KR101802644B1 - The method of manufacturing synthesis gas and electrochemical conversion of carbon dioxide with gold nanoclusters and gold nano-based alloy clusters - Google Patents

The method of manufacturing synthesis gas and electrochemical conversion of carbon dioxide with gold nanoclusters and gold nano-based alloy clusters Download PDF

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Abstract

본 발명은 금 나노 클러스터와 금 나노 기반의 합금 클러스터를 이용한 이산화탄소의 전기화학적 전환 및 합성가스의 제조방법을 개시한다. 본 발명의 실시예에 따른 합성가스를 제조하는 방법은 Au25(C6S)18 및 PtAu24(C6S)18를 포함하는 촉매를 이용하여 이산화탄소로부터 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 것을 특징으로 한다.The present invention discloses electrochemical conversion of carbon dioxide using gold nanoclusters and gold nano-based alloy clusters and a method for producing synthesis gas. A method for producing syngas according to an embodiment of the present invention is to produce a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen from carbon dioxide using a catalyst comprising Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) 18 .

Description

금 나노 클러스터와 금 나노 기반의 합금 클러스터를 이용한 이산화탄소의 전기화학적 전환 및 합성가스의 제조방법{THE METHOD OF MANUFACTURING SYNTHESIS GAS AND ELECTROCHEMICAL CONVERSION OF CARBON DIOXIDE WITH GOLD NANOCLUSTERS AND GOLD NANO-BASED ALLOY CLUSTERS}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrochemical conversion of carbon dioxide using gold nano clusters and gold nano-based alloy clusters, and a method of manufacturing synthetic gas using gold nano clusters and gold nano-

본 발명은 금 나노 클러스터와 금 나노 기반의 합금 클러스터를 이용한 이산화탄소의 전기화학적 전환 및 합성가스의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 Au25(C6S)18의 금 나노 클러스터와 PtAu24(C6S)18의 금 나노 기반의 합금 클러스터 포함하는 촉매를 이용하여 수용액 상에서 이산화탄소의 전기화학적 전환을 통해 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to electrochemical conversion of carbon dioxide using gold nanoclusters and gold nano-based alloy clusters, and more particularly, to gold nanoclusters of Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 The present invention relates to a method for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen by electrochemical conversion of carbon dioxide on an aqueous solution using a catalyst comprising a gold nano-based alloy cluster of C 6 S 18 .

합성가스(synthesis gas), 또는 약어로 신가스(syngas)는 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)를 함유한 가스 혼합물이고, 이러한 가스 혼합물은 또한 이산화탄소(CO2)를 함유할 수 있다. 예를 들어, 합성가스는 탄소 함유 연료의 특정 발열량을 지니는 기체 생성물로의 가스화에 의해 발생된다.A syngas, or syngas, is a gaseous mixture containing carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ), which may also contain carbon dioxide (CO 2 ). For example, syngas is generated by gasification into a gaseous product having a specific calorific value of the carbon-containing fuel.

합성가스는 천연 가스의 약 50%의 에너지 밀도를 지닌다. 합성가스는 태워질 수 있고, 그에 따라서 연료 공급원으로서 사용될 수 있다. 또한 합성 가스는 다른 화학 생성물의 발생에서 중간체 생성물로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 합성가스는 석탄 또는 폐기물의 가스화에 의해 발생될 수 있다.Synthetic gas has an energy density of about 50% of natural gas. The syngas can be burned and accordingly used as a fuel source. Syngas can also be used as an intermediate product in the generation of other chemical products. For example, the syngas can be generated by gasification of coal or waste.

합성가스의 발생에서, 탄소가 물과 반응될 수 있거나 탄화수소가 산소와 반응될 수 있다. 산업용 가스, 비료, 화학물질 및 그 밖의 화학적 생성물을 발생시키기 위해 합성 가스를 처리하는 상업적으로 이용 가능한 기술이 있다. 그러나, 합성가스의 발생 및 전환을 위한 대부분의 공지된 기술(예, 수-이동-반응(water-shift reaction)은 필요량의 수소를 합성하는 것이 종국적으로는 기후에 유해한 가스로서 대기 중에 방출되는 다량의 과잉 이산화탄소의 발생을 초래한다는 문제점을 지닌다.In the generation of synthesis gas, carbon can be reacted with water or hydrocarbons can be reacted with oxygen. There are commercially available techniques for treating syngas to generate industrial gases, fertilizers, chemicals, and other chemical products. However, most known techniques for the generation and conversion of syngas (e.g., water-shift reactions) require a large amount of hydrogen to be released into the atmosphere as a gas harmful to the climate, Resulting in the generation of excess carbon dioxide.

합성가스의 생산을 위한 또 다른 공지된 기술인 반응식 2CH4 + O2 2CO + 4H2에 따른 메탄의 부분 산화에서는 CO:H2의 최대 비율이 2:1에 이를 수 있다. 그러나, 이의 단점은 에너지 집약적으로 생산되는 순수한 산소를 사용한다는 점이다. 또한, 또 다른 공지된 기술인 이산화탄소를 이용한 메탄의 개질반응은 일산화탄소 함량이 높은 합성가스(CO:H2 = 1:1)를 제조할 수 있는 것으로 알려져 있다.In the partial oxidation of methane with another known technique for the synthesis of syngas, 2CH 4 + O 2 2CO + 4H 2 , the maximum ratio of CO: H 2 can reach 2: 1. However, its drawback is that it uses pure oxygen produced in an energy intensive manner. Further, it is known that the reforming reaction of methane using carbon dioxide, which is another known technology, can produce a synthesis gas (CO: H 2 = 1: 1) having a high carbon monoxide content.

한편, 지구온난화의 주요 원인인 이산화탄소(CO2)는 그 물질의 포집과 저장뿐만 아니라 보다 유용한 물질로 전환하여 재생 가능한 에너지의 원료로 사용하는 것이 이산화탄소 저감의 장기적인 측면에서 중요하다.On the other hand, that the carbon dioxide (CO 2) the main causes of global warming is converted to more useful substances, as well as capture and storage of the material used as a raw material of renewable energy is important in the long term abatement of carbon dioxide.

이산화탄소를 수용액 상에서 일산화탄소와 수소로 전환하고 이를 이용한 합성가스의 제조는 현재 메탄과 석탄을 사용하는 합성가스 제조의 시설을 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 이에 태양에너지 및 풍력 에너지 같은 친환경 에너지를 도입할 경우 이산화탄소의 저감에 파급적인 효과를 가져올 수 있다.The synthesis of syngas using carbon dioxide and carbon monoxide in an aqueous solution can be utilized not only in the synthesis gas production facility using methane and coal but also in the case of introducing environmentally friendly energy such as solar energy and wind energy, It can have a ripple effect.

이에 많은 연구진들이 다양하게 개질된 금속 촉매를 사용하여 이산화탄소를 다른 유용한 물질로 전환하고자 하였다. 그 중 금(Au) 또는 은(Ag)과 같은 귀금속을 사용하여 이산화탄소를 전환하고자 하는 시도들이 있었으며, 현재까지 금(Au) 원자 25개로 이루어진 금 나노 클러스터(Au25)를 사용한 경우, 수용액 상에서 일산화탄소에 대하여 90% 이상의 패러데이 효율 갖는다는 것이 보고된 바 있다.Many researchers have attempted to convert carbon dioxide to other useful materials using a variety of modified metal catalysts. There have been attempts to convert carbon dioxide by using noble metals such as gold (Au) or silver (Ag). When gold nano clusters (Au 25 ) composed of 25 gold atoms are used up to now, Has a Faraday efficiency of 90% or more.

금 원자 25개(Au25)로 이루어진 금 나노 클러스터에 백금(Pt)을 도핑하여 합성한 PtAu24는 그 중앙에 백금 원자가 자리잡은 구조를 가지고 있고, 그 에너지 구조가 기존의 Au25와 상이하여 전기화학적 촉매로써의 기능을 미세하게 조절할 수 있다. PtAu24는 Au25의 안정한 구조를 바탕으로 백금이 중앙에 도핑됨으로써 촉매로써의 안정성을 가질 뿐만 아니라 Au25와는 다른 촉매 선택성을 보여줄 수 있을 것으로 기대된다.PtAu 24, which is synthesized by doping platinum (Pt) into gold nanoclusters composed of 25 gold atoms (Au 25 ), has a structure in which a platinum atom is positioned at the center thereof and its energy structure is different from that of Au 25 The function as a chemical catalyst can be finely controlled. Based on the stable structure of Au 25 , PtAu 24 is expected to show different catalyst selectivity than Au 25 as well as being stable as a catalyst by doping the platinum in the center.

본 발명의 실시예는 금 나노 클러스터와 금 나노 기반의 합금 클러스터를 포함하는 촉매를 이용하여 수용액 상에서 이산화탄소의 전기화학적 전환을 통해 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a method for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen through electrochemical conversion of carbon dioxide on an aqueous solution using a catalyst including gold nano clusters and gold nano-based alloy clusters.

본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스를 제조하는 방법은 Au25(C6S)18 및 PtAu24(C6S)18를 포함하는 촉매를 이용하여 이산화탄소로부터 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조한다.A method of producing a syngas according to an embodiment of the present invention uses a catalyst comprising Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) 18 to produce synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen from carbon dioxide .

