지는 것이 원인이다.(환원전위 차 : △Ered° = -0.406 V) 이러한 차이는 사산화망간(II, III)과 비교해서 산화망간(II)일 때 표면과 염화백금 이온과의 갈바닉 교환반응에서 더 큰 양전하를 띄게 된다. 이러한 큰 산화환원전위는 갈바닉 교환반응을 통한 산화환원반응이 전도체인 탄소 나노껍질을 사이에 두고 염화백금 이온이 탄소껍질 내부의 산화망간(II)핵으로부터 전자를 받아 백금으로 환원되어 탄소의 바깥 표면에 결합하는 형태로 일어날 수 있게 한다. 이것은 산화망간(II)@탄소 나노입자의 탄소껍질이 높은 전기 전도도를 가지면서 많은 결함을 가져 갈바닉 교환반응이 일어날 때, 전자와 망간이온(II)은 탄소껍질 바깥으로 내보내면서 염화백금이온은 산화망간(II)핵으로 들어가지 못하도록 억제하고 있다는 것을 암시한다.
As shown in FIG. 8, in contrast to the fact that the growth of platinum in manganese (II) carbon nanoparticles is made on the outermost surface of the carbon skin rather than in the manganese (II) core, In the galvanic exchange reaction of manganese (II, III) carbon nanoparticles with platinum ions, it was found that platinum nanoparticles grow very slowly and only in manganese dioxide (II, III) nuclei. The fact that platinum nanoparticles grow at a fast rate only on the outermost surface of the carbon shell in the case of manganese (II) oxide nanoparticles can be attributed to the fact that the manganese (II) / manganese (II) ) / Manganese ion (II) pair (reduction potential difference: ΔEred ° = -0.406 V). This difference is due to the fact that manganese oxide (II, III) (II), the surface becomes more positively charged in the galvanic exchange reaction with the platinum chloride ion. This large redox potential is obtained by the redox reaction through the galvanic exchange reaction, in which the chlorine platinum ion receives electrons from the manganese (II) nucleus inside the carbon shell through the carbon nano shell as a conductor and is reduced to platinum, Lt; / RTI > This is because when the carbon shell of carbon nanoparticles has a high electrical conductivity and has many defects and galvanic exchange reaction occurs, the electrons and manganese ions (II) are released out of the carbon shell while the platinum ions are oxidized Manganese (II) nucleus.

실시예Example 5: 다양한 탄소껍질 두께에 따른 효과 5: Effect according to various carbon skin thickness

실시예 1-1 및 1-2의 방법과 실질적으로 동일한 방법으로, (a) 7.6 (±0.9) nm, (b) 4.9 (±0.4) nm, (c) 3.1 (±0.3 nm)의 탄소 껍질 두께를 가지는 산화망간@탄소 나노입자를 제조하였다. 상기 산화망간@탄소 나노입자를 70 ℃의 염화백금산나트륨 용액과 반응시켜, 반응시간 0분, 10분, 20분, 30분에 각각 시료를 얻고, 시료를 투과전자현미경 및 고화질 투과전자현미경(안쪽)으로 분석하여 그 결과를 도 9에 나타냈다. 도 9에서 (a) 7.6 (±0.9) nm, (b) 4.9 (±0.4) nm, (c) 3.1 (±0.3 nm)의 탄소 껍질 두께를 가지는 산화망간@탄소 나노입자를 나타낸다.(A) 7.6 (± 0.9) nm, (b) 4.9 (± 0.4) nm and (c) 3.1 (± 0.3 nm) carbon bark in substantially the same manner as in Examples 1-1 and 1-2. Manganese oxide @ carbon nanoparticles having a thickness of 30 nm were prepared. The above-mentioned manganese oxide (Manganese oxide) was reacted with a sodium chloroplatinic acid solution at 70 ° C to obtain a sample at reaction times of 0, 10, 20 and 30 minutes. Each sample was observed under a transmission electron microscope and a high-quality transmission electron microscope ). The results are shown in Fig. In FIG. 9, (a) represents manganese oxide having carbon shell thickness of 7.6 (± 0.9) nm, (b) 4.9 (± 0.4) nm and (c) 3.1 (± 0.3 nm).

