KR101807808B1 - Method for Preparimg AuPt Nanocrystals with Electrocatalytic Activity - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금 전구체 및 백금 2가 전구체를 실리카(SiO2) 나노 구에 주입하고 어닐링한 후 실리카를 제거하여, 계면활성제를 포함하지 않고 촉매 활성이 강화된 금-백금 합금 나노결정을 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing gold-platinum alloy nanocrystals having enhanced catalytic activity without containing a surfactant by injecting a gold precursor and a platinum bimetallic precursor into a silica (SiO 2 ) nano structure and annealing the same to remove silica .

Description

촉매활성을 지니는 금-백금 합금 나노결정 제조 방법 {Method for Preparimg AuPt Nanocrystals with Electrocatalytic Activity}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for preparing a gold-platinum alloy nanocrystal having catalytic activity,

본 발명은 금-백금 합금 나노결정을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 실리카(SiO2) 전구체에 금 전구체 및 백금 2가 전구체를 주입하고 어닐링한 후 실리카를 제거하여 금-백금 합금 나노결정을 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing gold-platinum alloy nanocrystals, and more particularly, to a method for producing gold-platinum alloy nanocrystals, which comprises the steps of injecting a gold precursor and a platinum 2 precursor into a silica (SiO 2 ) precursor, To a process for producing the same.

백금 기반의 합금 나노결정은 연료전지에서 가장 효율적인 전기화학적 촉매 물질이다. 이는 양극에서 산소환원 반응과 음극에서 수소, 메탄올, 포름산 등의 작은 연료 분자를 산화시키는데 이용된다. 대부분의 연구는 수소 교환 멤브레인 연료 전지(PEMFC)에 백금이 포함된 나노결정의 사용에 집중 되어 있고, 상용 직접 포름산 연료 전지(DFAFC)의 필수 요소인 포름산 산화반응의 적합한 촉매를 사용하는데 관심이 증가 하고 있다. Platinum-based alloy nanocrystals are the most efficient electrochemical catalytic materials in fuel cells. It is used to oxidize small fuel molecules such as hydrogen, methanol, and formic acid in the anode and oxygen reduction reaction in the anode. Most studies have focused on the use of nanocrystals containing platinum in hydrogen-exchanged membrane fuel cells (PEMFCs) and are increasingly interested in using suitable catalysts for formic acid oxidation, an essential element of commercial direct formic acid fuel cells (DFAFC) .

특히, 금-백금 합금 나노결정은 포름산 산화반응의 효율적인 촉매로 더 관심 받는 물질 중 하나로서, 직접 산화반응 방향으로 촉진시키고 촉매의 포이즈닝(poisoning)을 감소시키는 기능을 수행하기 때문이다. 최근의 연구들은 금-백금 촉매의 조성과 형태를 조절하고, 지지체와 계면의 성질을 통해, 금-백금 촉매의 활성과 내구성을 조절할 수 있다. In particular, gold-platinum alloy nanocrystals are one of the more interesting materials as efficient catalysts for the oxidation of formic acid, because they facilitate the direct oxidation reaction and reduce the poisoning of the catalyst. Recent studies can control the activity and durability of gold-platinum catalysts by controlling the composition and morphology of the gold-platinum catalysts and the nature of the support and interface.

금-백금 합금 나노결정을 형성하는 많은 방법들은 선행 연구자들에 의해 제안되었는데, 전구체들을 섞은 채 유기 계면활성제 존재 하에서 동시환원을 수행하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법에 의할 때 금/백금 합금이 잘 섞이지 않기 때문에, 높은 온도나 강한 환원제를 사용한 복잡한 과정 등 높은 에너지에 의하여 나노결정이 형성된다. 이 때, 지지체 기반 촉매의 계면활성제를 제거하는 것은 촉매 표면을 활성화시키기 위해 반드시 필요한 과정이다. 계면활성제 제거시 나노결정은 신터링(sintering)이나 변형이 빈번하게 발생되고, 그로 인해 촉매적 활성이 감소하게 된다는 문제점이 있다. Many methods of forming gold-platinum alloy nanocrystals have been proposed by prior researchers, including the simultaneous reduction in the presence of organic surfactants with the mixing of precursors. However, because of this method, gold / platinum alloys do not mix well, so nanocrystals are formed by high energy, such as complex processes using high temperatures and strong reducing agents. At this time, the removal of the surfactant of the support-based catalyst is a necessary process for activating the catalyst surface. When the surfactant is removed, the nanocrystals have a problem that sintering or deformation frequently occurs, thereby reducing catalytic activity.

따라서 포름산 산화반응성이 높으면서도 계면활성제를 포함하지 않는 금- 백금 합금 나노결정의 제조 방법 개발이 요구된다.Therefore, it is required to develop a method for producing gold-platinum alloy nanocrystals that have high formic acid oxidation reactivity but do not contain a surfactant.

본 발명은 포름산 산화반응성이 높으면서도 계면활성제를 포함하지 않는 금-백금 합금 나노결정을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a method for producing a gold-platinum alloy nanocrystal which is high in formic acid oxidation reactivity but does not contain a surfactant.

본 발명의 또 다른 목적은 금-백금 합금 나노결정 또는 금-백금 및 산화철의 혼성 나노입자(AuPt/Fe3O4)의 제조방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method for producing hybrid nanoparticles (AuPt / Fe 3 O 4 ) of gold-platinum alloy nanocrystals or gold-platinum and iron oxide.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 제조방법에 의하여 제조된 금-백금 합금나노 결정, 금-백금 합금 및 산화철의 혼성 나노입자 또는 이들을 포함하는 전기화학적 촉매를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide hybrid nanoparticles of gold-platinum alloy nanocrystals, gold-platinum alloys and iron oxides produced by the above-described method, or an electrochemical catalyst containing them.

이에 본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위하여, 리버스-마이크로에멀전 용액에서 금 전구체가 금 나노결정을 형성한 후 연속적으로 표면에 백금 2+전구체에 의한 단원자층이 형성되는 것을 발견하여, 이를 실리카 안에서 고체상태 변환과정을 통해 열적 변환되어 환원된 금-백금 합금 나노결정을 제조하는 방법을 개발하였다.In order to achieve the above object, the present inventors have discovered that a gold precursor forms a gold nanocrystal in a reverse-microemulsion solution and then a mononuclear layer is formed continuously on the surface by a platinum 2+ precursor, The present inventors have developed a method for producing gold-platinum alloy nanocrystals that are thermally converted and reduced through a state conversion process.

본 발명의 일 예는 금 전구체 및 산화백금 전구체를 포함하는 에멀젼과 실리카 전구체를 혼합하여, 실리카 나노 구의 내부에 금 및 산화백금을 포함하는 구조를 갖는 제1 나노입자((Au/Pt2 +)@SiO2)를 제조하는 단계; 상기 제1 나노입자를 어닐링(annealing) 열처리하여 금-백금의 합금 결정을 포함하는 제2 나노입자(AuPt@SiO2)를 제조하는 단계; 및 상기 제2 나노입자에서 실리카를 제거하는 단계를 포함하는, 금-백금 합금의 나노결정(AuPt)의 제조방법에 관한 것이다.One example of the present invention is a method of preparing a first nanoparticle (Au / Pt 2 + ) having a structure containing gold and platinum oxide in a silica nanosphere by mixing an emulsion containing a gold precursor and a platinum oxide precursor with a silica precursor, preparing a @SiO 2); Annealing the first nanoparticles to produce second nanoparticles (AuPt @ SiO 2 ) comprising gold-platinum alloy crystals; And removing the silica from the second nanoparticles. The present invention also relates to a method for producing a gold-platinum alloy nanocrystal (AuPt).

본 발명의 또 다른 일 예는 금 전구체 및 산화백금 전구체를 포함하는 에멀젼, 실리카 전구체, 및 산화철 나노입자를 혼합하여, 실리카 나노 구의 내부에 산화철 나노입자와 금 및 산화백금을 포함하는 구조를 갖는 제1 혼성 나노입자 ([Au/Pt2+/Fe3O4]@SiO2)를 제조하는 단계; 상기 제1 혼성 나노입자를 어닐링 열처리하여 산화철 나노입자와 금-백금의 합금 결정을 포함하는 제2 혼성 나노입자((AuPt/Fe3O4)@SiO2)를 제조하는 단계; 및 상기 제2 혼성 나노입자에서 실리카를 제거하는 단계를 포함하는, 산화철 나노입자와 금-백금 합금의 나노결정(AuPt)를 포함하는 혼성 나노입자(이하, 금-백금/산화철 혼성 나노입자 또는 산화철 혼성 나노입자)의 제조방법에 관한 것이다.Another example of the present invention relates to a method for preparing a silica nanoparticle by mixing an emulsion including a gold precursor and a platinum oxide precursor, a silica precursor, and iron oxide nanoparticles, 1 mixed nanoparticles ([Au / Pt 2+ / Fe 3 O 4 ] @SiO 2 ); Annealing the first hybrid nanoparticles to prepare second hybrid nanoparticles (AuPt / Fe 3 O 4 ) @SiO 2 containing iron oxide nanoparticles and gold-platinum alloy crystals; And a step of removing silica from the second hybrid nanoparticles, wherein the mixed nanoparticles (hereinafter referred to as the gold-platinum / iron oxide hybrid nanoparticles or the iron oxide Hybrid nano-particles).