본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스를 제조하는 방법에 있어서, 이산화탄소로부터 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 반응식은 아래와 같고,In the method of producing a synthesis gas according to an embodiment of the present invention, a reaction formula for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen from carbon dioxide is as follows,

[반응식] [Reaction Scheme]

CO2 + H2O(aq) CO + H2 + O2 CO 2 + H 2 O (aq) CO + H 2 + O 2

상기 Au25(C6S)18는 일산화탄소를 생성하는 반응을 촉진하며, 상기 PtAu24(C6S)18는 수소를 생성하는 반응을 촉진할 수 있다.The Au 25 (C 6 S) 18 promotes the reaction to produce carbon monoxide, and the PtAu 24 (C 6 S) 18 can promote the reaction to generate hydrogen.

본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스를 제조하는 방법에 있어서, 상기 Au25(C6S)18 및 상기 PtAu24(C6S)18의 조성비 조절을 통하여 제조되는 합성가스 내의 일산화탄소 및 수소의 생성비를 조절할 수 있다.A method of manufacturing a synthesis gas according to an embodiment of the present invention, the Au 25 (C 6 S) 18 and the carbon monoxide and hydrogen in the PtAu 24 (C 6 S) synthesis gas produced by the ratio control of the 18 The generation ratio can be adjusted.

본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스를 제조하는 방법에 있어서, 상기 합성가스 내의 일산화탄소 및 수소의 생성비는 1:1.2 내지 1:4일 수 있다.In the method of producing a synthesis gas according to an embodiment of the present invention, the production ratio of carbon monoxide and hydrogen in the synthesis gas may be 1: 1.2 to 1: 4.

본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스를 제조하는 방법에 있어서, 상기 이산화탄소로부터 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 방법은 수용액 상에서 이루어질 수 있다.In the method for producing the synthesis gas according to an embodiment of the present invention, the method for producing the synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen from the carbon dioxide may be carried out in an aqueous solution.

본 발명의 일 실시예에 따른 촉매는 이산화탄소로부터 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 데에 이용되는 Au25(C6S)18 및 PtAu24(C6S)18를 포함하는 촉매에 있어서, 상기 Au25(C6S)18 및 상기 PtAu24(C6S)18의 조성비는 1:0.5~2인 것을 특징으로 한다.The catalyst according to one embodiment of the present invention is a catalyst comprising Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) 18 used for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen from carbon dioxide , Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) 18 is 1: 0.5 to 2.

본 발명의 일 실시예에 따른 전극은 이산화탄소로부터 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 데에 이용되는 전극에 있어서, Au25(C6S)18 및 PtAu24(C6S)18를 포함하는 촉매, 카본블랙 및 나피온을 포함하는 것을 특징으로 한다.The electrode according to an embodiment of the present invention includes Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) 18 in an electrode used for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen from carbon dioxide , Carbon black, and naphion.

본 발명의 일 실시예에 따른 전극에 있어서, 상기 촉매 및 카본블랙의 무게비는 1:1일 수 있다.In an electrode according to an embodiment of the present invention, the weight ratio of the catalyst and the carbon black may be 1: 1.

본 발명의 다른 실시예에 따른 합성가스를 제조하는 방법은 PtAu24(C6S)18 촉매를 이용하여 이산화탄소로부터 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조한다.A method of producing a synthesis gas according to another embodiment of the present invention produces a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen from carbon dioxide using a PtAu 24 (C 6 S) 18 catalyst.

본 발명의 실시예에 따르면, 금 나노 클러스터와 금 나노 기반의 합금 클러스터를 포함하는 촉매를 이용하여 수용액 상에서 이산화탄소의 전기화학적 전환을 통해 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 용이하게 제조할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen can be easily produced through electrochemical conversion of carbon dioxide on an aqueous solution using a catalyst including gold nano clusters and gold nano-based alloy clusters.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 금 나노 클러스터와 금 나노 기반의 합금 클러스터의 조성비를 조절하여 합성가스 내의 일산화탄소 및 수소의 생성비를 선택적으로 용이하게 조절할 수 있다.Also, according to an embodiment of the present invention, the composition ratio of the gold nano clusters and the gold nano-based alloy clusters can be adjusted to selectively and selectively control the carbon monoxide and hydrogen production ratios in the syngas.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 합성가스 내의 일산화탄소 및 수소의 생성비를 다양하게 조절함으로써 제조된 합성가스를 아세트산, 에틸렌, 메탄올 또는 메탄가스 등의 제조에 다양하게 응용할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the synthesis gas produced by variously controlling the production ratio of carbon monoxide and hydrogen in the synthesis gas can be variously applied to the production of acetic acid, ethylene, methanol, methane gas and the like.

도 1은 (a) Au25(C6S)18 금 나노 클러스터의 기하학적인 구조와, (b) PtAu24(C6S)18 금 나노 기반의 합금 클러스터의 기하학적인 구조를 도시한 것이다.
도 2는 (a) Au25(C6S)18 금 나노 클러스터 및 (b) PtAu24(C6S)18 금 나노 기반의 합금 클러스터의 질량 분석 그래프를 도시한 것이다.
도 3은 (a) Au25(C6S)18 금 나노 클러스터 및 (b) PtAu24(C6S)18 금 나노 기반의 합금 클러스터의 트라이클로로에틸렌(trichloroethylene) 용액상 자외선-가시광선-근적외선(UV-Vis-NIR) 흡수 스펙트럼을 도시한 것이다.
도 4는 구형파 볼타모그람(the Square-Wave Boltammogram, SWV)을 통하여 (a) Au25(C6S)18 금 나노 클러스터 및 (b) PtAu24(C6S)18 금 나노 기반의 합금 클러스터의 산화, 환원 피크를 분석한 그래프를 도시한 것이다.
도 5는 이산화탄소의 전기화학적 전환 반응에 사용된 H-형 셀(반응기)의 구성을 도시한 것이다.
도 6은 Au25(C6S)18 및 PtAu24(C6S)18를 포함하는 촉매를 기반으로 한 카본블랙 및 나피온 복합체 전극(Au25(C6S)18-PtAu24(C6S)18/카본블랙/나피온 복합체 전극)을 사용하여 발생한 일산화탄소와 수소의 생성비를 조절한 그래프를 도시한 것이다.
Figure 1 shows the geometrical structure of (a) the Au 25 (C 6 S) 18 gold nanoclusters and (b) the geometry of the PtAu 24 (C 6 S) 18 gold nano-based alloy clusters.
FIG. 2 is a graph showing the results of (a) Au 25 (C 6 S) 18 gold nanoclusters and (b) PtAu 24 (C 6 S) 18 A mass analysis graph of a gold nano-based alloy cluster is shown.
FIG. 3 is a graph showing the results of (a) Au 25 (C 6 S) 18 gold nanoclusters and (b) PtAu 24 (C 6 S) 18 (UV-Vis-NIR) absorption spectrum on a trichlorethylene solution of a gold nano-based alloy cluster.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between (a) Au 25 (C 6 S) 18 gold nano clusters and (b) PtAu 24 (C 6 S) 18 nanoparticles through a square-wave Boltammogram (SWV) And graphs showing oxidation and reduction peaks of gold nano-based alloy clusters.
Fig. 5 shows the configuration of an H-shaped cell (reactor) used for the electrochemical conversion reaction of carbon dioxide.
Figure 6 Au 25 (C 6 S) 18 and 24 PtAu (C S 6) a carbon black and a Nafion composite electrode based on the catalyst containing 18 (Au 25 (C 6 S ) 18 -PtAu 24 (C 6 S) 18 / carbon black / Nafion complex electrode). The graph of FIG.

이하에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐리는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 당업계의 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. In addition, the terms described below are terms set in consideration of the functions of the present invention, and these may vary depending on the intention of the manufacturer or custom in the industry, and the definition should be based on the contents throughout the specification.

이하에서 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 금 나노 클러스터와 금 나노 기반의 합금 클러스터를 포함하는 촉매를 이용한 이산화탄소의 전기화학적 전환 및 합성가스의 제조방법에 관한 것이고, 보다 상세하게는 Au25(C6S)18 금 나노 클러스터 및 PtAu24(C6S)18 금 나노 기반의 합금 클러스터를 포함하는 촉매를 이용하여 수용액 상에서 이산화탄소의 전기화학적 전환을 통해 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an electro-chemical conversion and synthesis gas of carbon dioxide using a catalyst comprising gold nanoclusters and alloy clusters of gold nano-based, and more particularly Au 25 (C 6 S) 18 of gold nanoclusters and PtAu 24 (C 6 S) 18 The present invention relates to a method for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen by electrochemical conversion of carbon dioxide on an aqueous solution using a catalyst comprising a gold nano-based alloy cluster.

본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스를 제조하는 방법은 Au25(C6S)18 금 나노 클러스터(이하, Au25(C6S)18라고 함)와 PtAu24(C6S)18 금 나노 기반의 합금 클러스터(이하, PtAu24(C6S)18라고 함)를 포함하는 촉매를 이용하고, 상기 Au25(C6S)18와 상기 PtAu24(C6S)18의 조성비를 조절하여, 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스 내의 일산화탄소 및 수소의 생성비를 선택적으로 용이하게 조절할 수 있다.Method of manufacturing a synthesis gas according to an embodiment of the present invention, Au 25 (C 6 S) 18 Gold nano-cluster (hereinafter, Au 25 (C 6 referred to as S) 18) and PtAu 24 (C 6 S) 18 Gold use of a catalyst including a nano-based alloy cluster (hereinafter, PtAu 24 (referred to as C 6 S) 18), and the Au 25 (C 6 S) 18 and the PtAu 24 (C 6 S) 18 controlling the composition ratio of , It is possible to selectively and easily control the generation ratio of carbon monoxide and hydrogen in the synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen.