탄소껍질의 두께를 조절해 산화망간(II)@탄소 나노입자를 만들어 염화백금이온과 동일한 조건에서 반응시켜주면, 탄소껍질의 두께가 4.9(±0.4) nm와 7.6(±0.9) nm일 때는 백금나노입자가 탄소껍질의 가장 바깥면에서 자란다. 이와 비교해 탄소껍질의 두께가 3.1(±0.3) nm일 때는 반응이 시작된 지 10 분쯤에 백금나노입자가 내부의 산화망간(II)표면에 먼저 달라붙기 시작해 반응이 진행됨에 따라 탄소껍질과 산화망간(II) 표면 모두에서 자라는 것을 투과전자현미경 이미지를 반응시간에 따라 측정해 확인하였다. 이 현상을 통해 염화백금 이온이 탄소껍질 내부로 들어가는 것을 억제해 갈바닉 교환반응이 탄소껍질의 바깥면에서만 일어나게 하려면 탄소껍질의 두께가 3 nm이상 되어야 한다는 사실을 알 수 있었다. 그 결과, 7.9(±0.7) nm의 탄소껍질 두께를 가진 산화망간(II)@탄소 나노입자를 염화백금산나트륨 용액에서 12시간 동안 반응해 2.1(±0.3) nm의 크기를 가진 작은 백금 나노입자가 탄소 나노껍질의 바깥면에 빽빽하게 달라붙고 탄소 나노껍질로 둘러싸인 4.3%의 산화망간(II)핵으로 되어 핵@껍질@행성 모양을 가진 산화망간(II)@탄소@백금 나노합성물을 만들 수 있었다(도 9(a)).
When the thickness of the carbon shell is 4.9 (± 0.4) nm and 7.6 (± 0.9) nm, it is possible to produce platinum Nanoparticles grow on the outermost surface of the carbon skin. When the thickness of the carbon shell is 3.1 (± 0.3) nm, the platinum nanoparticles first attach to the inner surface of the manganese oxide (II) within about 10 minutes from the start of the reaction. As the reaction progresses, II). The transmission electron microscope images were observed by measuring the reaction time. It was found that the thickness of the carbon skin should be 3 nm or more in order for the galvanic exchange reaction to occur only on the outer surface of the carbon shell by inhibiting the entry of the platinum ion into the carbon shell through this phenomenon. As a result, manganese oxide (II) having a carbon skin thickness of 7.9 (± 0.7) nm @ carbon nanoparticles was reacted in a sodium chloride platinate solution for 12 hours to obtain small platinum nanoparticles having a size of 2.1 (± 0.3) (II) @ carbon @ platinum nanocomposite with a core of 4.3% manganese (II) nucleus clustering tightly on the outer surface of the carbon nano-shell and surrounded by a carbon nano-shell 9 (a)).

실시예Example 6: 속 빈  6: Inner bin 탄소나노입자의Of carbon nanoparticles 외부 표면에  On the outer surface 결합된Combined 나노입자 Nanoparticle

산화망간(II)@탄소@백금 나노입자를 이용하여, 속빈 탄소나노입자의 특정면에 촉매적인 나노입자를 붙이는 일이 가능할지 확인하였다. It has been confirmed that it is possible to attach catalytic nanoparticles to specific surfaces of hollow carbon nanoparticles using manganese (II) oxide @ carbon @ platinum nanoparticles.

실시예 4에서 제조한 산화망간(II, III)@탄소@백금 나노입자를 pH 1.0의 질산용액에 담가주면 백금 나노입자에는 영향을 주지 않고 남아있던 산화망간(II)핵만 완전히 녹아나가고 17(±3)nm의 내부 빈공간만 남게 되었다. 그 결과, 바깥 면에만 아주 작은 백금 나노입자가 빽빽하게 결합된 속빈 탄소나노입자@백금 나노입자를 제조하였으며, 이는 전기화학촉매로 적용 가능하다. 백금을 가장 바깥면에 붙여 특정 면에 특성을 준 것은 속 빈 탄소나노입자@백금 나노입자의 투과전자현미경(TEM), 고화질 투과전자현미경(HRTEM), 주사전자현미경(SEM), 에너지산란분광분석(EDX)선 원소분석 방법을 통해 알 수 있었으며, 그 결과를 도 10의 (b)내지 (d)에 나타냈다.When the manganese oxide (II, III) @ carbon @ platinum nanoparticles prepared in Example 4 were immersed in a nitric acid solution having a pH of 1.0, only the manganese (II) nucleus remaining unaffected by the platinum nanoparticles was completely dissolved and 17 (± 3) Only the inner empty space of nm was left. As a result, hollow carbon nanoparticles (platinum nanoparticles), in which very small platinum nanoparticles are tightly bound only on the outer surface, were prepared, which can be applied as an electrochemical catalyst. Platinum was attached to the outermost surface to characterize the specific surface of the hollow nanoparticles. Transmission electron microscopy (TEM), high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), scanning electron microscopy (SEM), energy scattering spectroscopy (EDX) line element analysis method, and the results are shown in Figs. 10 (b) to (d).

도 10에서 (a) 산화망간(II)@탄소@백금의 백금의 투과전자현미경, 고화질 투과전자현미경, 주사투과전자현미경-에너지산란분광분석을 나타내고, (b) 내지 (d)는 속빈 탄소나노입자@백금의 투과전자현미경, 고화질 투과전자현미경, 주사투과전자현미경-에너지산란분광분석으로 결과를 나타내고, (a) 및 (b)의 히스토그램은 결합된 백금 나노입자의 크기분포를 나타낸다.
10 (a) shows a transmission electron microscope, a high-quality transmission electron microscope, a scanning transmission electron microscope-energy scattering spectroscopic analysis of platinum of manganese (II) oxide @ carbon @ platinum, The histograms of (a) and (b) show the size distribution of the bound platinum nanoparticles. The results are shown by transmission electron microscope of particles, platinum, high-quality transmission electron microscope, scanning transmission electron microscope-energy scattering spectroscopy.