본 발명의 제조방법에 의하여 제조된 금-백금 합금 나노결정 또는 금-백금/산화철 혼성 나노입자는 계면활성제가 없는 형태로 지지체에 고르게 분산되어 고정할 수 있고 종래의 백금/탄소 형태의 촉매에 비하여 포름산 산화 반응의 활성이 더욱 우수하다.The gold-platinum alloy nanocrystals or gold-platinum / iron oxide hybrid nanoparticles prepared by the production method of the present invention can be uniformly dispersed and fixed on a support in the form of a surfactant-free form and compared with the conventional platinum / The activity of the formic acid oxidation reaction is more excellent.

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

제1 나노입자((Au/The first nanoparticle ((Au / PtPt 22 ++ )@) @ SiOSiO 22 ) 제조 단계) Manufacturing steps

본 발명 제조방법은, 금 전구체 및 산화백금 전구체를 포함하는 에멀젼과 실리카 전구체를 혼합하여, 실리카 나노 구의 내부에 금 및 산화백금을 포함하는 구조를 갖는 제1 나노입자((Au/Pt2 +)@SiO2)를 제조하는 단계를 포함할 수 있다. The method of the present invention comprises mixing a silica precursor with an emulsion containing a gold precursor and a platinum oxide precursor to prepare a first nanoparticle ((Au / Pt 2 + ) having a structure containing gold and platinum oxide in the interior of the silica nanosphere, ≪ RTI ID = 0.0 > @SiO2. ≪ / RTI >

상기 제1 나노입자((Au/Pt2 +)@SiO2)에서 상기 금 및 산화백금은, 금 나노결정 코어 및 산화백금의 단원자층이 상기 금 나노결정 코어를 둘러싼 구조로 이루어진 것 일 수 있다.In the first nanoparticle ((Au / Pt 2 + ) @SiO 2 ), the gold and platinum oxide may be composed of a structure in which a gold monocrystal layer of gold nanocrystalline core and platinum oxide surrounds the gold nanocrystal core .

상기 제1 나노입자 제조 단계에서 사용되는 에멀젼은 유기 용매, 계면활성제 및 염기성 용액에 금 전구체 및 산화백금 전구체를 혼합하여 제조될 수 있다. 상기 금 전구체, 산화백금 전구체, 및 실리카(SiO2) 전구체를 에멀젼 용액에 첨가한 후 교반하여 이루어지는 것일 수 있다. 상기 에멀젼은 리버스-마이크로에멀전(reverse-microemulsion, 또는 역-마이크로에멀전) 형태일 수 있으며, 리버스-마이크로에멀전 용액은 수중 유상의 형태인 용액인 것을 의미한다. 주로 유기용매로 이루어진 리버스 마이크로에멀전은 수용액 상태의 금, 백금 전구체를 에멀전 형태의 나노사이즈의 수용액 공간을 만들게 하고, 이 때 에멀전을 형성하기 위해 사용한 계면활성제(예를 들어, IGEPAL-co 520)가 그 공간을 확보하게 하는 역할과 실리카가 구형으로 형성될 수 있는 틀 역할을 할 수 있어 The emulsion used in the first nanoparticle preparation step may be prepared by mixing a gold precursor and a platinum oxide precursor into an organic solvent, a surfactant, and a basic solution. The gold precursor, the platinum oxide precursor, and the silica (SiO 2 ) precursor may be added to the emulsion solution, followed by stirring. The emulsion may be in the form of a reverse-microemulsion (or reverse-microemulsion) and the reverse-microemulsion solution is a solution in the form of an oil-in-water emulsion. The reverse microemulsion, which is mainly composed of an organic solvent, makes a gold-platinum precursor in the form of an aqueous solution, and a surfactant (for example, IGEPAL-co 520) used to form an emulsion- It can serve as a space for securing the space and a framework in which silica can be formed into a spherical shape

상기 에멀젼에 사용되는 유기 용매는 제한되지 않으나, 바람직하게는 사이클로핵산(cyclohexane), 및 핵산(hexane)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.The organic solvent used for the emulsion is not limited, but may preferably include at least one selected from the group consisting of cyclohexane and hexane.

상기 에멀젼에 첨가되는 염기성 용액은 바람직하게는 암모니아(NH4OH), 수산화나트륨(NaOH), 및 수산화칼륨(KOH)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 용액일 수 있다. 염기성 용액에 의하여 금 나노결정 및 산화백금의 단원자층이 형성될 수 있다(실시예 3).The basic solution is added to the emulsion is preferably from a solution containing at least one selected from the group consisting of ammonia (NH 4 OH), sodium hydroxide (NaOH), and potassium hydroxide (KOH). A simple substance layer of gold nanocrystals and platinum oxide can be formed by the basic solution (Example 3).

상기 에멀젼에 첨가되는 계면활성제는 양친매성 고분자인 것일 수 있으며, 바람직하게는 PEG (polyethylene glycol)를 포함하는 계면활성제를 사용할 수 있다. 더욱 바람직하게는 폴리옥시에틸렌 노닐페닐 에테르(polyoxyethylene nonylphenyl ether, 50 몰%로 친수성 작용기를 가지는 IGEPAL CO-520®), NP-5 및 Brji 35로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 상기 계면활성제는 유기용매 부피를 기준으로 할 때 4.5 내지 7.0 부피%로 포함될 수 있다.The surfactant added to the emulsion may be an amphipathic polymer, and preferably a surfactant containing PEG (polyethylene glycol) may be used. More preferably, it may be at least one selected from the group consisting of polyoxyethylene nonylphenyl ether (IGEPAL CO-520® having a hydrophilic functional group at 50 mol%), NP-5 and Brji 35. The surfactant may be contained in an amount of 4.5 to 7.0% by volume based on the volume of the organic solvent.

상기 제1 나노입자 제조 단계에서 사용되는 금 전구체는 사염화금소수산(HAuCl4) 삼염화금산(AuCl3), 및 소듐사염화금산(NaAuCl4)로 이루어진 군에서 선택된 1 이상인 것일 수 있으며, 바람직하게는 사염화금소수산을 사용할 수 있다. 금 전구체는 최종 전체 금-백금 합금 나노결정을 기준으로 할 때 50 내지 83의 중량부, 바람직하게는 56 내지 83중량의 중량부로 포함될 수 있다. The first gold precursor used in the nanoparticle manufacturing step tetrachloride geumso hydroxyl (HAuCl4) trichloride Keumsan (AuCl 3), and sodium tetrachloride Keumsan be that more than one selected from the group consisting of (NaAuCl 4), preferably a tetrachloride geumso Acid can be used. The gold precursor may be included in an amount of 50 to 83 parts by weight, preferably 56 to 83 parts by weight, based on the final total of the gold-platinum alloy nanocrystals.

상기 백금 2가 전구체는 소듐플레티네이트(Na2PtCl4) 및 포타슘플레티네이트(K2PtCl4)로 이루어진 군에서 선택된 1 이상인 것일 수 있으며, 바람직하게는 소듐플레티네이트를 사용할 수 있다. 백금 2가 전구체는 전체 금-백금 합금 나노결정을 기준으로 할 때 10 내지 50의 중량부, 바람직하게는 17 내지 44중량부로 포함될 수 있다.The platinum divalent precursor may be at least one selected from the group consisting of sodium platinate (Na 2 PtCl 4 ) and potassium platinate (K 2 PtCl 4 ), preferably sodium platinate. The platinum divalent precursor may be included in an amount of 10 to 50 parts by weight, preferably 17 to 44 parts by weight, based on the total amount of the gold-platinum alloy nanocrystals.

또한, 상기 실리카 전구체는 테트라에틸 오소실리케이트(tetraethyl ortho-silicate, TEOS), 테트라메틸 오소실리케이트(tetramethyl orthosilicate, TMOS), 테트라부틸 오소실리케이트(tetrabutyl orthosilicate, TBOS), 및 테트라프로필 오소실리케이트(tetrapropyl orthosilicate)로 이루어진 군에서 선택된 1 이상인 것일 수 있으며, 바람직하게는 테트라에톡시실란을 사용할 수 있다. 실리카 전구체는 상기 리버스 에멀전 용액 부피를 100%으로 할 때 0.5 내지 0.9부피%로 포함될 수 있다. Also, the silica precursor may be selected from the group consisting of tetraethyl orthosilicate (TEOS), tetramethyl orthosilicate (TMOS), tetrabutyl orthosilicate (TBOS), and tetrapropyl orthosilicate , And tetraethoxysilane may be preferably used. The silica precursor may be contained in an amount of 0.5 to 0.9% by volume when the volume of the reverse emulsion solution is 100%.

바람직하게는 상기 제조방법에서 싸이클로헥세인(cyclohexane), 폴리옥시에틸렌 노닐페닐 에티르(polyoxyetylene nonylphenyl ether) 및 암모니아 용액에 금 전구체, 산화백금 전구체 및 실리카 전구체를 포함하는 에멀젼 용액을 사용할 수 있다.Preferably, cyclohexane, polyoxyethylene nonylphenyl ether and an emulsion solution containing a gold precursor, a platinum oxide precursor and a silica precursor in an ammonia solution can be used in the above production process.