보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스를 제조하는 방법에 있어서, 이산화탄소로부터 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 반응식은 아래와 같고,More specifically, in a method for producing a synthesis gas according to an embodiment of the present invention, a reaction formula for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen from carbon dioxide is as follows,

[반응식] [Reaction Scheme]

CO2 + H2O(aq) CO + H2 + O2 CO 2 + H 2 O (aq) CO + H 2 + O 2

상기 Au25(C6S)18는 일산화탄소를 생성하는 반응을 촉진하는 일산화탄소로의 전기화학적 전환 선택성이 높고, 상기 PtAu24(C6S)18는 수소를 생성하는 반응을 촉진하는 수소로의 전기화학적 전환 선택성이 높아, 상기 Au25(C6S)18와 상기 PtAu24(C6S)18의 조성비 조절을 통하여 제조되는 합성가스 내의 일산화탄소 및 수소의 생성비를 조절할 수 있다.The Au 25 (C 6 S) 18 has a high selectivity for electrochemical conversion to carbon monoxide, which promotes carbon monoxide generation reaction. The PtAu 24 (C 6 S) 18 has high electrical selectivity to hydrogen It is possible to control the production ratio of carbon monoxide and hydrogen in the synthesis gas produced through controlling the composition ratio of Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) 18 .

이 때, 상기 상기 합성가스 내의 일산화탄소 및 수소의 생성비는 1:1.2 내지 1:4일 수 있다.In this case, the production ratio of carbon monoxide and hydrogen in the synthesis gas may be 1: 1.2 to 1: 4.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소로부터 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 방법은 수용액 상에서 이루어질 수 있다. 이산화탄소의 반응에서 물과 이산화탄소만을 이용하여 반응시키는 경우, 특히 물로부터 얻어져 음극에서 발생하는 수소 양이온(H+)은 이산화탄소의 일산화탄소로의 전환에 쓰일 수 있다. 이에 따라 다른 화학적인 배출물이 없이 순수하게 수소와 일산화탄소를 얻어 낼 수 있다.Meanwhile, a method for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen from carbon dioxide according to an embodiment of the present invention may be performed in an aqueous solution. In the reaction of carbon dioxide using only water and carbon dioxide, the hydrogen cation (H + ) generated from the cathode, especially from water, can be used to convert carbon dioxide to carbon monoxide. This allows pure hydrogen and carbon monoxide to be obtained without any other chemical emissions.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매는 이산화탄소로부터 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 데에 이용되는 Au25(C6S)18 및 PtAu24(C6S)18를 포함하는 촉매에 있어서, 상기 Au25(C6S)18 및 상기 PtAu24(C6S)18의 조성비는 1:0.5~2일 수 있다.In addition, the catalyst according to an embodiment of the present invention is a catalyst comprising Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) 18 used for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen from carbon dioxide , The composition ratio of the Au 25 (C 6 S) 18 and the PtAu 24 (C 6 S) 18 may be 1: 0.5 to 2.

본 발명의 일 실시예에 따른 촉매를 이산화탄소로부터 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 데에 활용하기 위해서는 상기 촉매를 포함하는 전극을 제조하여 사용할 수 있다.In order to utilize the catalyst according to an embodiment of the present invention for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen from carbon dioxide, an electrode including the catalyst may be prepared and used.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극은 이산화탄소로부터 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 데에 이용되는 전극에 있어서, Au25(C6S)18 및 PtAu24(C6S)18를 포함하는 촉매, 카본블랙 및 나피온을 포함할 수 있다.Specifically, the electrode according to an embodiment of the present invention includes Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) in an electrode used for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen from carbon dioxide, 18 , < / RTI > carbon black, and Nafion.

본 발명의 일 실시예에 따른 전극에 있어서, 나피온은 촉매와 카본블랙 간의 견고한 고정을 위해 사용된다.In an electrode according to one embodiment of the present invention, Nafion is used for firm fixation between the catalyst and the carbon black.

본 발명의 일 실시예에 따른 전극에 있어서, 상기 촉매 및 카본블랙의 무게비는 1:1일 수 있다. 여기서, 무게비는 질량비를 의미할 수 있다. 상기 촉매 및 카본블랙의 무게비가 1:1일 경우, 수소 기체 발생용 촉매가 카본블랙의 표면을 단일층으로 덮을 수 있어 최소한의 촉매를 사용하여 원가를 절감할 수 있음과 동시에 최대 촉매 효율을 나타낸다.In an electrode according to an embodiment of the present invention, the weight ratio of the catalyst and the carbon black may be 1: 1. Here, the weight ratio may mean a mass ratio. When the weight ratio of the catalyst and the carbon black is 1: 1, the hydrogen gas generating catalyst can cover the surface of the carbon black with a single layer, so that the cost can be reduced using the minimum catalyst and the maximum catalyst efficiency is exhibited .

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 합성가스를 제조하는 방법은 PtAu24(C6S)18로만 이루어진 PtAu24(C6S)18 촉매를 이용하여 이산화탄소로부터 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조할 수도 있다.Further, the synthesis gas process for producing a synthesis gas according to another embodiment of the present invention comprises carbon monoxide and hydrogen from the carbon dioxide by using the PtAu 24 (C 6 S) PtAu 24 consisting of 18 only (C 6 S) 18 catalyst .

이하에서 도면 및 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 하기 도면 및 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시적인 것으로, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings and examples. However, the following drawings and examples are provided for illustrative purposes only and should not be construed as limiting the scope of the present invention.

이하에서 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 금 나노 클러스터와 금 나노 기반의 합금 클러스터를 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, gold nanoclusters and gold nano-based alloy clusters according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1 to FIG.

도 1은 (a) Au25(C6S)18 금 나노 클러스터의 기하학적인 구조와, (b) PtAu24(C6S)18 금 나노 기반의 합금 클러스터의 기하학적인 구조를 도시한 것이다.Figure 1 shows the geometrical structure of (a) the Au 25 (C 6 S) 18 gold nanoclusters and (b) the geometry of the PtAu 24 (C 6 S) 18 gold nano-based alloy clusters.

도 1을 참조하면, (a)의 Au25(C6S)18 금 나노 클러스터는 금(Au) 원자(주황색) 25개가 C6S(1-헥산티올, 1-hexanethiol) 리간드(연두색)에 의해 보호된 구조인 것을 알 수 있고, (b)의 PtAu24(C6S)18 금 나노 기반의 합금 클러스터는 금 원자(주황색) 25개로 이루어진 Au25에서 중앙에 있는 금 원자 하나가 백금(Pt)(파란색)으로 도핑된 PtAu24가 C6S 리간드(주황색)에 의해 보호된 구조인 것을 알 수 있다.1, Au 25 (C 6 S) 18 gold nanoclusters in (a) were prepared by mixing 25 gold (Au) atoms (orange) with C 6 S (1-hexanethiol) ligand and found to be protected by the structure, (b) the PtAu 24 (C 6 S) 18 alloy clusters of gold nano-based gold atoms one platinum in the center in the gold atom (orange) Au 25 consisting of 25 dogs (Pt ) (Blue) is a structure in which PtAu 24 is protected by a C 6 S ligand (orange).

도 2 내지 도 4는 (a) Au25(C6S)18 금 나노 클러스터 및 (b) PtAu24(C6S)18 금 나노 기반의 합금 클러스터의 특성을 나타낸 것이다. 도 2 내지 도 4에 있어서, (a)는 Au25(C6S)18 금 나노 클러스터를 나타내고, (b)는 PtAu24(C6S)18 금 나노 기반의 합금 클러스터를 나타낸다.FIGS. 2 to 4 illustrate (a) Au 25 (C 6 S) 18 gold nanoclusters and (b) PtAu 24 (C 6 S) 18 It is a characteristic of the gold nano-based alloy cluster. 2 to in Fig. 4, (a) is Au 25 (C 6 S) 18 denotes a gold nanoclusters, (b) is PtAu 24 (C 6 S) 18 Represents a gold nano-based alloy cluster.

먼저, 도 2는 (a) Au25(C6S)18 금 나노 클러스터 및 (b) PtAu24(C6S)18 금 나노 기반의 합금 클러스터의 질량 분석 그래프를 도시한 것이다. Au25(C6S)18 및 PtAu24(C6S)18의 질량 분석을 위하여 매트릭스에 의한 레이저 이온화 질량분석법(Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization, MALDI)을 이용하였다.2 is a schematic diagram of a gold nanoclust of (a) Au 25 (C 6 S) 18 and (b) PtAu 24 (C 6 S) 18 A mass analysis graph of a gold nano-based alloy cluster is shown. Matrix-Assisted Laser Desorption / Ionization (MALDI) was used for mass spectrometry of Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) 18 .

도 2를 참조하면, 두 가지 클러스터에 대하여 단 하나의 피크만이 관찰되고 있고, 이는 제조된 클러스터가 단분산 되어있으며, 각각 Au25(C6S)18 및 PtAu24(C6S)18로 구성되어있다는 것을 의미한다. 약 7034 Da에서 관찰되는 Au25와 약 7032 Da에서 관찰되는 PtAu24의 피크들은 그 차이가 불과 1.89 Da에 불과하기 때문에 겹치는 부분이 상당하여 구분하기는 어려울 수 있으나, 각각 시뮬레이션한 동위원소 패턴(각각 우측 상단 그래프에서의 검정색 막대)과 일치하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 2, only one peak is observed for the two clusters, and the clusters produced are monodispersed, with Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) 18 . Au 25 with a peak of PtAu 24 is observed at around 7032 Da are observed at about 7034 Da are, but can be difficult to distinguish by the overlapping portion corresponds to just because only the difference is 1.89 Da, respectively, simulated isotope patterns (each Black bars in the upper right graph).