실시예Example 7: 팔라듐, 로듐 및 이리듐의 결합  7: Coupling of palladium, rhodium and iridium

실시예Example 7-1: 산화망간( 7-1: Manganese oxide ( IIII )@탄소@금속 나노입자) @ Carbon @ metal nanoparticles

실시예 1과 같은 방법을 이용하면 백금뿐만 아니라, 염화팔라듐산나트륨, 염화로듐, 염화이리듐 용액에 산화망간(II)@탄소 나노입자를 담가 갈바닉 교환반응을 이용해 탄소 껍질의 바깥면에 각각 2.2(±0.4), 2.0(±0.3), 1.6(±0.2) nm 크기의 팔라듐, 로듐, 이리듐 나노입자를 붙일 수 있었다. 도 11에서 (a) 산화망간(II)@탄소@팔라듐, (b) 산화망간(II)@탄소@로듐 및 (c) 산화망간(II)@탄소@이리듐 나노입자의 투과전자현미경 및 고화질 투과전자현미경(안쪽) 사진을 나타내며, 각 도면에는 결합된 금속입자의 입경을 표시한 히스토그랩을 나타냈다.
Using the same method as in Example 1, manganese (II) oxide nanoparticles immersed in sodium chloride palladium chloride, rhodium chloride, and iridium chloride solution as well as platinum were subjected to a galvanic exchange reaction to obtain 2.2 ( (± 0.4), 2.0 (± 0.3), and 1.6 (± 0.2) nm of palladium, rhodium, and iridium nanoparticles. 11 shows the transmission electron microscope and high-quality transmission of (a) manganese (II) oxide, (b) manganese (II) oxide and (c) manganese (II) Electron micrograph (inside) photograph, and each figure shows the histogram showing the particle size of the combined metal particles.

실시예Example 7-2:  7-2: 속빈Pervasive 산화망간( Manganese oxide ( IIII )@탄소@금속 나노입자) @ Carbon @ metal nanoparticles

상기 제조된 산화망간(II)@탄소@금속 나노입자에서 산화망간(II)을 녹여내면 촉매적 특성을 가지는 다양한 귀금속이 바깥면에 빽빽하게 달라붙은 속 빈 탄소나노입자@금속 (금속 = 팔라듐, 로듐, 이리듐) 나노입자를 얻을 수 있었다. 구체적으로, 상기 제조된 산화망간(II)@탄소@금속 나노입자를 pH 1.0의 질산용액에 담가주면 백금 나노입자에는 영향을 주지 않고 남아있던 산화망간(II)핵만 완전히 녹아나가고 내부 빈공간만 남게 되었다.When the manganese (II) oxide is dissolved in the produced manganese (II) oxide nanocomposite, various noble metals having catalytic properties are attached to the outer surface of the hollow nanoparticle metal (metal = palladium, rhodium , Iridium) nanoparticles were obtained. Specifically, if the prepared manganese oxide (II) @ carbon @ metal nanoparticles are immersed in a nitric acid solution having a pH of 1.0, only the core of the manganese (II) oxide remaining unaffected by the platinum nanoparticles is completely dissolved, .

도 12에서, (a) 속빈 탄소나노입자@팔라듐, (b) 속빈 탄소나노입자@로듐 및 (c) 속빈 탄소나노입자@이리듐의 투과전자현미경, 주사투과전자현미경 및 에너지산란분광분석 사진이고, 히스토그램은 붙어있는 귀금속 나노입자의 크기분포를 보여준다.
In FIG. 12, a transmission electron microscope, a scanning transmission electron microscope, and an energy scattering spectroscopy analysis image of (a) hollow carbon nanoparticles, (b) hollow carbon nanoparticles, (rhodium) and (c) hollow carbon nanoparticles, The histogram shows the size distribution of the noble metal nanoparticles attached.

실시예Example 8:  8: 속빈Pervasive 탄소나노입자의Of carbon nanoparticles 내부 및  Inside and 외부면에On the outer side 금속입자 결합 Metal particle bonding

실시예Example 8-1:  8-1: 탄소나노입자의Of carbon nanoparticles 내부에 금속입자 결합 Metal particle bonding inside

촉매적 특성을 지닌 나노입자를 속 빈 탄소나노입자의 내부 면에 붙이는 방법이다. 먼저, 갈바닉 교환반응을 이용해 계면활성제가 없는 사산화망간(II, III) 나노입자의 외부면에 2.0(±0.3) nm 크기의 백금 나노입자(사산화망간(II, III)@백금)를 결합하였다. This method attaches nanoparticles with catalytic properties to the inner surface of hollow nanoparticles. First, platinum nanoparticles (manganese oxide (II, III) @ platinum) of 2.0 (± 0.3) nm in size were attached to the outer surface of manganese oxide (II, III) nanoparticles without surfactant using a galvanic exchange reaction Respectively.