상기 제조방법으로 생성된 제1 나노입자((Au/Pt2 +)@SiO2)는 산화백금의 단원자층이 금 나노결정 코어를 둘러싸 금/산화백금 나노 결정을 형성하고, 상기 실리카 나노 구에 금/산화백금 나노결정이 포함된 것일 수 있다. 특히 금/산화백금 나노결정은 실리카 나노 구의 쉘 인근 보다는, 중심부에 밀집되어 있을 수 있으며, 바람직하게는 금과 백금이 1:1 내지 4:1, 더욱 바람직하게는 1:1의 몰비로 존재할 수 있다. The first nanoparticle ((Au / Pt 2 + ) @SiO 2 ) produced by the above-described method is characterized in that a mono-layer of platinum oxide surrounds the gold nanocrystalline core to form gold / platinum nanocrystals, Gold / platinum oxide nanocrystals may be included. In particular, the gold / platinum oxide nanocrystals may be concentrated at the center of the silica nanosphere rather than near the shell, preferably gold and platinum may be present in a molar ratio of 1: 1 to 4: 1, more preferably 1: 1 have.

상기 금/산화백금 나노결정은 잘 녹지 않는 산화백금 -수화물(hydroxide)이나 산화물이 금 나노결정이 형성됨과 동시에 부분적으로 산화된 표면에 부착되어 형성되는 것이며, 이러한 금/산화백금나노결정 형성 메커니즘은 염기성 용액에서 큰 지지체 물질에 귀금속 이온이 부착되는 현상인 흡착-침전(deposition-precipitation, DP) 과정과 유사하다.The gold / platinum oxynitride nanocrystals are formed by the formation of gold nanoparticles, which are formed by the formation of gold nanocrystals and the partially oxidized surfaces. This is similar to the deposition-precipitation (DP) process, which is the phenomenon that noble metal ions attach to large support materials in a basic solution.

제2 나노입자(AuPt@SiOThe second nanoparticles (AuPt @ SiO 22 ) 제조 단계) Manufacturing steps

본 발명의 제조방법은 상기 상기 제1 나노입자를 어닐링(annealing) 열처리하여 실리카 나노 구의 내부에 금-백금의 합금 결정을 포함하는 제2 나노입자(AuPt@SiO2) 제조 단계를 포함할 수 있다.The manufacturing method of the present invention may include a step of annealing the first nanoparticles to prepare second nanoparticles (AuPt @ SiO 2 ) containing gold-platinum alloy crystals in the silica nanosphere .

상기 어닐링 과정은 금속을 가열하여 서서히 상온으로 냉각시키는 일련의 조작을 일컬으며, 본원발명에서는 상기 금 및 백금이 어닐링 과정을 통해 열적으로 환원되어 합금화된 금속 나노결정으로 변화된다. 또한 어닐링 과정의 가열로 인하여 계면활성제가 분해된다.The annealing process is a series of operations in which the metal is slowly heated to a room temperature. In the present invention, the gold and platinum are thermally reduced through the annealing process and converted into alloyed metal nanocrystals. Also, the heating of the annealing process causes the surfactant to decompose.

상기 어닐링의 최종 온도는 100 내지 600℃, 바람직하게는 100 내지 500℃, 더욱 바람직하게는 450 내지 550℃일 수 있다. 특히 최종 온도가 500℃인 경우 촉매 활성이 가장 뛰어나다.The final temperature of the annealing may be 100 to 600 占 폚, preferably 100 to 500 占 폚, and more preferably 450 to 550 占 폚. Especially, when the final temperature is 500 ° C, the catalyst activity is most excellent.

어닐링은 본 발명은 환원성 가스 또는 공기 중에서 수행될 수 있으며, 바람직하게는 상기 환원성 가스는 아르곤(Ar), 네온(Ne) 및 헬륨(He)으로 이루어진 군에서 선택된 1 이상의 기체 및 수소(H2)를 사용할 수 있고, 바람직하게는 아르곤 및 4%의 수소 기체를 사용할 수 있다. 통상적으로는 공기 중에서 산화가 일어나므로 공기 중 어닐링이 어려우나, 본원발명의 나노입자는 공기 중에서 어닐링되는데, 상기 금 나노결정 코어 표면에 흡착된 산화백금의 환원은 실리카 나노 구 내의 계면활성제, 특히 PEG를 포함하는 계면활성제가 환원제로서 작용하여 전자를 제공하여 이루어질 수 있다. 이때 어닐링 과정을 위한 가열로 인하여 계면활성제는 분해되므로 실리카 제거 시 표면에 계면활성제를 포함하지 않은 깨끗한 나노결정을 얻을 수 있다.The annealing may be performed in a reducing gas or air. Preferably, the reducing gas is at least one gas selected from the group consisting of argon (Ar), neon (Ne) and helium (He) , Preferably argon and 4% hydrogen gas may be used. The nanoparticles of the present invention are annealed in the air. The reduction of the platinum oxide adsorbed on the surface of the gold nanocrystalline core may be caused by the presence of a surfactant in the silica nanoparticles, especially PEG The surfactant may be provided by acting as a reducing agent to provide electrons. Since the surfactant is decomposed due to the heating process for the annealing process, clean nanocrystals containing no surfactant on the surface of silica can be obtained.

특히 공기 중 어닐링한 경우 환원성 가스 환경에서 어닐링 한 것에 비하여 실리카 쉘 내에 생기는 여분의 백금 나노결정 형성이 억제되어, 금-백금 합금 나노결정만을 단독으로 합성할 수 있다. In particular, in air annealing, extra platinum nanocrystals formed in the silica shell are suppressed as compared with annealing in a reducing gas environment, so that only gold-platinum alloy nanocrystals can be synthesized singly.

상기 제2 나노입자의 실리카 제거 단계The step of removing the silica of the second nanoparticle

본 발명의 제조방법은 상기 제2 나노입자에서 실리카를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.The manufacturing method of the present invention may include removing silica from the second nanoparticles.

상기 제2 나노입자에서 금-백금 합금 나노결정은 실리카로부터 분리될 수 있으며, 바람직하게는 상기 어닐링 과정의 가열 처리에 의하여 계면활성제가 제거된 형태로 분리될 수 있다. 실리카를 제거하는 방법은 당업계에서 사용되는 통상의 방법을 모두 포함하며, 바람직하게는, 산 용액으로 처리 또는 염기성 용액으로 처리하는방법으로, 더욱 바람직하게는 하이드로플루오르산(hydrofluoric acid, HF) 또는 수산화소듐(sodium hydroxide)을 처리하여 제거할 수 있다.In the second nanoparticle, the gold-platinum alloy nanocrystals may be separated from the silica, and preferably the surfactant is removed by heat treatment in the annealing process. The method of removing silica includes all the conventional methods used in the art, preferably by a treatment with an acid solution or a treatment with a basic solution, more preferably by hydrofluoric acid (HF) or It can be removed by treatment with sodium hydroxide.

특히 제2 나노입자와 탄소 지지체를 혼합한 후에 실리카를 제거하여, 금-백금 합금 나노결정(AuPt/C)이 탄소 지지체에 담지된 나노구성체를 제조할 수 있으며, 본원발명의 나노입자는 계면활성제가 없어 표면이 깨끗하여, 나노입자 및 지지체 간의 정전기적 인력에 의하여 잘 분산된 형태로 탄소 지지체에 올릴 수 있다.Particularly, after mixing the second nanoparticles with the carbon support, the silica is removed to prepare a nanocomposite in which gold-platinum alloy nanocrystals (AuPt / C) are supported on a carbon support. The nanoparticles of the present invention can be used as a surfactant So that the surface is clean and can be deposited on the carbon support in a well dispersed form by the electrostatic attraction between the nanoparticles and the support.

바람직하게는 상기 상기 탄소 지지체는 한정되지 않으나 카본 블랙, 그래핀 및 환원 그래핀옥사이드(RGO)로 이루어진 군에서 선택된 1 이상을 사용할 수 있으며, 상기 방법에 의해 제조된 나노구성체는 금-백금/탄소 나노구성체일 수 있다.Preferably, the carbon support is not limited, but at least one selected from the group consisting of carbon black, graphene and reduced graphene oxide (RGO) can be used, and the nanostructures produced by the above method can be used as gold- Lt; / RTI >

본 발명의 또 다른 일 예는 금 전구체, 백금 2가 전구체 및 실리카 나노구와 함께 산화철을 추가로 포함하여 산화철 나노입자 및 금-백금 합금의 나노결정(AuPt)을 포함하는 혼성 나노입자(AuPt/Fe3O4)를 제조하는 방법을 포함한다.Another example of the present invention is a method for preparing a composite nanoparticle (AuPt / Fe (II)) containing iron oxide nanoparticles and gold-platinum alloy nanoparticles (AuPt), further comprising iron oxide together with a gold precursor, 3 O 4 ).