도 3은 (a) Au25(C6S)18 금 나노 클러스터 및 (b) PtAu24(C6S)18 금 나노 기반의 합금 클러스터의 트라이클로로에틸렌(trichloroethylene) 용액상 자외선-가시광선-근적외선(UV-Vis-NIR) 흡수 스펙트럼을 도시한 것이다.FIG. 3 is a graph showing the results of (a) Au 25 (C 6 S) 18 gold nanoclusters and (b) PtAu 24 (C 6 S) 18 (UV-Vis-NIR) absorption spectrum on a trichlorethylene solution of a gold nano-based alloy cluster.

파장(λ) 기준의 흡수 스펙트럼(Abs(λ))은 광자에너지(E) 스케일의 스펙트럼(Abs(E))으로 변환하였으며, 그 관계식은 Abs(E) [Abs(λ)]λ2와 같다. 즉, 흡광도 변화를 광자 에너지 기준(the photon energy scale)으로 표기하여 넓은 근적외선(NIR) 영역의 피크를 정확히 관찰하고자 하였다.Absorption spectrum (Abs (λ)) of the wavelength (λ) standard was converted to the photon energy (E) spectrum (Abs (E)) of the scale, the relationship is as Abs (E) [Abs (λ )] λ 2 . In other words, the change of absorbance was indicated by the photon energy scale to observe the peak of the broad near infrared (NIR) region.

도 3을 참조하면, (a)는 1.8, 2.8 및 3.1 eV에서 흡수 밴드가 나오는 특징적인 Au25의 흡수 경향을 나타냈으며, 관찰된 다중의 흡수 밴드는 Au25가 독특한 분자-유사적 성질을 가진다는 대표적인 이유 중 하나이고, 흡수 밴드의 위치는 Au25가 -1로 하전되어 [Au25]-로 존재한다는 것을 의미한다.Referring to Figure 3, (a) 1.8, 2.8 and at 3.1 eV showed the absorption tendency of a characteristic Au 25 the absorption band appearing, absorption bands observed multiple is Au 25 are unique molecules have similar properties Is one of the main reasons, and the position of the absorption band means that Au 25 is charged to -1 and is present as [Au 25 ] - .

백금(Pt) 원자가 도입되면 (b)와 같이 흡수 경향은 완전히 달라진다. 2.1 eV에서 뚜렷한 흡수 밴드가 생겨나고 낮은 에너지 영역에서 1.1 eV 중심의 넓은 근적외선 밴드가 추가로 보인다. 이러한 결과는 이미 보도된 바 있는 PtAu24의 흡수 경향과 일치하며, 이를 통해 도입된 Pt 원자가 Au25가 가지는 금속 코어의 중심에 위치하고, 분자-유사적 특성을 유지하며, 중성의 전하를 가지는 [PtAu24]0으로 존재한다고 알 수 있다.When platinum (Pt) atoms are introduced, the absorption tendency is completely different as in (b). A distinct absorption band at 2.1 eV is evident and a broad near-infrared band at the center of 1.1 eV is seen in the lower energy region. This result agrees with the absorption tendency of PtAu 24 , which has been reported so that the introduced Pt atom is located at the center of the metal core of Au 25 , maintains the molecular-like property, and has a neutral charge [PtAu 24] it can be seen that the presence of 0.

이러한 뚜렷하게 다른 흡수 경향은 [Au25]-의 특수한 전자구조(electronic structure)가 백금(Pt) 원자가 중심에 도입됨으로써 변화하였다는 것을 의미하며, 이로부터 이종의 금속을 도입하여 촉매의 전자구조를 변화시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.This distinctly different absorption tendency implies that the specific electronic structure of [Au 25 ] - has changed by the introduction of a platinum (Pt) atom at its center, from which the electronic structure of the catalyst is changed Can be achieved.

도 4는 구형파 볼타모그람(the Square-Wave Boltammogram, SWV)을 통하여 (a) Au25(C6S)18 금 나노 클러스터 및 (b) PtAu24(C6S)18 금 나노 기반의 합금 클러스터의 산화, 환원 피크를 분석한 그래프를 도시한 것이다.FIG. 4 is a graph showing the relationship between (a) Au 25 (C 6 S) 18 gold nano clusters and (b) PtAu 24 (C 6 S) 18 nanoparticles through a square-wave Boltammogram (SWV) And graphs showing oxidation and reduction peaks of gold nano-based alloy clusters.

구체적으로, Au25(C6S)18 및 PtAu24(C6S)18는 테트라부틸암모늄 헥사플루오르포스페이트(Tetrabutylammonium hexafluorophosphate, TBAPF6)용액과 디클로로메테인(dichloromethane, CH2Cl2) 용액에 용해된 뒤 아르곤 퍼징 후 삼전극을 통하여 측정되었다. 도 2c에서 O1~O3는 각각 1~3번째 산화 피크를 의미하며, R1~R2는 각각 1~2번째 환원 피크를 의미한다.Specifically, Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) 18 are dissolved in a solution of tetrabutylammonium hexafluorophosphate (TBAPF 6) and dichloromethane (CH 2 Cl 2 ) After the rear argon purging, three electrodes were measured. In FIG. 2C, O1 to O3 represent the first to third oxidation peaks, respectively, and R1 to R2 represent the first to second reduction peaks, respectively.

전류-전압 곡선 측정(voltammetric measurement)은 금속 나노 클러스터의 호모(highest occupied molecular orbital; HOMO)와 루모(lowest unoccupied molecular orbital; LUMO) 에너지 준위 근처에서의 전자구조를 밝혀내는 데 있어 매우 강력한 수단이다. 정확한 비교를 위해 측정된 전위는 내부 표준물질인 페로센(ferrocene; Fc+/0)의 환원 전위를 기준으로 보정하였다.Voltammetric measurements are a very powerful tool for revealing electronic structures near the highest occupied molecular orbital (HOMO) and lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energy levels in metal nanoclusters. For accurate comparison, the measured potential was corrected based on the reduction potential of ferrocene (Fc + / 0 ), an internal standard.

도 4를 참조하면, 볼타모그람에서의 전류 피크는 클러스터의 하전상태가 변화하는 전위에 위치하며, Au25의 경우 [Au25]+/0, [Au25]0/- 그리고 [Au25]-/- 2 의 하전쌍(charge state couple)에 해당하는 잘 분리된 피크 세 쌍이 -0.39, -0.04 및 -2.06 V에서 관찰된다.4, the current peak in the voltamogram is located at a potential at which the charge state of the cluster changes, and in the case of Au 25 , [Au 25 ] + / 0 , [Au 25 ] 0 / - and [Au 25 ] Three well-separated peak pairs corresponding to - / - 2 charge state couple are observed at -0.39, -0.04, and -2.06 V, respectively.

각각의 전류 피크는 차례로 호모와 루모에서 일어나는 두번의 산화반응과 한번의 환원반응을 대변하므로, 전류 피크의 존재는 Au25의 분자-유사적 성질을 대표하는 호모와 루모 에너지준위를 가지고 있다는 것을 의미한다. 또한, 전압을 인가할 경우, 인가 전압과 에너지준위와의 차이에 따라 Au25의 산화 또는 환원반응이 일어나므로, 금속 클러스터의 하전상태를 조작하는 등의 정밀한 제어가 가능하다.Since each current peak represents two oxidation reactions and one reduction reaction in turn, homo and ramo, the presence of a current peak indicates that it has a homo and ramo energy levels representing the molecular-like nature of Au 25 do. Further, when a voltage is applied, an oxidation or reduction reaction of Au 25 occurs depending on the difference between the applied voltage and the energy level, so that precise control such as manipulation of the charged state of the metal cluster is possible.

다시 도 4를 참조하면, 동일 조건에서 (a) Au25의 것과는 상이한 (b) PtAu24의 볼타모그람을 관찰할 수 있으며, 이것은 0.40, -0.03, -0.78 및 -1.10 V에서 각각 [PtAu24]+2/+, [PtAu24]+/0, [PtAu24]0/- 및 [PtAu24]-/-2 하전쌍에 해당하는 전류 피크를 나타낸다.Referring again to FIG. 4, (a) a voltamogram of (a) PtAu 24 different from that of Au 25 can be observed under the same conditions, which can be observed at 0.40, -0.03, -0.78 and -1.10 V, respectively [PtAu 24 ] + 2 / + , [PtAu 24 ] + / 0 , [PtAu 24 ] 0 / - and [PtAu 24 ] - / - 2 charge pairs.

[PtAu24]-/-2 하전쌍에 해당하는 -1.10 V의 전류피크는 Au25의 동일 하전쌍인 -2.06 V에서의 전류피크 보다 무려 0.96 V나 양의 방향으로 이동한 것이다. 이것은 Au25에 Pt가 치환되며 나타나는 전자 구조의 변화에 기인하며, 그 변화는 Au25의 삼중첩(triply degenerate) 호모 에너지 준위가 Pt가 도입됨에 따라 이중첩(doubly degenerate) 호모와 루모로 갈라지는 것이다.The current peak of -1.10 V corresponding to the [PtAu 24 ] - / - 2 charge pair is shifted by 0.96 V in positive direction from the current peak at -2.06 V, which is the same charge pair of Au 25 . This is attributed to the change in the electronic structure of the Au 25 with the substitution of Pt, and the change is due to the triply degenerate homo-energy level of the Au 25 split into doubly degenerate homo .