상기 외부표면에 백금나노입자가 결합한 사산화망간(II, III) 나노입자를 도파민 중합체를 이용해 탄소 코팅을 수행하였다(도 13의 (a) 및 (b)). 구체적으로, 실시예 1-1와 유사한 방법으로, 외부면에 백금나노입자가 결합한 사산화망간(II, III) 나노입자를 트리스 버퍼 용액(pH 8.5)에서 도파민 분자가 염기성에 의해 나노입자 위에서 중합반응을 수행하여 도파민 중합체 필름으로 둘러싸인 나노입자 (사산화망간(II,III)@백금@도파민중합체)를 제조하였다. 또한, 실시예 1-2와 실질적으로 동일한 방법으로, Ar 및 4% H2를 흘려주면서 사산화망간(II, III)@백금@도파민중합체를 500 ℃에서 5 시간 동안 반응하여, 도파민중합체 필름을 탄소껍질로 바꿔주어 산화망간(II)@백금@탄소나노입자를 제조하였다. 상기 산화망간(II)@백금@탄소 나노입자를 투과전자현미경(TEM), 고해상도 투과전자현미경(HR-TEM), 및 X-선 회절(XRD)을 이용하여 관찰하였고, 이를 도 13에 나타내었다.(II, III) nanoparticles in which platinum nanoparticles were bonded to the outer surface were coated with carbon using a dopamine polymer (FIGS. 13 (a) and 13 (b)). Specifically, in a similar manner to Example 1-1, manganese (II, III) nanoparticles of manganese oxide (II, III) having platinum nanoparticles bonded to its outer surface were polymerized in a Tris buffer solution (pH 8.5) The reaction was carried out to prepare nanoparticles (manganese dioxide (II, III) @ platinum @ dopamine polymer) surrounded by a dopamine polymer film. Further, a manganese (II, III) platinum (Pt) dopamine polymer was reacted at 500 ° C. for 5 hours while flowing Ar and 4% H 2 in substantially the same manner as in Example 1-2 to obtain a dopamine polymer film (II) < / RTI > platinum < / RTI > carbon nanoparticles were prepared. The above-mentioned manganese (II) oxide platinum nanoparticles were observed using a transmission electron microscope (TEM), a high-resolution transmission electron microscope (HR-TEM), and X-ray diffraction (XRD) .

도 13은 (a) 사산화망간(II,III)@백금, (b) 사산화망간(II, III)@백금@도파민중합체, (c) 산화망간(II)@백금@탄소 나노입자의 투과전자현미경과 고화질 투과전자현미경(안쪽)사진과, 히스토그램은 달라붙어있는 백금 나노입자의 크기분포를 보여준다. 상기 산화망간(II)@백금@탄소 나노입자의 투과전자현미경 이미지를 통해 굽는 과정에서 크기가 살짝 증가한 2.8(±0.6) nm 크기의 백금 나노입자가 산화망간(II)핵과 탄소 껍질 사이에 붙어있는 것을 관찰할 수 있었다(도 13c).
13 is a graph showing the transmittance of (a) manganese (II, III) platinum, (b) manganese (II, III) platinum dopamine polymer, (c) manganese The electron microscope, high-resolution transmission electron microscope (inside) photograph, and histogram show the size distribution of attached platinum nanoparticles. Platinum nanoparticles of 2.8 (± 0.6) nm in size, slightly increased in size during the bending process through the transmission electron microscope image of the manganese (II) oxide (platinum) carbon nanoparticles, are attached between the manganese (II) oxide core and the carbon skin (Fig. 13C).

실시예Example 8-2:  8-2: 속빈Pervasive 탄소나노입자의Of carbon nanoparticles 내부에 금속입자 결합 Metal particle bonding inside

산화망간(II)@백금@탄소 나노입자의 산화망간(II)을 질산 용액을 이용해 제거하면 내부 빈공간이 생기면서 속빈 탄소 나노입자의 내면에만 백금 나노입자가 붙어있는 백금@속빈 탄소 나노입자가 만들어진다(도 14의 (a)) 이러한 방법을 이용하면 속 빈 탄소 나노입자의 내면과 외면을 각각 같은 또는 다른 촉매적 특성을 가지는 나노입자로 장식할 수 있다.
Removal of manganese (II) oxide (Pt) @ carbon nanoparticles from manganese (II) oxide using a nitric acid solution results in the formation of an internal void and the formation of platinum nanocarbon nanoparticles with platinum nanoparticles attached only to the inner surface of the hollow carbon nanoparticles 14 (a)). With this method, the inner and outer surfaces of the hollow carbon nanoparticles can be decorated with nanoparticles having the same or different catalytic properties, respectively.

실시예Example 8-3:  8-3: 탄소나노입자의Of carbon nanoparticles 내부 및 외부에 동일 금속입자 결합 Combine the same metal particles inside and outside

실시예 8-2에서 얻어진 산화망간(II)@백금@탄소 나노입자를 염화백금산나트륨 용액에서 반응시키면, 추가의 백금 나노입자가 탄소껍질의 외면에 달라붙게 되고 이 과정에서 내부의 산화망간(II)은 완전히 녹아나간다. 그 결과, 내면과 외면이 모두 백금나노입자로 장식된 백금@속빈 탄소나노입자@백금 나노입자를 얻을 수 있었다(도 14b).
When the manganese (II) oxide platinum (Pt) carbon nanoparticles obtained in Example 8-2 were reacted in a sodium chloride platinate solution solution, additional platinum nanoparticles adhered to the outer surface of the carbon skin. In this process, the inner manganese oxide (II ) Is completely dissolved. As a result, platinum (hollow carbon nanoparticles) platinum nanoparticles having both inner and outer surfaces decorated with platinum nanoparticles were obtained (FIG. 14B).