바람직하게는, 상기 제조방법은 금 전구체 및 산화백금 전구체를 포함하는 에멀젼, 실리카 전구체, 및 산화철 나노입자를 혼합하여, 실리카 나노 구의 내부에 산화철 나노입자와 금 및 산화백금을 포함하는 구조를 갖는 제1 혼성 나노입자 ([Au/Pt2+/Fe3O4]@SiO2)를 제조하는 단계; 상기 제1 혼성 나노입자를 어닐링 열처리하여 산화철 나노입자와 금-백금의 합금 결정을 포함하는 제2 혼성 나노입자((AuPt/Fe3O4)@SiO2)를 제조하는 단계; 및 상기 제2 혼성 나노입자에서 실리카를 제거하는 단계를 포함하는, 산화철 나노입자와 금-백금 합금의 나노결정(AuPt)를 포함하는 혼성 나노입자의 제조방법일 수 있다.Preferably, the method comprises mixing an emulsion comprising a gold precursor and a platinum oxide precursor, a silica precursor, and iron oxide nanoparticles to form a silica nanosphere having a structure containing iron oxide nanoparticles, gold and platinum oxide 1 mixed nanoparticles ([Au / Pt 2+ / Fe 3 O 4 ] @SiO 2 ); Annealing the first hybrid nanoparticles to prepare second hybrid nanoparticles (AuPt / Fe 3 O 4 ) @SiO 2 containing iron oxide nanoparticles and gold-platinum alloy crystals; And a step of removing silica from the second hybrid nanoparticles, wherein the mixed nanoparticles are composed of iron oxide nanoparticles and gold nanoparticles of gold-platinum alloy (AuPt).

상기 제1 산화철 나노입자([(Au/Pt2 +)/Fe3O4]@SiO2)는 상기 실리카 나노 구에 상기 금/산화백금 나노결정 및 산화철이 부착되어 포함되어 있고, 상기 금/산화백금 나노결정은 금 나노결정 코어 및 금 나노결정 코어를 둘러싼 산화백금의 단원자층을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 금/산화백금 나노결정은 산화철 표면에 분산된 형태로 부착된 것일 수 있다.The first iron oxide nanoparticles ([(Au / Pt 2 + ) / Fe 3 O 4 ] @ SiO 2 include the gold / platinum nanocrystals and iron oxide adhered to the silica nanorods, The platinum oxide nanocrystals may comprise a gold nanocrystalline core and a mono-layer of platinum oxide surrounding the gold nanocrystalline core. Preferably, the gold / platinum oxide nanocrystals may be attached in a dispersed form on the iron oxide surface.

상기 방법에 의하여 제조된 산화철 혼성 나노입자는 계면활성제가 없는 금속 촉매가 금속 산화물 지지체 위에 고정되어 있는 구조의 헤테로정션(heterojunction)을 갖는다.The iron oxide hybrid nanoparticles prepared by the above method have a heterojunction structure in which a metal catalyst without a surfactant is fixed on a metal oxide support.

상기 실리카를 제거하는 단계에서, 제2 혼성 나노입자와 탄소 지지체를 혼합한 후에 실리카를 제거하여, 탄소 지지체에 담지된 혼성 나노입자를 얻을 수 있으며, 바람직하게는 상기 탄소 지지체는 카본 블랙, 그래핀 및 환원 그래핀옥사이드(RGO)로 이루어진 군에서 선택된 1 이상이다. 바람직하게는 상기 제조방법에 의하여 금-백금/산화철/환원 그래핀옥사이드(Reduced grapheme oxide, RGO) 나노구성체를 제조할 수 있다. In the step of removing the silica, the mixed nanoparticles and the carbon support may be mixed and then the silica may be removed to obtain the hybrid nanoparticles carried on the carbon support. Preferably, the carbon support is carbon black, And reduced graphene oxide (RGO). Preferably, gold-platinum / iron oxide / reduced grapheme oxide (RGO) nanostructures can be prepared by the above-described preparation method.

상기 금-백금/산화철/RGO 나노구성체는, 상기 제2 나노입자에서 실리카를 제거하는 단계에서 GO를 추가로 포함하여 제조할 수 있으며, 바람직하게는 상기 실리카 제거 단계에서 하이드로플루오르산 및 GO를 포함하는 용액에 침전시켜 금-백금/산화철/GO 나노구성체를 제조하는 단계; 및 상기 금-백금/산화철/GO 나노구성체를 하이드라진(hydrazine, NH2NH2) 용액에 반응하는 단계를 포함하여 금-백금/산화철/RGO 나노구성체를 제조할 수 있다.The gold-platinum / iron oxide / RGO nanocomposite may be prepared by further comprising GO in the step of removing silica from the second nanoparticles. Preferably, the gold-platinum / iron oxide / RGO nanocomposite includes hydrofluoric acid and GO To prepare a gold-platinum / iron oxide / GO nanocomposite; And reacting the gold-platinum / iron oxide / GO nanocomposite with a hydrazine (NH2NH2) solution to produce a gold-platinum / iron oxide / RGO nanocomposite.

상기 금-백금/산화철/RGO 나노구성체는 금-백금/산화철에 비하여 전기화학적 활성 표면 영역(electrochemically active surface area, ECSA)가 매우 우수하며(실시예 8.1), 이는 추가된 RGO에 의해 지지체의 전기적 전도성이 증가한 것에서 기인한다. 또한 AuPt/ Fe3O4는 그래핀옥사이드(GO) 작용기와의 코디네이션으로 인하여 다수의 작용기 위치마다 나노입자가 올라가 잘 분산된 형태로 지지체에 올려질 수 있다.The gold-platinum / iron oxide / RGO nanocomposite has a much better electrochemically active surface area (ECSA) than gold-platinum / iron oxide (Example 8.1) This is due to the increased conductivity. In addition, AuPt / Fe 3 O 4 can be loaded on the support in the form of well-dispersed nanoparticles rising at a number of functional sites due to coordination with graphene oxide (GO) functional groups.

상기 나노결정 제조방법에 대한 구체적 사항은 금-백금 합금 및 산화철의 혼성 나노입자 또는 이를 포함하는 나노구성체의 제조방법에 적용될 수 있다.The details of the nanocrystal production method can be applied to a hybrid nanoparticle of gold-platinum alloy and iron oxide or a method of manufacturing a nanocomposite containing the same.

본 발명의 또 다른 일 예는 상기 제조방법에 의하여 제조된 금-백금 합금 나노결정 또는 금-백금 합금 및 산화철의 혼성 나노입자; 및 이들을 포함하는 전기화학적 촉매를 포함한다.Another example of the present invention is a mixed nanoparticle of a gold-platinum alloy nanocrystal or a gold-platinum alloy and iron oxide produced by the above production method; And electrochemical catalysts comprising them.

본 발명에 따른 나노결정 또는 산화철 혼성 나노입자는 상기 제조방법 중 어닐링 단계에 의하여 계면활성제 등이 분해되어 금과 백금이 합금된 나노결정을 포함하며, 표면에 계면활성제를 포함하지 않는다. 본 발명에 따른 나노결정 또는 산화철 혼성 나노입자는 기존의 Pt/C 촉매에 비하여 훨씬 우수한 전기화학적 촉매 활성이 있다(실시예 8). The nanocrystalline or iron oxide hybrid nanoparticles according to the present invention include nanocrystals in which gold and platinum are alloyed with a surfactant or the like by decomposition of the surfactant by an annealing step in the above manufacturing method and do not contain a surface active agent. The nanocrystal or iron oxide hybrid nanoparticles according to the present invention have much better electrochemical catalytic activity than the conventional Pt / C catalyst (Example 8).

상기 제조방법에 대한 구체적 사항은 나노결정 또는 혼성 나노입자 또는이들을 포함하는 전기화학적 촉매에 적용될 수 있다.The details of the above production method can be applied to nanocrystals or hybrid nanoparticles or electrochemical catalysts containing them.

본 발명의 제조방법에 의하면, 기존의 백금 촉매에 비하여 우수한 전기화학적 촉매 활성을 지니는 금-백금 합금 나노결정을 제조할 수 있으며, 이는 계면활성제를 제거하는 과정을 필요로 하지 않아 이로 인해 발생할 수 있는 신터링(sintering)이나 변형으로 인해 촉매적 활성이 감소하는 우려 없이 금-백금 합금 나노결정을 제조할 수 있다.According to the production method of the present invention, it is possible to produce gold-platinum alloy nanocrystals having superior electrochemical catalytic activity as compared with the conventional platinum catalysts, which does not require the step of removing the surfactant, Gold-platinum alloy nanocrystals can be produced without fear of sintering or deformation resulting in reduced catalytic activity.

본 발명의 제조방법에 따른 금-백금 합금 나노결정은 촉매로 사용될 경우 표면에 계면활성제를 포함하지 않고 노출되어 있어 반응물이 용이하게 접근할 수 있어 우수한 전기화학적 촉매 활성이 있다.When the gold-platinum alloy nanocrystals according to the present invention are used as a catalyst, the surface of the gold-platinum alloy nanocrystal is exposed without containing a surfactant, so that the reactants can be easily accessed and have excellent electrochemical catalytic activity.

본 발명의 제조방법에 따른 금-백금 합금 나노결정은 탄소 지지체에 담지되어 촉매-금속산화물-탄소지지체의 트리플 정션으로 인하여 산에 대한 촉매의 안정성이 우수하며 촉매 성질이 향상될 수 있다.The gold-platinum alloy nanocrystals of the present invention can be supported on a carbon support to improve the stability of the catalyst to an acid due to the triple junction of the catalyst-metal oxide-carbon support and improve the catalytic properties.