이러한 현상은 [Au25]-/-2에 해당하는 전류 피크가 사라지고, 사라진 전류 피크를 중심으로 양의 전위에서는 [PtAu24]+2/+와 [PtAu24]+/0에 해당하는 전류 피크가, 음의 전위에서는 [PtAu24]0/-와 [PtAu24]-/-2에 해당하는 전류 피크가 각각 새로운 호모와 루모를 대표하며 나타난다는 사실로부터 알 수 있다.This phenomenon occurs when the current peak corresponding to [Au 25 ] - / - 2 disappears and the current peak corresponding to [PtAu 24 ] + 2 / + and [PtAu 24 ] + / 0 at the positive potential centered on the vanished current peak Current peaks corresponding to [PtAu 24 ] 0 / - and [PtAu 24 ] - / - 2 at the negative potentials, respectively, represent new homo and loop moieties.

결과적으로 Au25에 Pt 원자가 치환되어 PtAu24가 되면 -1/-2 하전쌍에 해당하는 전류 피크의 큰 양의 이동이 관찰되고, 이것은 호모로부터 갈라져 나온 낮은 루모 에너지 준위를 대변하므로, -1에서 -2 하전상태로의 하전상 변화가 Au25에서보다 PtAu24에서 훨씬 더 용이해졌다는 것을 의미한다. 이를 통해 중심 금속 원자를 변화시킴으로써 금속 나노 클러스터의 전자구조를 촉매 반응에 유리하게 제어할 수 있다는 사실을 알 수 있다.As a result, when a Pt atom is substituted for Au 25 to become PtAu 24 , a large positive shift of the current peak corresponding to the -1/2 charge pair is observed, which represents a low radome energy level separated from the homo, -2 implies that the charge phase change to the charged state is much easier on the PtAu 24 than on the Au 25 . It can be seen that the electronic structure of the metal nanocluster can be controlled favorably for the catalytic reaction by changing the central metal atom.

이하에서 실시예 1-1 및 실시예 1-2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 Au25(C6S)18 금 나노 클러스터 및 PtAu24(C6S)18 금 나노 기반의 합금 클러스터의 합성 방법을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the Au 25 (C 6 S) 18 gold nanoclusters and the PtAu 24 (C 6 S) 18 nanoclusters according to one embodiment of the present invention will be described with reference to Examples 1-1 and 1-2. A method of synthesizing a gold nano-based alloy cluster will be described in more detail.

실시예 1-1: AuExample 1-1: Preparation of Au 2525 (C(C 66 S)S) 1818 의 합성Synthesis of

공지의 Brust 합성 방법을 이용하여 금(Au) 원자 25개가 C6S(1-헥산티올, 1-hexanethiol, 98%) 리간드에 의해 보호된 금 나노 클러스터 Au25(C6S)18를 합성하였다.A gold nano-cluster Au 25 (C 6 S) 18 was prepared by using a known Brust synthesis method, in which 25 gold atoms were protected by C 6 S (1-hexanethiol, 98%) ligand .

30 ㎖의 테트라하이드로퓨란(THF, tetrahydrofuran)에 용해된 0.394 g(1.00 mmol)의 4염화금산 3수화물(HAuCl3H2O, 시약 등급)을 800 RPM 이상의 속도로 교반하며, 0.634 g(1.16 mmol)의 테트라옥틸암모늄브로마이드(TOABr, Tetraoctylammonium bromide, 98%)를 첨가하였다.0.394 g (1.00 mmol) of tetrachloromonous acid hexahydrate (HAuCl 4 .3H 2 O, reagent grade) dissolved in 30 ml of tetrahydrofuran was stirred at a speed of 800 RPM or higher and 0.634 g (1.16 mmol) of tetraoctylammonium bromide (TOABr, Tetraoctylammonium bromide, 98%) was added.

30분간의 교반 이후, 붉은 빛깔의 용액에 0.716 ㎖(5.04 mmol)의 1-헥산티올(1-hexanthiol)을 천천히 첨가하였다. 1시간 정도 교반을 계속해주는데 이 때 용액의 색은 붉은색에서 노란색으로, 노란색에서 투명한 색으로 점차 변해가며 금-헥산티올 폴리머를 형성하였다.After stirring for 30 minutes, 0.716 mL (5.04 mmol) of 1-hexanethiol was slowly added to the red colored solution. Stirring was continued for about 1 hour at which time the color of the solution gradually changed from red to yellow and from yellow to clear color to form a gold-hexane thiol polymer.

용액의 색이 투명해진 후, 0.380 g(10.0 mmol)의 환원제인 NaBH4(수소화붕소소듐, Sodium borohydride, 99%) 10 ㎖의 정제수에 녹여 준비한 용액을 교반하고 있던 용액에 빠르게 가하였다. 용액의 색은 즉각적으로 검정색으로 변하였다. 이 과정은 금-헥산티올 폴리머가 NaBH4에 의해 환원되어 1-헥산티올로 보호된 금 나노 클러스터가 형성되는 것이다.After the color of the solution became transparent, it was dissolved in purified water of 0.380 g (10.0 mmol) of NaBH 4 (sodium borohydride, 99%) as a reducing agent, and the prepared solution was rapidly added to the stirring solution. The color of the solution immediately turned black. In this process, the gold-hexane thiol polymer is reduced by NaBH 4 to form gold nanoclusters protected with 1-hexanethiol.

5시간 추가로 교반하였다. 반응 후, 테트라하이드로퓨란층과 물층으로 나뉜 용액에서 유기층을 원형튜브로 옮겨서 물과 메탄올을 이용하여 10번에 걸쳐 TOABr과 같은 불순물을 제거하는 세척과정을 진행하였다.And further stirred for 5 hours. After the reaction, the organic layer was transferred to a circular tube from a solution divided into a tetrahydrofuran layer and a water layer, and a washing process was performed to remove impurities such as TOABr 10 times using water and methanol.

원형튜브의 벽면에 남아있는 침전물을 다이클로로메테인(Dichloromethane)에 녹여서 250 ㎖의 둥근 바닥플라스크로 옮기고 회전증발기를 이용하여 용매를 완전히 제거한 후 아세토나이트릴과 아세톤을 1:1 비율로 섞은 100 ㎖의 용액을 첨가하고 12시간 동안 추출하였다.The precipitate remaining on the wall of the round tube was dissolved in dichloromethane and transferred to a 250 ml round bottom flask. The solvent was completely removed using a rotary evaporator, and 100 ml of a 1: 1 mixture of acetonitrile and acetone Was added and extracted for 12 hours.

그 후, 20 ㎛의 구멍 크기를 갖는 필터를 이용하여 정제하고 정제된 용액을 다시 회전 증발시켜서 고체 상태의 Au25(C6S)18를 분리하였다. 그 생성량은 20~40 mg 정도이다.Thereafter, the solution was purified using a filter having a pore size of 20 μm, and the purified solution was rotary evaporated again to separate the solid Au 25 (C 6 S) 18 . The production amount is about 20 to 40 mg.

실시예 1-2: PtAuExample 1-2: Preparation of PtAu 2424 (C(C 66 S)S) 1818 의 합성Synthesis of

실시예 1-1에서 설명한 Au25(C6S)18 금 나노 클러스터의 합성 방법과 유사한 방법으로 진행하였다.The procedure was analogous to the synthesis of Au 25 (C 6 S) 18 gold nanoclusters described in Example 1-1.

15 ㎖의 THF에 용해된 0.157 g의 HAuCl4 ·3H2O에 0.041g의 H2PtCl6(염화백금산염, Chloroplatinic acid hydrate, 시약 등급)와 0.317 g의 TOABr을 첨가하고, 15분간 상온에서 교반하였다. 이후 0.358 ㎖의 1-hexanethiol을 첨가하여 리간드-금속 착물을 형성시켰다.15 ㎖ THF with 0.157 g of HAuCl 4 · 3H 2 O in H 2 PtCl 6 dissolved in 0.041g of (platinum chloride salt, hydrate Chloroplatinic acid, reagent grade) was added and the TOABr of 0.317 g, and stirred at room temperature for 15 minutes Respectively. Then, 0.358 ml of 1-hexanethiol was added to form a ligand-metal complex.

15분간의 추가 교반을 진행하고, 5 ㎖에 용해된 0.190 g의 환원제 NaBH4를 신속하게 가하였다. 용액의 색은 즉시 흑갈색으로 변하였고, 5시간동안 추가로 교반을 진행하였다. 이 과정은 리간드-금속 착물을 환원시켜서 시간에 따른 리간드의 보호효과와 코어의 성장효과간의 동역학적 경쟁을 통해 작은 크기의 파티클에서부터 큰 크기의 파티클로 성장해가는 것이다.Additional stirring was continued for 15 minutes, and 0.190 g of the reducing agent NaBH 4 dissolved in 5 ml was added rapidly. The color of the solution immediately turned to dark brown, and further stirring was carried out for 5 hours. This process involves the reduction of ligand-metal complexes to grow from small to large particles through kinetic competition between the protective effect of the ligand over time and the growth effect of the core.

반응이 완결되면 물과 메탄올로 반복하여 세척하고 원심분리를 통하여 유기층을 옮겨 아세토나이트릴과 아세톤 1:1 부피비의 용액으로 12시간 추출하였다.When the reaction was completed, the reaction mixture was washed repeatedly with water and methanol, and the organic layer was transferred by centrifugation and extracted with a 1: 1 volume ratio of acetonitrile and acetone for 12 hours.

추출을 통해 생성된 고체를 다이클로로메테인 용매 11 ㎖에 용해시키고 과산화수소 2 ㎖를 첨가하여 2시간 산화시켰다. 과산화수소를 첨가 하였을 때 용액은 녹황색에서 녹색으로 급격히 변하였다. 이 과정을 통해 생성된 Au25(C6S)18를 산화시켜 제거하고 PtAu24(C6S)18만이 남게 된다.The solid produced by the extraction was dissolved in 11 ml of dichloromethane solvent, 2 ml of hydrogen peroxide was added and the solution was oxidized for 2 hours. When hydrogen peroxide was added, the solution rapidly changed from greenish yellow to green. The Au 25 (C 6 S) 18 produced by this process is oxidized and removed, leaving only PtAu 24 (C 6 S) 18 .