실시예Example 8-4:  8-4: 탄소나노입자의Of carbon nanoparticles 내부 및 외부에 상이한 금속입자 결합 Combination of different metal particles inside and outside

실시예 8-3에서 얻어진 속빈 산화망간(II)@백금@탄소 나노입자를, 실시예 7과 실질적으로 동일한 방법으로, 염화팔라듐산나트륨 용액, 염화로듐 용액, 염화이리듐 용액과 각각 반응시키면, 내면과 외면이 각각 백금과 다른 촉매적 특성을 가진 나노입자로 장식된 백금@속빈 탄소나노입자@금속(금속 = 팔라듐, 로듐, 이리듐) 나노합성물을 만들 수 있었다. (도 14c-e)When the hollow manganese (II) oxide platinum (Pt) carbon nanoparticles obtained in Example 8-3 were reacted with sodium chloride palladium chloride solution, rhodium chloride solution and iridium chloride solution, respectively, in substantially the same manner as in Example 7, (Metal = palladium, rhodium, iridium) nanocomposites, each of which was decorated with nanoparticles of platinum and other catalytic properties, respectively. (Fig. 14C-e)

도 14은 (a) 백금@속빈 탄소나노입자, (b) 백금@속빈 탄소나노입자@백금, (c) 백금@속빈 탄소나노입자@팔라듐, (d) 백금@속빈 탄소나노입자@로듐, (e) 백금@속빈 탄소나노입자@이리듐의 투과전자현미경과 고화질 투과전자현미경(안쪽)를 나타내는 도면이고, 히스토그램은 달라붙어있는 금속 나노입자의 크기분포를 보여준다. 도 4의 (c) 내지(e)의 왼쪽 아래는 각각 백금@속빈 탄소나노입자@팔라듐, 백금@속빈 탄소나노입자@로듐, 및 백금@속빈 탄소나노입자@이리듐의 주사투과전자현미경 사진과 원소 분포도이다(백금:초록색, 팔라듐:노란색, 로듐, 빨간색, 이리듐:보라색).
FIG. 14 is a graph showing the results of the measurement of (a) platinum particle, (b) platinum particle, (c) platinum particle, e) platinum @ hollow carbon nanoparticle @ transmission electron microscope and high-quality transmission electron microscope (inside) of iridium, and the histogram shows the size distribution of the attached metal nanoparticles. 4 (c) to 4 (e) are the transmission electron micrographs of elemental platinum (spontaneous carbon nanoparticles), palladium (platinum), free carbon nanoparticles (rhodium) and platinum (Platinum: green, palladium: yellow, rhodium, red, iridium: purple).

실시예Example 9: 백금@ 9: Platinum @ 속빈Pervasive 탄소나노입자Carbon nanoparticles @이리듐 나노입자의 이중 전기화학촉매반응 평가 @ Double Electrochemical Catalytic Reaction Evaluation of Iridium Nanoparticles

실시예Example 9-1:  9-1: 속빈Pervasive 탄소나노입자의Of carbon nanoparticles 내부 및  Inside and 외부면에On the outer side 상이한 금속입자가  Different metal particles 결합된Combined 입자 particle

실시예 8-4에서 제조된 속빈 탄소나노입자의 내부 및 외부면에 각각 서로 다른 촉매적 기능을 가지는 백금@속빈 탄소나노입자@금속 나노입자의 유용성을 입증하기 위해 전기화학촉매반응에서 백금@속빈 탄소나노입자@이리듐 나노입자의 산소환원반응(ORR)과 산소발생반응(OER)의 두 가지 기능에 대한 촉매적 활동성을 확인해 보았다. 이 반응에 대한 전기화학촉매 활동성은 이차연료전지분야에서 중요하다. In order to demonstrate the usefulness of the metal nanoparticles of the present invention, which have different catalytic functions on the inner and outer surfaces of the hollow carbon nanoparticles prepared in Example 8-4, We confirmed the catalytic activity of two functions of oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen generation reaction (OER) of carbon nanoparticles @ iridium nanoparticles. The electrochemical catalytic activity for this reaction is important in the secondary fuel cell field.