도 1은 본원발명의 제조방법에 따른 금-백금 합금 나노결정 및 금-백금/탄소 나노구성체를 합성하는 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본원발명의 제조방법에 따른 금-백금/산화철 나노입자 및 금-백금/산화철/RGO 나노구성체를 합성하는 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3는 (Au/Pt2 +)@SiO2 나노구형의 (a) 투과전자현미경 이미지, (b) Au(빨간색)과 Pt(파란색)의 에너지분산형 X선 원자 지도 및 (c) (Au/Pt2 +)@SiO2 나노구형의 Ar + 4% H2 기체 흐름 하에서 다양한 온도로 어닐링 전과 후의 X 선 회절 패턴을 나타낸 것이다.
도 4는 Au/Pt2 +나노입자의 (a) 고분해능 투과전자현미경 이미지, (b) 주사터널링전자현미경의 에너지분산형 X선 원자 라인프로파일 및 (c) 광전자분광 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 5는 Na2PtCl4나 HAuCl4를 넣지 않고 만든 (a) Au@SiO2와 (b) SiO2/Pt2 + 나노구형의 투과전자현미경과 에너지분산형 원소 지도 이미지이다.
도 6은 HAuCl4와 Na2PtCl4를 역 마이크로에멀전 용액에 (a) 암모니아(NH4OH), (b) 수산화소듐 용액(NaOH solution), (c) 염기를 넣지 않은 것 각각을 넣고 반응한 투과전자현미경 이미지, Au(빨강)과 Pt(초록)의 에너지 분산형 X선 지도와 에너지분광분석 결과이다.
도 7은 (Au/Pt2 +)@SiO2 나노구형을 환원적 가스 환경에서 100 °C로 어닐링한 입자에서 얻은 나노결정의 (a) 투과전자현미경, (b) 에너지분산형 X선 라인프로파일 및 (c) X선 광전자분광 스펙트라를 나타낸 것이다.
도 8은 500 °C 에서 환원적 어닐링 한 (Au/Pt2 +)@SiO2의 (a) 투과전자현미경 이미지, (b) 주사터널링전자현미경의 에너지분산형 X선 원자 라인프로파일, 고분해능 투과전자현미경 이미지(삽도) 및 (c) 광전자분광 스펙트라를 나타낸 것이다.
도 9는 (a) (Au/Pt2 +)@SiO2 나노구형의 공기 중 다양한 온도에서 어닐링 전 과 후의 X 선 회절 패턴이고, 나노구형의 200 °C 에서 공기 중 어닐링 된 (Au/Pt2+)@SiO2 로부터 얻어진 AuPt 나노결정의 (b) 투과전자현미경 (c) 주사터널링전자현미경의 에너지분산형 X선 원자 라인프로파일 및 (d) X선 광전자분광 스펙트라를 나타낸 것이다.
도 10은 AuPt/C 시리즈와 사용화 된 Pt/C의 주사속도 50 mV s-1로 N2 포화된 0.5 M 포름산 + 0.5 M 황산 용액에서 얻어진 질량 표면적당 정방향 주사 결과를 나타낸 것이다.
도 11는 (a) Na2PtCl4, NH4OH와 IGEPAL® (b) Na2PtCl4와 NH4OH를 200 °C로 공기 중 에서 반응한 혼합물 파우더의 X선 회절패턴. (c) TEOS없이 IGEPAL®로 안정화 된 마이크로에멀전 용액에서 만든 Au/Pt2 +를 200 °C로 공기 중에서 어닐링하여 얻어진 나노결정의 X선 회절패턴과 X선 광전자분광 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 12은 (Au/Pt2 +)@SiP2 나노 입자에서 가열 온도에 따른 계면활성제의 변화를 나타낸 것이다.
도 13는 (Au/Pt2 +)@SiO2를 공기중에서 500 °C 로 어닐링 한 입자에서 얻은 Sf-AuPt 나노결정의 (a) 투과전자현미경 이미지, (b) 주사터널링전자현미경의 에너지분산형 X선 성분 라인프로파일 및 (c) X선 광전자분광 스펙트라를 나타낸 것이다.
도 14는 (a) [(Au/Pt2 +)/Fe3O4]@SiO2 나노입자의 투과전자현미경과 (삽도) 고분해능투과전자현미경 이미지, (b) (AuPt/Fe3O4)@SiO2 나노입자의 투과전자현미경 이미지, (c) (AuPt/Fe3O4)@SiO2로 부터 얻어진 AuPt/Fe3O4 나노입자의 투과전자현미경 이미지 및 (d) AuPt/Fe3O4의 주사터널링전자현미경의 에너지분산형 X선 라인프로파일을 나타낸 것이다.
도 15은 AuPt/Fe3O4/RGO 나노구성체의 투과전자현미경 이미지를 나타낸 것이다.
도 16는 AuPt/Fe3O4/RGO 나노구성체의 투과전자현미경 이미지를 나타낸 것이다.
도 17은 AuPt/Fe3O4와 AuPt/Fe3O4/RGO를 이용한 순환전류전압법으로 (a) 0.1 M H2SO4 용액, (b) 0.5 M 포름산 + 0.5 M H2SO4 용액에 N2 포화된 상태로 50mV s-1 주사속도로 얻은 전기적 전도성 및 촉매 활성을 나타낸 것이다.
FIG. 1 schematically shows a method of synthesizing a gold-platinum alloy nanocrystal and a gold-platinum / carbon nano structure according to the manufacturing method of the present invention.
FIG. 2 schematically shows a method of synthesizing gold-platinum / iron oxide nanoparticles and gold-platinum / iron oxide / RGO nanostructures according to the manufacturing method of the present invention.
FIG. 3 is a transmission electron microscope image of (Au / Pt 2 + ) @ SiO 2 nanosphere, (b) an energy dispersive X-ray atom map of Au (red) and Pt (blue) / Pt 2 + ) @ SiO 2 Nanocrystalline Ar + 4% H2 gas stream at various temperatures before and after annealing.
4 shows (a) a high-resolution transmission electron microscope image of Au / Pt 2 + nanoparticles, (b) an energy dispersive X-ray atom line profile of a scanning tunneling electron microscope, and (c) a photoelectron spectroscopy spectrum.
FIG. 5 is a transmission electron microscope and energy dispersive element map image of (a) Au @ SiO 2 and (b) SiO 2 / Pt 2 + nanospheres formed without Na 2 PtCl 4 or HAuCl 4 .
6 shows the results of the reaction between HAuCl 4 and Na 2 PtCl 4 in the reverse microemulsion solution by adding (a) ammonia (NH 4 OH), (b) sodium hydroxide solution (NaOH solution) Transmission electron microscope images, energy dispersive X-ray maps of Au (red) and Pt (green), and energy spectral analysis results.
FIG. 7 shows (a) transmission electron microscopy of (Au / Pt 2 + ) @ SiO 2 nanospheres of nanocrystals obtained from particles annealed at 100 ° C in a reducing gas environment, (b) energy dispersive X- And (c) X-ray photoelectron spectroscopy.
FIG. 8 shows (a) transmission electron microscope image of (Au / Pt 2 + ) @ SiO 2 reductively annealed at 500 ° C, (b) energy dispersive X-ray atom line profile of a scanning tunneling electron microscope, Microscope image (illustration) and (c) photoelectron spectroscopy.
Figure 9 (a) (Au / Pt 2 +) @SiO the annealing of 2 nm at various temperatures of the air before and after annealing of the rectangle and the X-ray diffraction pattern, the air at 200 ° C of the nano-sphere (Au / Pt 2 +) shows the (b) transmission electron microscope (c) of the scanning tunneling electron microscope energy dispersive X-ray line profile atom and (d) X-ray photoelectron spectroscopy spectra of nanocrystals obtained from AuPt @SiO 2.
Fig. 10 shows the results of forward scanning of mass surface area obtained from a 0.5 M formic acid + 0.5 M sulfuric acid solution saturated with N 2 at a scanning speed of 50 mV s < -1 > of the used Pt / C in the AuPt / C series.
11 shows (a) an X-ray diffraction pattern of a mixture powder of Na 2 PtCl 4 , NH 4 OH and IGEPAL® (b) Na 2 PtCl 4 and NH 4 OH reacted in air at 200 ° C. (c) X-ray diffraction pattern and X-ray photoelectron spectroscopic analysis of nanocrystals obtained by annealing Au / Pt 2 + made in microemulsion solution stabilized with IGEPAL® without TEOS at 200 ° C in air.
Figure 12 shows the change of surfactant with heating temperature in (Au / Pt 2 + ) @ SiP 2 nanoparticles.
13 is a transmission electron microscope image of (a) Sf-AuPt nanocrystals obtained from (Au / Pt 2 + ) @ SiO 2 annealed at 500 ° C in air, (b) X-ray component line profile and (c) X-ray photoelectron spectroscopy spectra.
FIG. 14 shows a transmission electron microscope image of a (Au / Pt 2 + ) / Fe 3 O 4 ] SiO 2 nanoparticles and a high-resolution transmission electron microscope image of the (AuPt / Fe 3 O 4 ) @SiO transmission electron microscope image of the second nanoparticles, (c) (AuPt / Fe 3 O 4) @SiO obtained from AuPt 2 / Fe 3 O 4 nanoparticles transmission electron microscope images, and (d) AuPt / Fe 3 O of 4 shows an energy dispersive X-ray line profile of a scanning tunneling electron microscope.
FIG. 15 shows a transmission electron microscope image of an AuPt / Fe 3 O 4 / RGO nanocomposite.
16 shows a transmission electron microscope image of an AuPt / Fe 3 O 4 / RGO nanocomposite.
17 is a cyclic voltammetry method using AuPt / Fe 3 O 4 and AuPt / Fe 3 O 4 / RGO. (A) 0.1 MH 2 SO 4 solution, (b) 0.5 M formic acid + 0.5 MH 2 SO 4 solution, 2 < / RTI > saturation with a scanning rate of 50 mV s < -1 >.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.