이후 증류수를 사용하여 반복하여 세척하고 유기층만을 바이알(Vial)에 옮기고 아세토나이트릴과 다이클로로메테인 2:1 용액에서 추출하여 PtAu24(C6S)18를 분리하였다. 여과와 회전증발을 이용하여 고체상태로 만들어 냉장 보관하였다.Then, it was repeatedly washed with distilled water. Only the organic layer was transferred to a vial, and PtAu 24 (C 6 S) 18 was isolated by extraction with acetonitrile and dichloromethane 2: 1 solution. It was made into a solid state by filtration and rotary evaporation and refrigerated.

이하에서 실시예 2-1 내지 실시예 2-3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 Au25(C6S)18 금 나노 클러스터 및 PtAu24(C6S)18 금 나노 기반의 합금 클러스터를 포함하는 촉매, 상기 촉매를 포함하는 전극에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.In the following embodiment examples 2-1 to Example 2-3 Au 25 according to one embodiment of the present invention with reference to the (C 6 S) 18 of gold nanoclusters and PtAu 24 (C 6 S) 18 A catalyst including a gold nano-based alloy cluster, and an electrode including the catalyst will be described in more detail.

실시예 2-1: 전극의 세척 및 전기화학적 방법을 통한 전극의 전처리Example 2-1: Electrode Pretreatment by Electrode Cleaning and Electrochemical Method

[전극의 세척][Cleaning of Electrode]

유리질 탄소 전극을 세척하기 위하여 전극을 증류수 용액 안에 담지하고 초음파 세척을 5분간 진행하였다. 추가적으로 아세톤, 에탄올, 아세톤 순서로 각 용액에 담지하여 5분씩 음파처리(sonication)를 진행하였다.In order to clean the glassy carbon electrode, electrodes were immersed in distilled water solution and sonicated for 5 minutes. In addition, acetone, ethanol and acetone were added to each solution in the order, and sonication was performed for 5 minutes.

[전기화학적 방법을 통한 전극의 전처리][Pretreatment of electrode by electrochemical method]

유리상 탄소 플레이트(Glassy carbon plate) 전극은 0.1 M (pH = 5.5) 인산 완충 용액에서 +1.75 V의 전압을 300초 동안 적용시켰다. 그 후, 순환전압전류법을 이용하여 스캔속도 0.1 V/s로 설정하여 0.3 V에서 1.3 V까지 전압을 적용시켰다. 정류 상태가 나타날 때까지 순환전압전류법을 반복한 뒤 0.3 V에서 -1.3 V까지의 전압을 순환전압전류법을 이용하여 적용시켰다.The glassy carbon plate electrode was applied with a voltage of +1.75 V for 300 seconds in a 0.1 M (pH = 5.5) phosphate buffer solution. After that, the voltage was applied from 0.3 V to 1.3 V by setting the scan speed to 0.1 V / s using the cyclic voltammetry method. The cyclic voltammetry method was repeated until the rectified state appeared, and then the voltage from 0.3 V to -1.3 V was applied by the cyclic voltammetry method.

이렇게 전기화학적으로 처리된 플레이트 형태의 유리질 카본 전극은 -OH(하이드록시기)가 표면에 형성되어 소수성 전극에서 친수성 성질로 개질된다.The electrochemically treated glassy carbon electrode in the form of a plate is modified to hydrophilic properties in the hydrophobic electrode by forming -OH (hydroxyl group) on the surface.

실시예 2-2: AuExample 2-2: Preparation of Au 2525 (C(C 66 S)S) 1818 -PtAu-PtAu 2424 (C(C 66 S)S) 1818 /카본블랙/나피온 복합체 전극 제조/ Carbon black / Nafion composite electrode manufacturing

[카본블랙/나피온 용액의 제조][Preparation of carbon black / Nafion solution]

우선, 2.4 mg의 카본블랙(VULCAN® XC72)을 420 ㎕의 다이클로로메테인에서 2시간 이상 초음파를 통하여 분산시켰다. 분산된 용액에 42 ㎕의 나피온(나피온 Perfluorinated resin solution(Nf), 5 wt%)을 첨가한 후 10분간 초음파 분산을 진행하여 카본블랙/나피온 용액을 제조하였다.First, 2.4 mg of carbon black (VULCAN® XC72) was dispersed by ultrasonication in 420 μl of dichloromethane for 2 hours or more. 42 ㎕ Nafion (Nafion, 5 wt%) was added to the dispersed solution, followed by ultrasonic dispersion for 10 minutes to prepare a carbon black / nafion solution.

[Au25(C6S)18-PtAu24(C6S)18/카본블랙/나피온 복합체 전극의 제조][Preparation of Au 25 (C 6 S) 18 -PtAu 24 (C 6 S) 18 / carbon black / Nafion composite electrode]

Au25(C6S)18와 PtAu24(C6S)18의 두 가지 나노 클러스터를 혼합하였다. 두 가지의 클러스터는 카본블랙과 나피온 용액이 혼합되어 있는 다이클로로메테인 용액에 원하는 비율만큼 차례대로 주입하였다.Two nanoclusters of Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) 18 were mixed. The two clusters were injected sequentially into the dichloromethane solution in which carbon black and Nafion solution were mixed in the desired ratio.

예를 들어, Au25(C6S)18와 PtAu24(C6S)18를 2:1 비율로 섞어주는 경우, 먼저 같은 농도로 각각의 클러스터를 다이클로로메테인에 녹여주었으며, 2:1의 부피비로 미리 제조된 카본블랙/나피온 용액에 첨가되었다. 또한, Au25(C6S)18와 PtAu24(C6S)18를 1:2 비율로 섞어주는 경우, 먼저 같은 농도로 각각의 클러스터를 다이클로로메테인에 녹여주었으며, 1:2의 부피비로 카본블랙/나피온 용액에 첨가되었다.For example, when a mixture of Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) 18 was mixed at a 2: 1 ratio, each cluster was dissolved in dichloromethane at the same concentration, Lt; RTI ID = 0.0 > Nafion < / RTI > solution. When the Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) 18 were mixed at a ratio of 1: 2, the respective clusters were first dissolved in dichloromethane at the same concentration, To the carbon black / Nafion solution.

이렇게 제조된 Au25(C6S)18-PtAu24(C6S)18/카본블랙/나피온 복합체 용액 내 Au25(C6S)18와 PtAu24(C6S)18의 비율은 하기 표 1에 명시하였다.The prepared Au 25 (C 6 S) 18 -PtAu 24 (C 6 S) 18 / carbon black / Nafion solution of a complex within a Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) ratio of 18 to the Table 1.

Au25(C6S)18 : PtAu24(C6S)18 Au 25 (C 6 S) 18 : PtAu 24 (C 6 S) 18 2:12: 1 1:21: 2 0:10: 1

Au25(C6S)18-PtAu24(C6S)18/카본블랙/나피온 복합체 용액 50 ㎕를 실시예 2-1에서 전처리된 0.5x1.0 ㎠ 면적을 갖는 플레이트 형태의 유리질 카본 전극의 앞면과 뒷면에 각각 드롭-캐스팅(drop-casting)하고 2시간 이상 건조시켰다. 이 조건은 전극 위에 드롭-캐스팅되는 카본블랙과 촉매인 Au25(C6S)18-PtAu24(C6S)18의 질량비가 1:1이 되도록 설정한 조건이다.50 μl of a solution of Au 25 (C 6 S) 18 -PtAu 24 (C 6 S) 18 / carbon black / Nafion complex was added to a plate-like glassy carbon electrode having a 0.5 × 1.0 cm 2 area pretreated in Example 2-1 Drop-casting on the front and back sides, respectively, and dried for 2 hours or more. This condition is set so that the mass ratio of the carbon black drop-cast onto the electrode and the Au 25 (C 6 S) 18 -PtAu 24 (C 6 S) 18 catalyst is 1: 1.

실시예 2-3: 전기화학 전환 셀의 조립Example 2-3: Assembling electrochemical conversion cell

도 5는 이산화탄소의 전기화학적 전환 반응에 사용된 H-형 셀의 구성을 도시한 것이다.5 shows a configuration of an H-type cell used for an electrochemical conversion reaction of carbon dioxide.

도 5를 참조하면, 전기화학 전환에 이용된 셀은 H-형태의 유리 반응기로 제작되었으며, 이 때 양극과 음극의 중간에 나피온 막을 사용하여 수소 양이온의 이동이 원활히 이루어지도록 하였다. 각 양극과 음극에 사용된 전해질의 부피는 각각 60 mL이다. 전극이 통과되는 부위를 제외하고 테플론 재질의 뚜껑으로 기체가 새어나가지 않도록 조립되었다.Referring to FIG. 5, the cell used for the electrochemical conversion was fabricated as an H-type glass reactor. At this time, the Nafion membrane was used in the middle between the anode and the cathode to facilitate the movement of hydrogen cations. The volume of electrolyte used for each anode and cathode is 60 mL each. Except for the area where the electrode passes, it was assembled so that the gas did not escape with a Teflon lid.