구체적으로, 산소가 포화된 0.1 M의 하이포아염소산 용액에서 회전속도는 1600 rpm, 주사 속도는 10 mV/s로 분석한 세가지 촉매의 산소환원반응 분극곡선을 구하여 도 15의 (a)에 나타냈다. 도 15의 (a)에서 직선 전압전류법으로 산소가 포화된 0.1 M 하이포아염소산 용액에 유리상 탄소 회전판 전극(RDE)위에 세 가지 촉매를 올려 산소환원반응(ORR)에 대한 촉매활성을 측정하였다. 이 산소환원반응(ORR) 분극 곡선을 통해 백금@속빈 탄소 나노입자@이리듐 촉매의 전기화학촉매반응의 반응성이 상업적으로 판매되는 백금/탄소 촉매보다 더 좋은 것을 알 수 있었고 이를 통해 속빈 탄소 나노입자의 내부면에 결합된 백금 촉매가 산소환원반응(ORR)에서 전기화학촉매로서의 반응성을 가진다는 사실을 알 수 있었다. Specifically, the oxygen reduction reaction polarization curve of the three catalysts analyzed at a rotation speed of 1600 rpm and a scanning speed of 10 mV / s in a 0.1 M hypochlorous acid solution saturated with oxygen was shown in FIG. 15 (a). In FIG. 15 (a), three catalysts were placed on a glassy carbon rotation plate electrode (RDE) in a 0.1 M hypochlorous acid solution saturated with oxygen by a linear voltage-current method to measure the catalytic activity for the oxygen reduction reaction (ORR). Through this oxygen reduction (ORR) polarization curves, it was found that the reactivity of the electrochemical catalytic reaction of platinum @ sparse carbon nanoparticles @ iridium catalyst was better than that of commercially available platinum / carbon catalysts, It was found that the platinum catalyst bonded to the inner surface had reactivity as an electrochemical catalyst in an oxygen reduction reaction (ORR).

순환 전압전류법으로 수소 흡착 전위를 측정해 백금의 전기화학적인 활성 표면 면적(ESCA)을 측정하면(도 16) 백금@속 빈 탄소 나노입자@이리듐 나노입자와 백금/탄소가 동일한 값을 가지는 것을 알 수 있다.
When the electrochemically active surface area (ESCA) of the platinum was measured by measuring the hydrogen adsorption potential by the cyclic voltammetry method (FIG. 16), it was confirmed that the platinum / inert carbon nanoparticles Able to know.

실시예Example 9-2:  9-2: 속빈Pervasive 탄소나노입자의Of carbon nanoparticles 외부면에On the outer side 상이한 금속입자가  Different metal particles 결합된Combined 입자 particle

이와는 대조적으로, 이리듐과 백금이 모두 속 빈 탄소 나노입자의 외부면에 결합된 속빈 탄소 나노입자@이리듐/백금 나노입자의 분극곡선을 보면, 백금@속빈 탄소 나노입자@이리듐 나노입자와 백금/탄소와 비교해 전위가 70 mV정도 낮아진 것을 볼 수 있었다. 이렇게 백금과 이리듐이 탄소 표면에서 함께 붙어있을 때 산소환원반응(ORR) 활동성이 낮게 나타나는 것은 백금과 이리듐의 상호작용에 의해 백금의 산소 흡착에너지가 증가해 백금의 산소환원반응(ORR)의 활동 면을 막기 때문이다. 속빈 탄소 나노입자@백금/이리듐 나노입자의 백금 나노입자가 표면에 있는 산소를 강하게 흡착해 순환 전압전류법 측정에서 산소의 탈착이 보다 높은 전압에서 이루어지게 된다는 것을 확인할 수 있다(도 15).In contrast, the polarization curves of the spontaneous carbon nanoparticles, iridium / platinum nanoparticles, in which both iridium and platinum are bonded to the outer surface of the free carbon nanoparticles, show that the platinum @ free carbon nanoparticles @ iridium nanoparticles and platinum / carbon The potential was lowered by about 70 mV. The reason why the activity of the oxygen reduction reaction (ORR) is low when the platinum and the iridium are attached together on the carbon surface is that the oxygen adsorption energy of the platinum is increased by the interaction of the platinum and the iridium, . The platinum nanoparticles of the hollow carbon nanoparticles (platinum / iridium nanoparticles) strongly adsorb oxygen on the surface, so that oxygen desorption at a higher voltage is achieved in the cyclic voltammetry measurement (FIG. 15).

도 15의 (b)에서 세가지 촉매의 산소발생반응(OER)에 대한 직선 전압전류법 측정 그래프를 나타내고 있다. 이리듐을 포함하고 있는 촉매들과 비교해 백금/탄소 촉매일 때 전위가 두드러지게 나타나고 이것은 백금이 산소발생반응(OER)에서 낮은 전기화학촉매 반응성을 가진다는 것을 나타낸다. 백금@속빈 탄소 나노입자@이리듐 나노입자와 속빈 탄소 나노입자@백금/이리듐 나노입자의 전위가 거의 유사하였다. 하지만, 도 15의 (b)를 통해 백금/탄소 나노입자의 산소발생반응(OER) 활성도에 비해 백금@속빈 탄소 나노입자@이리듐 나노입자의 활성도가 더 뛰어남을 알 수 있었다. 도 15를 통해 백금@속 빈 탄소 나노입자@이리듐이 산소환원반응(ORR)과 산소발생반응(OER)의 두 가지 반응에 대한 촉매적 기능을 가진 물질이라는 것을 알 수 있었다. 백금, 이리듐과 같은 서로 다른 두 개의 촉매활성을 가지는 금속 나노입자를 탄소 층을 통해 구분해 놓는 것이 그들만의 독특한 전기화학촉매반응을 산소환원반응(ORR)에서 봤던 것과 같은 활성도의 저하 없이 가능하도록 하였다.FIG. 15 (b) shows a graph of the linear voltage-current method for the oxygen generation reaction (OER) of the three catalysts. Dislocations are prominent when platinum / carbon catalysts are compared to those containing iridium, indicating that platinum has low electrochemical catalytic reactivity in the oxygenation reaction (OER). The dislocations of platinum @ sparse carbon nanoparticles @ iridium nanoparticles and hollow carbon nanoparticles @ platinum / iridium nanoparticles were almost similar. However, Fig. 15 (b) shows that the activity of the platinum @ hollow carbon nanoparticles < RTI ID = 0.0 > iridium < / RTI > nanoparticles is better than that of the oxygen generating reaction (OER) activity of platinum / carbon nanoparticles. FIG. 15 shows that iridium, a platinum particle, has a catalytic function for two reactions, an oxygen reduction reaction (ORR) and an oxygen generation reaction (OER). Separating two different catalytically active metal nanoparticles, such as platinum and iridium, through the carbon layer allows their unique electrochemical catalysis to be performed without degrading the activity as seen in the oxygen reduction reaction (ORR). Respectively.