실시예 1. (Au/Example 1. (Au / PtPt 22 ++ )@) @ SiOSiO 22 나노입자 합성 Nanoparticle synthesis

1.1 (Au/Pt2 +)@SiO2 나노입자 합성1.1 Synthesis of (Au / Pt 2 + ) @ SiO 2 nanoparticles

역-마이크로에멀전(reverse microemulsion) 기술을 이용하여 (Au/Pt2 +)@SiO2 나노입자를 합성하였다. 둥근바닥 플라스크에 싸이클로핵산(cyclohexane) 34mL 넣고 IGEPLA CO-520® (2.0 mL)을 초음파를 이용하여 분산시켰다. 그리고 16mg mL-1 농도의 62.5 uL 사염화금수소산(HAuCl4)를 혼합 용액에 천천히 한 방울씩 넣고 그리고 투명한 용액이 되도록 섞었다. 그 후 16mg mL-1 농도의 62.5 uL 소듐테트라플래티네이트(Na2PtCl4)와 30% 암모니아 용액(NH4OH) 0.2mL 를 넣어주었다. 마지막으로 0.3mL TEOS를 넣고 15시간 반응시켰다. 반응용액에 메탄올(MeOH)을 넣고 용액에서 노란 (Au/Pt2 +)@SiO2 나노구형 침전이 생기고, 메탄올 층의 원심분리를 이용하여 응집 후 에탄올(EtOH)에 재 분산시켜 불순물을 제거하였다. 분리된 물질은 금(Au) 나노입자의 표면에 Pt2 +가 단원자층이 둘러싼 형태로서, 코어-쉘 구조 중 3.4 (±0.3) nm의 금-백금 합금 나노결정 코어와 24 nm 두께의 둥근 실리카 나노쉘로 이루어진 고체 입자를 분리하였다. (Au / Pt 2 + ) @ SiO 2 nanoparticles were synthesized using a reverse microemulsion technique. 34 mL of cyclohexane was added to a round bottom flask, and IGEPLA CO-520® (2.0 mL) was dispersed using ultrasonic waves. Then, 62.5 uL of 16 mg mL- 1 hydrochloric acid (HAuCl 4 ) was slowly added dropwise to the mixed solution and mixed to make a clear solution. Then, 62.5 uL of sodium tetraplatinate (Na 2 PtCl 4 ) at a concentration of 16 mg mL -1 and 0.2 mL of a 30% ammonia solution (NH 4 OH) were added. Finally, 0.3 mL TEOS was added and reacted for 15 hours. Methanol (MeOH) was added to the reaction solution, and yellow (Au / Pt 2 + ) @ SiO 2 nanoparticle precipitate was formed. After coagulation by centrifugation of the methanol layer, the resultant was redispersed in ethanol (EtOH) . The separated material is a form in which a monolayer of Pt 2 + is enclosed on the surface of gold (Au) nanoparticles. A gold (platinum) alloy nanocrystal core of 3.4 (± 0.3) nm and a 24 nm thick round silica The solid particles consisting of nanoshells were separated.

1.2 (Au/Pt2 +)@SiO2 나노입자 관찰1.2 Observation of (Au / Pt 2 + ) @ SiO 2 nanoparticles

상기 분리된 나노입자를 전자현미경(transmission electron microscopy, TEM) 및 주사터널링전자현미경(scanning tunneling electron microscopy, STEM)을 이용하여 관찰하였고, X-레이 회절패턴(XRD) 분석하ㅎ고 그 결과를 각각 순서대로 도 3a 내지 3d에 나타내었다. The separated nanoparticles were observed by transmission electron microscopy (TEM) and scanning tunneling electron microscopy (STEM), and analyzed by X-ray diffraction (XRD) Are shown in Figs. 3A to 3D in order.

도 3a 및 3b를 보면, TEM 또는 STEM을 이용한 원소지도 분석에서 금과 백금이 나노구형의 중심부에 밀집되어 있고 특히 금과 백금이 같은 몰 비율로 분포된 것을 확인하였다. EDS 자료를 바탕으로 할 때 실리카를 제거하기 전 후로 금과 백금의 원소비율은 각각 56:44 및 61:39로서, 백금이 실리카 수레이 아닌 코어 나노입자 근처에 분포된 것을 확인할 수 있다.3A and 3B, elemental map analysis using TEM or STEM showed that gold and platinum were concentrated in the center of nanoparticles, and gold and platinum were distributed in the same mole ratio. Based on the EDS data, the elemental ratios of gold and platinum were 56:44 and 61:39, respectively, before and after removal of silica, confirming that platinum was distributed near the core nanoparticles rather than the silica water-ray.

도 3c의 XRD는 넓은 회절 피크로 면심입박(Face-centered cubic, fcc) 구조의 금의 상과 상관관계를 나타내었고, 이는 AuCl4가 매우 작은 결정의 금 결정으로 환원된 것을 나타낸다. 이는 PEG를 갖는 계면활성제인 IGEPLA 에 의해 생성된 것으로 보인다The XRD of FIG. 3c shows a correlation with the gold phase of a face-centered cubic (fcc) structure with a broad diffraction peak, indicating that AuCl 4 is reduced to gold crystals of very small crystals. It appears to be produced by IGEPLA, a surfactant with PEG

1.3 나노입자 내 코어 구조 확인1.3 Identification of Core Structure in Nanoparticles

상기 나노입자 내 코어의 구조를 확인하기 위하여, 나노입자에서 실리카로부터 중심을 추출하여 고해상도 TEM과 에너지분산형 x-레이를 이용한 라인프로파일링(line-prolfiling)분석을 실시하였고, 그 결과를 도 4a 및 4b에 나타내었다. 그 결과 코어 나노결정은 금 나노결정 코어에 백금이 풍부한 비결정성 백금이 풍부한 쉘로 이루어졌음을 확인하였으며, 바깥 쉘의 두께는 약 0.34nm로 백금 원자 지름과 유사하여 단원자 층으로 둘러싼 것을 확인하였다. In order to confirm the structure of the core in the nanoparticles, the center of the nanoparticles was extracted from silica and subjected to line-prolfiling analysis using high-resolution TEM and energy dispersive x-ray. And 4b. As a result, it was confirmed that the core nanocrystals consisted of platinum-rich amorphous platinum-rich shells in the gold nanocrystal core. The thickness of the outer shell was about 0.34 nm, which was similar to the platinum atomic diameter and was surrounded by a mono-layer.

또한, X-레이 광전자분광법(XPS) 분석을 실시하여, 코어 영역에 존재하는 금은 0가 및 +3가이고, 그 주위를 둘러싸고 있는 백금은 산화상태가 대부분 2+ 인 것으로 확인하였다. Further, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis was carried out to confirm that gold in the core region is 0-valence and +3-valence, and platinum surrounding the periphery thereof is mostly 2+ in oxidation state.

이를 통하여 본원방법에 의하여 (Au/Pt2 +)@SiO2가 형성될 때, 실리카 내부의 Au/Pt2+ 나노결정은 일부 산화된 금 나노결정 코어와 이를 단원자층으로 둘러싸고 있는 +2가의 백금으로 이루어진 것을 알 수 있다.By the present method through which (Au / Pt 2 +) @SiO when the two are formed, Au / Pt 2+ nanocrystals within the silica is partially oxidized gold nanocrystal core and a +2 valence that it surrounds a section jacheung platinum . ≪ / RTI >

실시예Example 2. 금 또는 백금 유무에 따른 나노입자 합성 2. Synthesis of nanoparticles with or without gold or platinum

실시예 1.1과 동일한 방법으로 제조하되, 나노입자 (Au/Pt2 +)@SiO2를 합성시 Na2PtCl4 또는 HAuCl4를 배제하여 Pt 및 Au의 필요성을 비교하였다.The preparation of nanoparticles (Au / Pt 2 + ) @ SiO 2 was carried out in the same manner as in Example 1.1 except that Na 2 PtCl 4 or HAuCl 4 was excluded to compare the necessity of Pt and Au.

제조된 대조군 나노입자를 전자현미경(transmission electron microscopy, TEM) 및 에너지분산형 엑스레이를 이용하여 관찰하였다. The prepared control nanoparticles were observed using transmission electron microscopy (TEM) and energy dispersive X-ray.

Na2PtCl4를 넣지 않고 만든 금 단독성분만을 포함하는 Au@SiO2 나노입자를 도 5a에 나타내었고, HAuCl4를 넣지 않고 제조한 백금 단독성분만을 포함하는 SiO2/Pt2 + 나노입자를 도 5b에 나타내었다. 도 5a 및 5b에 나타낸 결과와 같이, 나노입자에서 환원된 금 나노결정이 코어를 이루거나 백금이 실리카 전반부에 퍼져 있는 것을 확인할 수 있었다.Na 2 PtCl showed an Au @ SiO 2 nanoparticles containing only gold sole component made without adding 4 to the Figures 5a, the SiO 2 / Pt 2 + nanoparticles containing only one platinum only component prepared without putting the HAuCl 4 5b. As shown in FIGS. 5A and 5B, it was confirmed that the gold nanocrystals reduced in the nanoparticles form a core or platinum spreads in the first half of the silica.