이하에서 실시예 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 Au25(C6S)18-PtAu24(C6S)18 촉매/카본블랙/나피온 복합체 전극을 이용한 이산화탄소의 전기화학적 전환 및 분석 방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.The electrochemical conversion of carbon dioxide using the Au 25 (C 6 S) 18 -PtAu 24 (C 6 S) 18 catalyst / carbon black / Nafion composite electrode according to one embodiment of the present invention and The analysis method will be described in detail.

실시예Example 3:  3: AuAu 2525 (C(C 66 S)S) 1818 -- PtAuPtAu 2424 (C(C 66 S)S) 1818 /카본블랙// Carbon black / 나피온Nafion 복합체 전극을 이용한 이산화탄소의 전기화학적 전환 및 분석 Electrochemical Conversion and Analysis of Carbon Dioxide Using Composite Electrodes

Au25(C6S)18 및 PtAu24(C6S)18를 포함하는 촉매를 기반으로 한 카본블랙 및 나피온 복합체 전극(Au25(C6S)18-PtAu24(C6S)18/카본블랙/나피온 복합체 전극)을 사용하여 수용액 상에 있는 이산화탄소의 전기화학적인 전환을 실시하였다. 여기서, 반응물의 분석은 기체크로마토그래피에 장착된 질량분석기와 열전도 검출기를 통하여 각각 일산화탄소와 수소를 검출하였다.Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) a carbon black and a Nafion composite electrode based on the catalyst containing 18 (Au 25 (C 6 S ) 18 -PtAu 24 (C 6 S) 18 / Carbon black / Nafion composite electrode) was used to electrochemically convert the carbon dioxide present in the aqueous solution. Here, the analysis of the reactants detected carbon monoxide and hydrogen through a mass analyzer and a thermal conductivity detector mounted on gas chromatography, respectively.

모든 나노 클러스터 기반의 전극은 도 5의 H-형 셀의 양극 전해질 용액에 담지 되었고, 이산화탄소는 전해질 용액을 통하여 1시간 동안 퍼징이 이루어졌다. 상기 전극은 각 걸어준 전압마다 새로 만들어진 전극을 사용하였다. 수용액 상의 이산화탄소는 전극과 반응하였으며, 이때 수용액은 자석교반기를 통하여 교반시켰다.All nano cluster-based electrodes were supported on the anodic electrolyte solution of the H-type cell of FIG. 5, and the carbon dioxide was purged through the electrolyte solution for 1 hour. The electrode was a newly formed electrode for each of the applied voltages. The carbon dioxide on the aqueous phase reacted with the electrode, and the aqueous solution was stirred through a magnetic stirrer.

여기서, 이산화탄소는 2개의 전자(2e-)를 전극으로부터 공급받고 2개의 수소 양이온(2H+)을 수용액 상에서 공급받아 일산화탄소로 전환되며, 전환되어 발생된 일산화탄소는 도 5의 H-형의 반응기 상층부로 이동된다. 또한, 수용액 상에서 전극에 전압을 가하기 때문에 물-분해가 동시에 이루어지며, 이 경우 물-분해에 의한 수소(기체) 발생도 함께 일어나게 된다.Here, the carbon dioxide is supplied from the electrode to the two electrons (2e - ), the two hydrogen cations (2H + ) are supplied in the aqueous solution and converted into carbon monoxide, and the generated carbon monoxide is converted into the H- . In addition, since a voltage is applied to an electrode in an aqueous solution, water-decomposition is simultaneously performed, and in this case, hydrogen (gas) is also generated by water-decomposition.

이산화탄소의 전기화학적인 전환의 반응식은 아래와 같다.The reaction scheme of electrochemical conversion of carbon dioxide is as follows.

[반응식][Reaction Scheme]

CO2 + H2O(aq) CO + H2 + O2 CO 2 + H 2 O (aq) CO + H 2 + O 2

모든 기체들은 수용액에 낮은 용해도를 가지기 때문에 반응기의 상층부로 이동하게 되며, 이 기체를 기체전용 주사기를 통하여 2번 추출하였다.All of the gases have low solubility in the aqueous solution, so they move to the upper part of the reactor, and this gas is extracted twice through the gas-only syringe.

먼저, 기체크로마토그래피-질량분석기를 통하여 일산화탄소가 첫 번째로 검출되었다. 검출된 일산화탄소는 먼저 만들어진 일산화탄소 검정곡선을 통하여 그 양이 정량 되었으며, 이는 또한 패러데이 변환 효율 계산에 이용되었다. 마찬가지로 두 번째로 추출된 수소의 경우, 기체크로마토그래피-열전도 검출기를 통하여 그 양이 정량 되었으며, 이는 또한 패러데이 변환 효율 계산에 이용되었다.First, carbon monoxide was first detected by gas chromatography-mass spectrometry. The amount of carbon monoxide detected was quantified through the carbon monoxide calibration curve, which was also used to calculate the Faraday conversion efficiency. Similarly, for the second extracted hydrogen, the amount was quantified via gas chromatography-thermal conductivity detector, which was also used to calculate the Faraday conversion efficiency.

두 가지 기체의 발생한 양은 모든 전극에서 그 패러데이 변환 효율이 100%로 검출되었으며, 이는 전극에 흘려 보내준 전자의 양과 일치하였다. 이는 본 발명의 금속 나노 클러스터들을 이용한 이산화탄소의 전기화학적 전환에 있어서 다른 생성물이 발생하지 않았음을 보여준다.The amount of generated two gases was found to be 100% of the efficiency of Faraday conversion at all electrodes, which was consistent with the amount of electrons flowing to the electrode. This shows that no other products were generated in the electrochemical conversion of carbon dioxide using the metal nanoclusters of the present invention.

모든 이산화탄소 전환 과정 중에 자석교반기를 통하여 일정한 RPM을 유지하였고, 용액 내 기체의 이동을 용이하게 하였으며, 전극 표면에 발생한 기체가 쉽게 전극에서 떨어져 나오도록 하였다.During the entire carbon dioxide conversion process, a constant RPM was maintained through a magnetic stirrer to facilitate the movement of gas in the solution and the gas generated on the electrode surface was easily released from the electrode.

실시예 2-2에서 기재한 Au25(C6S)18-PtAu24(C6S)18/카본블랙/나피온 복합체 전극을 이용한 이산화탄소의 전기화학적 전환 및 분석을 바탕으로, 촉매에 포함되는 Au25(C6S)18 및 PtAu24(C6S)18의 조성을 달리하여 생성되는 합성가스 내의 일산화탄소 및 수소의 생성비 조절을 위한 실험을 진행하였다.Based on the electrochemical conversion and analysis of carbon dioxide using the Au 25 (C 6 S) 18 -PtAu 24 (C 6 S) 18 / carbon black / Nafion composite electrode described in Example 2-2, Experiments were conducted to control the production of carbon monoxide and hydrogen in the synthesis gas produced by varying the compositions of Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) 18 .

이를 위해 실시예 2-2에서 제조된 Au25(C6S)18-PtAu24(C6S)18/카본블랙/나피온 복합체가 드롭-캐스팅된 유리질 탄소 전극을 작업 전극으로 이용하여 수용액 상에서 이산화탄소의 전기화학적 전환을 진행하였다. 전해질로는 0.1 M KHCO3를 이용하였고, 전기분해를 진행한 전압은 RHE(real hydrogen electrode) 기준(pH = 6.7)으로 -1.03 V이다.To this end, a drop-cast glassy carbon electrode of Au 25 (C 6 S) 18 -PtAu 24 (C 6 S) 18 / carbon black / Nafion complex prepared in Example 2-2 was used as a working electrode, The electrochemical conversion of carbon dioxide proceeded. 0.1 M KHCO 3 was used as the electrolyte and the voltage after electrolysis was -1.03 V based on RHE (real hydrogen electrode) (pH = 6.7).

이하에서 실시예 3에서 진행한 결과를 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, results of the third embodiment will be described with reference to FIG.

도 6은 Au25(C6S)18-PtAu24(C6S)18/카본블랙/나피온 복합체 전극을 사용하여 발생한 일산화탄소와 수소의 생성비를 조절한 그래프를 도시한 것이다.FIG. 6 is a graph showing a graph of carbon monoxide and hydrogen production ratio generated using Au 25 (C 6 S) 18 -PtAu 24 (C 6 S) 18 / carbon black / Nafion composite electrode.

도 6의 막대 그래프는 Au25(C6S)18 금 나노 클러스터와 PtAu24(C6S)18 금 나노 기반의 합금 나노 클러스터의 혼합으로 만들어진 전극에서 발생한 일산화탄소(흑색)와 수소(적색)의 비율을 나타내었다.The histogram in Figure 6 of Au 25 (C 6 S) 18, the gold nano-cluster with PtAu 24 (C 6 S), carbon monoxide (black) and hydrogen (red) generated in the electrode made of a mixture of 18 Gold nano-based alloy nanoclusters of Respectively.

여기서, x축은 촉매에 포함되는 Au25(C6S)18 및 PtAu24(C6S)18의 조성비이고, 좌측의 y축은 일산화탄소(CO)의 몰 비율(CO mol fraction(%))이며, 우측의 y축은 수소의 몰 비율(H2 mol fraction(%))을 나타내었다. 이 때 걸어준 전압은 RHE(real hydrogen electrode) 기준으로 -1.0 V(pH 6.7)이며, 하기 표 2에 나타낸 총 3가지 비율(Au25(C6S)18:PtAu24(C6S)18 = 2:1, 1:2, 0:1)로 조절하여 실험을 실시하였다.Here, the x-axis is a composition ratio of Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) 18 contained in the catalyst, and the y-axis on the left side is a molar ratio (CO mol fraction (% The y-axis on the right side shows the molar ratio of hydrogen (H 2 mol fraction (%)). The voltage applied at this time was -1.0 V (pH 6.7) based on RHE (real hydrogen electrode), and the total of three ratios (Au 25 (C 6 S) 18 : PtAu 24 (C 6 S) 18 = 2: 1, 1: 2, 0: 1).