Claims (26)

사산화망간(II, III) 코어의 표면에 도파민 중합체층을 형성하고, 환원분위기하에서 탄소쉘이 만들어지는 탄소화 반응과 사산화망간(II,III)이 산화망간(II)이 되는 탄소열 환원반응을 수행하여 산화망간(II) 코어와 탄소쉘을 포함하는 입자를 제조하고,
금속염 용액으로 갈바닉 치환반응을 수행하여, 상기 탄소쉘의 표면에 직경 0.5 내지 5 nm의 외부 금속나노결정을 결합하는 단계를 포함하는, 복합 나노입자를 제조하는 방법.
A doping polymer layer is formed on the surface of a manganese (II, III) oxide core and a carbonization reaction in which a carbon shell is formed in a reducing atmosphere and a carbonization reaction in which manganese dioxide (II, III) Reaction was carried out to prepare particles containing a manganese (II) oxide core and a carbon shell,
And performing a galvanic substitution reaction with a metal salt solution to bind external metal nanocrystals having a diameter of 0.5 to 5 nm to the surface of the carbon shell.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 산화망간(II) 코어와 탄소쉘을 포함하는 입자는 탄소쉘의 내주면에 결합된 내부 금속나노결정를 추가로 포함하는 것인 방법.
The method of claim 1, wherein the particles comprising the manganese (II) oxide core and the carbon shell further comprise an inner metal nanocrystal bonded to the inner circumferential surface of the carbon shell.
제 4 항에 있어서, 상기 도파민 중합체층을 형성하기 전에, 사산화망간(II,III) 코어에 금속염 용액으로 갈바닉 치환반응을 수행하여 사산화망간(II,III) 코어의 외부 표면에 직경 0.5 내지 5 nm의 내부 금속나노결정을 결합하고,
그 표면에 도파민 중합체층을 형성하고, 환원분위기하에서 탄소쉘이 만들어지는 탄소화 반응과 사산화망간(II,III)이 산화망간(II)이 되는 탄소열 환원반응을 수행하여, 탄소쉘의 내주면에 결합된 0.5 내지 5 nm 금속나노결정를 추가로 포함하는 산화망간(II) 코어 및 탄소쉘을 포함하는 입자를 제조하는 것인 방법.
5. The method of claim 4, wherein, prior to forming the dopamine polymer layer, a galvanic substitution reaction is performed on the manganese (II, III) manganese core with a metal salt solution, 5 nm inner metal nanocrystals were bonded,
A doping polymer layer is formed on the surface of the carbon shell and a carbonation reaction in which a carbon shell is formed in a reducing atmosphere and a carbon thermal reduction reaction in which manganese dioxide (II, III) is manganese oxide (II) To produce particles comprising a manganese (II) oxide core and a carbon shell further comprising 0.5 to 5 nm metal nanocrystals bonded to said metal nanocrystals.
제 5 항에 있어서, 상기 외부 금속나노결정을 결합하는 단계를 수행한 후에,산용액으로 산화망간(II) 코어를 제거하는 단계를 추가로 수행하여 속빈 탄소쉘을 제조하는 것인 방법.
6. The method of claim 5, further comprising performing a step of bonding the outer metal nanocrystals followed by removing the manganese (II) oxide core with an acid solution to produce a hollow carbon shell.
제 4 항에 있어서, 상기 외부 금속나노결정 및 내부 금속나노결정은 상이한 종류의 금속인 방법.
5. The method of claim 4, wherein the outer metal nanocrystals and the inner metal nanocrystals are different kinds of metals.
제1항, 제4항 내지 제7항 중 어느 한항에 있어서, 상기 외부 금속나노결정 또는 내부 금속나노결정은 백금, 팔라듐, 로듐, 및 이리듐으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속인 방법.
The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the outer metal nanocrystals or the inner metal nanocrystals are at least one metal selected from the group consisting of platinum, palladium, rhodium, and iridium.
제1항, 제4항 내지 제7항 중 어느 한항에 있어서, 상기 금속나노결정은 0.5 내지 5 nm의 크기의 직경을 가지는 것인 방법.
8. The method of any one of claims 1 to 7, wherein the metal nanocrystals have a diameter of 0.5 to 5 nm.
제1항, 제4항 내지 제7항 중 어느 한항에 있어서, 상기 복합 나노입자는 직경 20 내지 50 nm을 갖는 나노입자인 방법.
8. The method of any one of claims 1 to 7, wherein the composite nanoparticles are nanoparticles having a diameter of from 20 to 50 nm.
제1항, 제4항 내지 제7항 중 어느 한항에 있어서, 상기 갈바닉 치환반응은 50℃ 내지 100℃에서 수행되는 방법.
8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the galvanic substitution reaction is performed at 50 DEG C to 100 DEG C.
제1항, 제4항 내지 제7항 중 어느 한항에 있어서, 상기 갈바닉 치환반응은 0.5 시간 내지 12시간 동안 수행되는 방법.