실시예Example 3. 염기성 용액 유무에 따른 나노입자 합성 3. Synthesis of nanoparticles with and without basic solution

상기 실시예 1.1과 동일한 방법으로 제조하되, 나노입자 (Au/Pt2 +)@SiO2를 합성시 암모니아 용액 또는 수산화나트륨 용액을 포함하는 경우 및 염기성 용액을 포함하지 않고 제조하여 나노입자 제조 시 염기성 용액의 필요성을 비교하였다.The nanoparticles (Au / Pt 2 + ) @SiO 2 were produced in the same manner as in Example 1.1, except that they contained ammonia solution or sodium hydroxide solution and no basic solution, The need for solution was compared.

제조된 나노입자를 에너지 분산형 X 선 지도와 에너지 분광분석을 하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다. The prepared nanoparticles were subjected to energy dispersive X-ray mapping and energy spectral analysis, and the results are shown in FIG.

암모니아 용액 또는 수산화나트륨과 같은 염기성 용액을 포함한 경우 모두 Au/Pr2+ 나노결정이 형성된 것을 확인할 수 있었으나(도 6a 및 6b), 염기성 용액을 포함하지 않은 경우에는(도 6c) 표면에 백금 2+가가 거의 나타나지 않는 것을 확인하였으며, 이를 통하여 Au/Pt2 + 나노 결정은 금 나노 결정이 형성됨과 동시에 잘 녹지 않는 Pt2 +수화물이나 산화물이 부분적으로 산화된 표면에 붙는 것임을 확인할 수 있었다.6A and 6B). In the case of not containing a basic solution (FIG. 6C), it was confirmed that Au / Pr 2+ nanocrystals were formed on the surface of platinum 2+ It was confirmed that the Au / Pt 2 + nanocrystals were formed on the partially oxidized surface while the gold nanocrystals were formed and the poorly soluble Pt 2 + hydrates or oxides were attached to the partially oxidized surface.

실시예Example 4. AuPt@SiO 4. AuPt @ SiO 22 나노입자 제조 Nanoparticle manufacturing

4.1 Ar+4% H2 기체 하에서의 어닐링4.1 Ar + 4% H 2 gas annealing under

실시예 1에서 IGEPLA®를 계면활성제로 사용하여 제조된 (Au/Pt2 +)@SiO2 나노입자 파우더를 튜브 퍼니스(furnace)에서 5min-1의 가열속도로 5시간 동안 Ar+4%H2의 기체 하에서 최종 온도 100℃, 200℃, 및 500℃ 에서 환원적으로 아닐링하였다. (Au / Pt 2 + ) @ SiO 2 nanoparticle powder prepared using IGEPLA ® as a surfactant in Example 1 was heated in a tube furnace at a heating rate of 5 min -1 for 5 hours with Ar + 4% H 2 Lt; RTI ID = 0.0 > 100 C, < / RTI >

상기 어닐링된 산물을 투과전자현미경(TEM), 에너지분산형 X선 라인프로파일 및 X선 광전자분광 스펙트라(XPS)를 이용하여 분석하였다.The annealed product was analyzed using transmission electron microscopy (TEM), energy dispersive X-ray line profile and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).

100℃에서 아닐링한 후 코어를 추출하여 Au/Pt2 +를 분석한 결과를 도 7a 내지 7c에 나타내었고, 풍부한 금으로 이루어진 코어, 풍부한 백금으로 이루어진 쉘을 가지는 합금화된 금속 나노결정인 것을 확인하였다. 200℃에서 아닐링 한 후 분석한 결과는 도 3c에 나타내었고, 백금의 신호가 강하고 실리카 쉘 안에 백금 나노결정이 생긴 것을 확인하였고, 500에서 아닐링 한 경우에는 금-백금 합금과 백금 나노결정이 무작위로 혼합된 형태로 나타났으며 가열로 인하여 계면활성제가 제거되었음을 확인하였다(도 8a 내지 8c)The results of Au / Pt 2 + analysis of the core after annealing at 100 ° C are shown in FIGS. 7a to 7c. It is confirmed that the core is an alloyed metal nanocrystal having a core of rich gold and a shell of rich platinum Respectively. The result of analysis after annealing at 200 ° C is shown in FIG. 3c. Platinum signal is strong and platinum nanocrystal is formed in the silica shell. When 500 annealing is performed, gold-platinum alloy and platinum nanocrystal And it was confirmed that the surfactant was removed due to the heating (Figs. 8A to 8C)

4.2 공기 중 아닐링 효과4.2 Annealing Effect in Air

실시예 1에서 IGEPLAL®를 계면활성제로 사용하여 제조된 (Au/Pt2 +)@SiO2 나노입자를 공기중에서 100, 200, 300, 400, 500의 온도로 어닐링하였다.(Au / Pt 2 + ) @ SiO 2 nanoparticles prepared using IGEPLAL® as a surfactant in Example 1 were annealed in air at temperatures of 100, 200, 300, 400, 500.

상기 어닐링한 결과의 투과전자현미경을 이용하여 분석한 결과를 도 9에 나타내었다. 특히 200에서 면심입방의 금속상 회절 신호가 크게 증가한 것을 확인하였다. 이는 200에서 환원된 금속의 결정성면이 자란 것을 의미한다. TEM, HRTEM 및 XPS 분석에서도 금 및 백금의 전구체가 공기중에서 온도가 200일 때 환원되는 것을 확인하였고, 이때 금/백금 나노결정은 금-백금 합금 나노결정으로 변하였으며 이때 둥근 형태 및 크기(3.7±0.3nm)에는 큰 변화가 없었다. 또한 계면활성제는 가열로 인하여 제거되었다(도 9).The results of the analysis using the transmission electron microscope as a result of annealing are shown in FIG. Particularly, it was confirmed that the metal-phase diffraction signal at the face-centered cubic plane greatly increased at 200 nm. This means that the crystalline surface of the reduced metal at 200 is grown. In the TEM, HRTEM and XPS analyzes, it was confirmed that the gold and platinum precursors were reduced in air at a temperature of 200, and the gold / platinum nanocrystals changed to gold-platinum alloy nanocrystals. 0.3 nm). The surfactant was also removed by heating (Fig. 9).

특히 공기 중 어닐링한 경우 환원성 가스 환경에서 어닐링 한 것에 비하여 실리카 쉘 내에 생기는 여분의 백금 나노결정 형성이 억제되어, 금-백금 합금 나노결정만을 단독으로 합성할 수 있는 것을 확인하였다. In particular, when annealed in the air, formation of extra platinum nanocrystals in the silica shell was suppressed as compared with annealing in a reducing gas environment, and it was confirmed that only gold-platinum alloy nanocrystals could be synthesized singly.

4.3 계면활성제 유무에 따른 공기 중 아닐링 효과4.3 Effect of air annealing with and without surfactant

실리카 나노구 내 계면활성제가 공기 중 아닐 링을 가능하게 한 것으로 가정하고, 상기 실시예 1의 나노입자를 Na2PtCl4, 암모니아 및 계면활성제(IGEPAL)을 포함한 경우, 계면활성제를 포함하지 않고 Na2PtCl4 및 암모니아만을 포함한 경우, 및 IGEPAL®에 의해 안정화된 마이크로에멀전에 TEOS 없는 상태의 금/산화백금 나노결정을 공기중에서 200 ℃로 가열하였다. 상기 Na2PtCl4 및 암모니아는 수용액 상태로 혼합한 후 건조하여 파우더로 제조한 후 공기중에서 어닐링하였다.Assuming that the surfactant in the silica nanospheres enabled air annealing, when the nanoparticles of Example 1 were composed of Na2PtCl4, ammonia and a surfactant (IGEPAL), only Na2PtCl4 and ammonia When present, and in the microemulsion stabilized by IGEPAL®, the gold / platinum oxide nanocrystals without TEOS were heated to 200 ° C in air. The Na2PtCl4 and ammonia were mixed in an aqueous solution and dried to prepare a powder, followed by annealing in air.

상기 결과를 XRD 분석으로 확인하였으며, IGEPAL®을 포함한 경우, 실리카 유무에 상관 없이 어닐링으로 환원되었으나(도 10 및 도 11c), IGEPAL®을 포함하지 않은 경우 Pt2 +가 환원된 것을 관찰할 수 없었다(도 11b)The above results were confirmed by XRD analysis. When IGEPAL® was included, it was reduced to annealing with or without silica (FIG. 10 and FIG. 11C), but it was not observed that Pt 2 + was reduced without IGEPAL® (Fig. 11B)

4.4 계면활성제 제거 여부 확인 4.4 Confirmation of Surfactant Removal

(Ag/Pt2+)@ SiO2 나노입자에서 계면활성제가 제거되는 온도 구간을 확인하기 위하여 열중량분석(TGA)을 실시하고 그 결과를 차례대로 도 12에 나타내었다.Performed (Ag / Pt2 +) @ SiO 2 nano thermogravimetric analysis to confirm that the temperature interval where the surfactant is removed from the particles (TGA) and the results are shown in Figure 12, in order.