Au25(C6S)18 : PtAu24(C6S)18 Au 25 (C 6 S) 18 : PtAu 24 (C 6 S) 18 CO : H2 CO: H 2 2:12: 1 1:21: 2 1:21: 2 1:31: 3 0:10: 1 1:41: 4

실제 합성가스에 이용되고 있는 일산화탄소와 수소의 혼합물의 비율은 1:1의 경우 아세트산의 제조에 쓰이고, 1:2의 경우 에틸렌 및 메탄올의 제조에 쓰이며, 1:3의 경우 메탄가스의 제조에 응용되고 있다.The ratio of the mixture of carbon monoxide and hydrogen used in the synthesis gas is 1: 1 for the production of acetic acid, 1: 2 for the production of ethylene and methanol, 1: 3 for the production of methane gas .

본 발명의 일 실시예에 따른 합성가스의 제조방법에 있어서, Au25(C6S)18 및 PtAu24(C6S)18를 이용하여 제조한 촉매 전극의 경우 아세트산, 에틸렌, 메탄올 또는 메탄가스 제조에 필요한 일산화탄소와 수소의 비율을 효율적으로 제어할 수 있다.In the process for producing a synthesis gas according to an embodiment of the present invention, in the case of catalyst electrodes prepared using Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) 18 , acetic acid, ethylene, The ratio of carbon monoxide and hydrogen required for production can be efficiently controlled.

도 6 및 표 2를 참조하면, Au25(C6S)18와 PtAu24(C6S)18의 조성을 변화하였을 경우, 일산화탄소와 수소의 비율을 1:1.2에서 1:3까지 조절할 수 있다. 여기서 촉매로 작용하는 두 가지 나노 클러스터(Au25(C6S)18:PtAu24(C6S)18)를 2:1 비율과 1:2 비율로 섞어주었을 경우, 각각 일산화탄소와 수소의 비율은 1:1.2에서 1:3까지 조절 가능하다.6 and Table 2, when the compositions of Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) 18 are changed, the ratio of carbon monoxide and hydrogen can be adjusted from 1: 1.2 to 1: 3. When two nano clusters (Au 25 (C 6 S) 18 : PtAu 24 (C 6 S) 18 ) serving as catalysts were mixed at a ratio of 2: 1 and 1: 2, the ratio of carbon monoxide to hydrogen It is adjustable from 1: 1.2 to 1: 3.

구체적으로, 수소 발생 비율이 Au25(C6S)18보다 4배 많은 PtAu24(C6S)18가 촉매 전극의 전체 비율에서 많아질수록 전극이 생성하는 일산화탄소에 대한 수소의 비율이 1:3까지 증가함을 확인할 수 있다. 이 때 실제 전극을 통해 흐른 전류의 밀도는 25~30 ㎃/㎠ 이다.Specifically, the ratio of hydrogen to carbon monoxide produced by the electrode becomes 1: 1 as the proportion of PtAu 24 (C 6 S) 18, which is four times larger than that of Au 25 (C 6 S) 18 , 3, respectively. At this time, the density of the current flowing through the actual electrode is 25 to 30 mA / cm 2.

본 발명의 일 실시예에 따르면, Au25(C6S)18 및 PtAu24(C6S)18를 포함하는 촉매를 이용하여 이산화탄소로부터 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen can be produced from carbon dioxide using a catalyst comprising Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) 18 .

구체적으로, 실시예 3을 통하여 살펴본 바와 같이, Au25(C6S)18는 일산화탄소를 생성하는 반응을 촉진하여 일산화탄소로의 전기화학적 전환 선택성이 높고, PtAu24(C6S)18는 수소를 생성하는 반응을 촉진하여 수소로의 전기화학적 전환 선택성이 높은 것을 확인할 수 있다.As specifically discussed through, an embodiment 3, Au 25 (C 6 S ) 18 is to accelerate the reaction to produce the carbon monoxide is high electrochemical conversion selectivity to carbon monoxide, PtAu 24 (C 6 S) 18 is hydrogen It can be confirmed that the selectivity to electrochemical conversion to hydrogen is high by promoting the reaction to be generated.

따라서, 상기 Au25(C6S)18 및 상기 PtAu24(C6S)18의 조성비를 다양하게 조절하여 다양한 생성비를 갖는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조할 수 있다.Therefore, a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen having various production ratios can be prepared by variously controlling the composition ratios of Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) 18 .

본 발명의 일 실시예에 따르면, 합성가스에 포함되는 일산화탄소 및 상기 수소의 생성비는 1:1.2 내지 1:4일 수 있다. 이를 위해서는, 일산화탄소의 전기화학적 전환을 위한 촉매에 포함되는 Au25(C6S)18 및 PtAu24(C6S)18의 조성비가 1:0.5~2, 즉 2:1 내지 1:2일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the production ratio of carbon monoxide and hydrogen contained in the synthesis gas may be 1: 1.2 to 1: 4. For this purpose, the composition ratio of Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) 18 contained in the catalyst for electrochemical conversion of carbon monoxide is 1: 0.5 to 2, that is, 2: 1 to 1: have.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. This is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

Claims (9)

Au25(C6S)18 및 PtAu24(C6S)18를 포함하는 촉매를 이용하고,
이산화탄소로부터 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 반응식은 아래와 같고,
[반응식]
CO2 + H2O(aq) → CO + H2 + O2
상기 Au25(C6S)18는 일산화탄소를 생성하는 반응을 촉진하며,
상기 PtAu24(C6S)18는 수소를 생성하는 반응을 촉진하여 이산화탄소로부터 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 방법.
Au 25 (C 6 S) 18, and PtAu 24 (C 6 S) 18 ,
The reaction scheme for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen from carbon dioxide is as follows,
[Reaction Scheme]
CO 2 + H 2 O (aq) → CO + H 2 + O 2
The Au 25 (C 6 S) 18 promotes the reaction to produce carbon monoxide,
Wherein the PtAu 24 (C 6 S) 18 promotes the reaction of producing hydrogen to produce a synthesis gas comprising carbon monoxide and hydrogen from carbon dioxide.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 Au25(C6S)18 및 상기 PtAu24(C6S)18의 조성비 조절을 통하여 제조되는 합성가스 내의 일산화탄소 및 수소의 생성비를 조절하는 것을 특징으로 하는 합성가스를 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
And adjusting the composition ratio of Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) 18 to control the production ratio of carbon monoxide and hydrogen in the produced synthesis gas.
제3항에 있어서,
상기 합성가스 내의 일산화탄소 및 수소의 생성비는 1:1.2 내지 1:4인 것을 특징으로 하는 합성가스를 제조하는 방법.
The method of claim 3,
Wherein the production ratio of carbon monoxide and hydrogen in the syngas is from 1: 1.2 to 1: 4.
제1항에 있어서,
상기 이산화탄소로부터 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 방법은 수용액 상에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 합성가스를 제조하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the method for producing the synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen from the carbon dioxide is carried out in an aqueous solution.
이산화탄소로부터 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 데에 이용되는 Au25(C6S)18 및 PtAu24(C6S)18를 포함하는 촉매에 있어서,
상기 이산화탄소로부터 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 반응식은 아래와 같고,
[반응식]
CO2 + H2O(aq) → CO + H2 + O2
상기 Au25(C6S)18는 일산화탄소를 생성하는 반응을 촉진하며,
상기 PtAu24(C6S)18는 수소를 생성하는 반응을 촉진하고,
상기 Au25(C6S)18 및 상기 PtAu24(C6S)18의 조성비는 1:0.5~2인 것을 특징으로 하는 촉매.
In a catalyst comprising Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) 18 used for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen from carbon dioxide,
The reaction formula for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen from the above carbon dioxide is as follows,
[Reaction Scheme]
CO 2 + H 2 O (aq) → CO + H 2 + O 2
The Au 25 (C 6 S) 18 promotes the reaction to produce carbon monoxide,
The PtAu 24 (C 6 S) 18 promotes the reaction of generating hydrogen,
Wherein the composition ratio of the Au 25 (C 6 S) 18 and the PtAu 24 (C 6 S) 18 is 1: 0.5 to 2.
이산화탄소로부터 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 데에 이용되는 전극에 있어서,
Au25(C6S)18 및 PtAu24(C6S)18를 포함하는 촉매, 카본블랙 및 나피온을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극.
An electrode used for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen from carbon dioxide,
A catalyst comprising Au 25 (C 6 S) 18 and PtAu 24 (C 6 S) 18 , carbon black, and Nafion.
제7항에 있어서,
상기 촉매 및 카본블랙의 무게비는 1:1인 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생용 전극.
8. The method of claim 7,
Wherein the weight ratio of the catalyst and the carbon black is 1: 1.
PtAu24(C6S)18 촉매를 이용하고,
이산화탄소로부터 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 반응식은 아래와 같고,
[반응식]
CO2 + H2O(aq) → CO + H2 + O2
상기 PtAu24(C6S)18는 수소를 생성하는 반응을 촉진하여 이산화탄소로부터 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스를 제조하는 방법.
PtAu 24 (C 6 S) 18 catalyst,
The reaction scheme for producing a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen from carbon dioxide is as follows,
[Reaction Scheme]
CO 2 + H 2 O (aq) → CO + H 2 + O 2
Wherein the PtAu 24 (C 6 S) 18 promotes the reaction of producing hydrogen to produce a synthesis gas comprising carbon monoxide and hydrogen from carbon dioxide.
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