8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the galvanic substitution reaction is carried out for 0.5 to 12 hours.
제1항에 있어서, 상기 금속염의 용액은 PtCl4 2-, PdCl4 2-, IrCl3, 또는 RhCl3 용액인 방법.
The method of claim 1, wherein the solution of the metal salt is PtCl 4 2- , PdCl 4 2- , IrCl 3 , or RhCl 3 solution.
제 1 항에 있어서, 상기 탄소쉘의 두께는 5 내지 10 nm인 방법.
The method of claim 1, wherein the thickness of the carbon shell is between 5 and 10 nm.
제1항에 따른 방법으로 제조되며, 탄소쉘 외주면에 형성된 직경 0.5 내지 5 nm 의 외부 금속나노결정을 포함하는 복합 나노입자.
A composite nanoparticle prepared by the method according to claim 1 and comprising an outer metal nanocrystal having a diameter of 0.5 to 5 nm formed on the outer surface of the carbon shell.
제 15 항에 있어서, 상기 복합 나노입자는, 탄소쉘의 내주면에 형성된 직경 0.5 내지 5 nm 의 내부 금속나노결정을 추가로 포함하는 것인 복합 나노입자.
16. The composite nanoparticle according to claim 15, wherein the composite nanoparticle further comprises an inner metal nanocrystal having a diameter of 0.5 to 5 nm formed on an inner peripheral surface of the carbon shell.
제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 탄소쉘은 그 내부에 MnO 코어를 포함하는 것인 복합 나노입자.
17. The composite nanoparticle of claim 15 or 16, wherein the carbon shell comprises a MnO core therein.
제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 탄소쉘은 그 내부가 빈공간인 형태의 속빈 탄소쉘인 것인 복합 나노입자.
17. The composite nanoparticle of claim 15 or 16, wherein the carbon shell is a hollow carbon shell in the form of an empty space.
제 15 항에 있어서, 상기 외부 금속나노결정 또는 내부 금속나노결정은 백금, 팔라듐, 로듐, 및 이리듐으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속인 복합 나노입자.
16. The composite nanoparticle according to claim 15, wherein the outer metal nanocrystals or the inner metal nanocrystals are at least one metal selected from the group consisting of platinum, palladium, rhodium, and iridium.
제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 금속나노결정은 1.4 내지 3.4 nm의 크기의 직경을 가지는 것인 복합 나노입자.
The composite nanoparticle according to claim 15 or 16, wherein the metal nanocrystals have a diameter of 1.4 to 3.4 nm.
제 15 항에 있어서, 상기 탄소쉘의 두께는 5 내지 10 nm인 복합 나노입자.
16. The composite nanoparticle according to claim 15, wherein the carbon shell has a thickness of 5 to 10 nm.
제 15 항에 있어서, 직경 20 내지 50 nm을 갖는 복합 나노입자.
16. The composite nanoparticle of claim 15, having a diameter of from 20 to 50 nm.
제1항에 따른 방법으로 제조되며, 탄소쉘 외주면에 형성된 직경 0.5 내지 5 nm 의 외부 금속나노결정을 함유하는 복합 나노입자를 포함하는 전지용 전극.
An electrode for a battery comprising a composite nanoparticle prepared by the method according to claim 1 and containing external metal nanocrystals having a diameter of 0.5 to 5 nm formed on the outer surface of the carbon shell.
제 23 항에 있어서, 상기 복합 나노입자는, 탄소쉘의 내주면에 형성된 직경 0.5 내지 5 nm의 내부 금속나노결정을 추가로 포함하는 것인 전지용 전극.
The battery electrode according to claim 23, wherein the composite nanoparticle further comprises an inner metal nanocrystal having a diameter of 0.5 to 5 nm formed on an inner peripheral surface of the carbon shell.
제 23 항에 있어서, 상기 탄소쉘은 그 내부가 빈공간인 형태의 속빈 탄소쉘인 것인 전지용 전극.
24. A battery electrode according to claim 23, wherein the carbon shell is a hollow carbon shell in the form of an empty space inside.
제 23 항에 있어서, 상기 외부 금속나노결정 또는 내부 금속나노결정은 백금, 팔라듐, 로듐, 및 이리듐으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 금속인 전지용 전극.
24. The electrode for a battery according to claim 23, wherein the outer metal nanocrystals or the inner metal nanocrystals are at least one metal selected from the group consisting of platinum, palladium, rhodium, and iridium.
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