도 12a에 의할 때 가열 온도가 500℃일 때 계면활성제가 급속히 제거된 것을 확인할 수 있으며, 도 12b에 의하면 중량 변화를 통하여 (Au/Pt2 +)@ SiO2 나노입자에서 계면활성제가 제거되었음을 확인하였다.12A, it can be seen that the surfactant was rapidly removed when the heating temperature was 500 ° C., and that the surfactant was removed from the (Au / Pt 2 + ) SiO 2 nanoparticles through the weight change according to FIG. Respectively.

실시예Example 5. 금-백금 합금 나노결정 제조 5. Manufacture of gold-platinum alloy nanocrystals

AuPt 나노결정을 SiO2 나노구에서 분리하기 위하여 실시예 4.2에서 공기중에서 500로 아닐링한 나노입자를 폴리프로필렌 바이알 내 5% 불산(HA)에 담그고 1시간 동안 상온에서 교반하였다. 그 후 원심분리하여 금-백금 합금 나노결정을 획득하고 다시 물에 분산시켜 원심분리를 반복하여 불순물을 제거하였다. In order to separate the AuPt nanocrystals from the SiO 2 nanoparticles, the nanoparticles annealed at 500 in air in Example 4.2 were soaked in 5% hydrofluoric acid (HA) in a polypropylene vial and stirred at room temperature for 1 hour. Thereafter, centrifugal separation was performed to obtain gold-platinum alloy nanocrystals, which were then dispersed in water and centrifuged repeatedly to remove impurities.

획득한 금-백금 합금 나노결정을 투과전자현미경, 주사터널링전자현미경의 에너지 분산형 X선 성분 라인프로파일 및 X선 광전자분광 스펙트라로 분석하였고 그 결과를 도 13에 나타내었다. 금과 백금이 높은 온도에서 확산되어 무작위로 섞여 합금화 된 것을 확인할 수 있었다.The obtained gold-platinum alloy nanocrystals were analyzed by a transmission electron microscope, an energy dispersive X-ray line profile of a scanning tunneling electron microscope, and X-ray photoelectron spectroscopy. The results are shown in FIG. It was confirmed that gold and platinum were diffused at high temperature and alloyed randomly.

실시예Example 6.  6. AuPtAuPt /C 나노구성체 제조/ C Nanostructured Fabrication

탄소 지지체에 금-백금 합금 나노결정을 고정시키기 위하여, 상기 실시예 4.2의 500 ℃로 공기 중에서 어닐링 열처리된 (Au/Pt)SiO2, 전도성 카본 블랙(Vulcan XC-72) 0.5mg mL-1 및 물 5 mg mL-1을 1시간 동안 혼합하였다. 혼합 파우더는 원심분리로 회수하고, SiO2를 제거하기 위해 5% 불산용액 1mL를 폴리프로필렌 바이알에 넣고 준비한 혼합 파우더를 넣어 1시간 동안 상온에서 혼합하였다. 결과물인 AuPt/C 나노구성체는 원심분리를 통해 얻을 수 있고, 물에2 재분산과 원심분리를 이용한 응집으로 불순물을 제거할 수 있다.(Au / Pt) SiO 2 , conductive carbon black (Vulcan XC-72) 0.5 mg mL-1 annealed in air at 500 ° C. in Example 4.2 and Water 5 mg mL-1 was mixed for 1 hour. The mixed powder was recovered by centrifugation, and 1 mL of a 5% hydrofluoric acid solution was put into a polypropylene vial to remove SiO 2 , and the prepared mixed powder was added and mixed at room temperature for 1 hour. The resulting AuPt / C nanocomposites can be obtained by centrifugation, and the impurities can be removed by agglomeration using two redispersions and centrifugation in water.

ICP-AES를 이용하여 공기 중에서 500로 어닐링한 (Au/Pt2 +)@SiO2와 AuPt/C 나노구성체의 금의 양을 측정하여 각각 0.17 및 0.11mg인 것을 확인하였으며, 이는 탄소 지지체에 고정하는 과정에서 약 35%의 AuPt 나노결정이 손실된 것을 나타낸다. 이 때 나노구성체의 AuPt 및 탄소의 무게비는 7.5:92.52였다.The amount of gold in the (Au / Pt 2 + ) SiO 2 and AuPt / C nanostructures annealed at 500 in air using ICP-AES was measured to be 0.17 and 0.11 mg, respectively, And that about 35% of the AuPt nanocrystals are lost in the process. At this time, the weight ratio of AuPt and carbon of the nanocompatible was 7.5: 92.52.

실시예Example 7. [(Au/ 7. [(Au / PtPt 22 ++ )/) / FeFe 33 OO 44 ]@] @ SiOSiO 22 나노입자Nanoparticle

7.1 [(Au/Pt2 +)/Fe3O4]@SiO2 나노입자 합성7.1 [(Au / Pt 2 + ) / Fe 3 O 4 ] @SiO 2 nanoparticle synthesis

역 마이크로에멀전(reverse microemulsion)기술을 이용하여 [(Au/Pt2+)/Fe3O4]@SiO2 나노입자를 합성하였다. 싸이클로핵산 20 mL에 IGEPAL CO-520® 4.0 mL가 분산 된 마이크로에멀전 용액에 4mg의 Fe3O4 나노입자를 넣었 다. 이때 Fe3O4 나노입자는 평균 6 nm의 올레익산(oleic acid)으로 표면이 둘러싸인Fe3O4 나노결정을 사용하였다. 16 mg mL-1 사염화금수소산 0.05 mL, 16 mg mL-1 소듐테트라플레티네이트 0.05 mL 그리고 28-30% 암모니아 용액 0.2 mL를 Fe3O4 나노입자가 들어있는 마이크로에멀전 용액에 순차적으로 한 방울씩 넣었다. 마지막으로 0.3 mL TEOS를 넣고 15시간 동안 교반하였다. 결과물인 [(Au/Pt2 +)/Fe3O4]@SiO2 나노구형은 원심분리를 이용해 얻고, 에탄올에 재분산시키고 원심분리를 이용한 응집으로 불순물을 제거하였다.[(Au / Pt 2+ ) / Fe 3 O 4 ] @SiO 2 nanoparticles were synthesized by reverse microemulsion technique. 4 mg of Fe 3 O 4 nanoparticles were placed in a microemulsion solution in which 4.0 mL of IGEPAL CO-520® was dispersed in 20 mL of cyclohexane nucleic acid. The Fe 3 O 4 nanoparticles were used as the Fe 3 O 4 nanocrystals surface enclosed by oleic acid (oleic acid) in the average 6 nm. 16 mg mL-1 0.05 mL of sodium hydrogen tetrachloride, 0.05 mL of 16 mg mL-1 sodium tetrapretinate and 0.2 mL of 28-30% ammonia solution are added sequentially to a microemulsion solution containing Fe 3 O 4 nanoparticles Respectively. Finally, 0.3 mL TEOS was added and stirred for 15 hours. The resulting [(Au / Pt 2 + ) / Fe 3 O 4 ] @ SiO 2 nanospheres were obtained by centrifugation, redispersed in ethanol and centrifuged to remove impurities.

7.2 [(Au/Pt2 +)/Fe3O4]@SiO2 나노입자 관찰7.2 [(Au / Pt 2 + ) / Fe 3 O 4 ] @SiO 2 nanoparticle observation

상기 분리된 나노입자를 투과전자현미경 및 고분해능 투과전자현미경을 이용하여 관찰하였고, 그 결과를 도 14a에 나타내었다. The separated nanoparticles were observed using a transmission electron microscope and a high-resolution transmission electron microscope, and the results are shown in FIG. 14A.

나노입자는 코어@쉘의 [(Au/Pt2 +)/Fe3O4]@SiO2 나노구형을 형성하고 이것은 6.2 (±0.5) nm의 Fe3O4 나노결정과 여러 개의 1.6 (±0.3)nm의 크기인 Au/Pt2 +의 나노결정으로 둘러싸인 혼성 코어로 실리카 나노쉘에 의해 담지되어 있는 것을 확인하였다.The nanoparticles form the [@ (Au / Pt 2 + ) / Fe 3 O 4 ] @SiO 2 nanospheres in the core @ shell, which is composed of 6.2 (± 0.5) nm Fe 3 O 4 nanocrystals and several 1.6 ) nm of Au / Pt < 2 + & gt ; , which is a mixed core surrounded by nanocrystals of Au / Pt < 2 + & gt ;.

7.3 [(Au/Pt2 +)/Fe3O4]@SiO2 나노입자 어닐링7.3 [(Au / Pt 2 + ) / Fe 3 O 4 ] @SiO 2 nanoparticle annealing

실시예 7.1에서 제조된 나노입자를 실시예 4.2과 동일한 방법으로 공기 중에서 500로 어닐링하였으며, 그 결과를 투과전자현미경을 이용하여 관찰하였다(도 14b). 도면을 살펴보면 Au/Pt2 + 나노 결정으로 둘러싸인 혼성 코어로 실리카 나노 쉘에 의해 담지되어 있는 것을 확인할 수 있다. The nanoparticles prepared in Example 7.1 were annealed in air at 500 in the same manner as in Example 4.2, and the result was observed using a transmission electron microscope (Fig. 14B). In the figure, it can be seen that the hybrid core surrounded by Au / Pt 2 + nanocrystals is supported by the silica nanoclust.

7.4 AuPt/Fe3O4 나노 구성체 합성7.4 Synthesis of AuPt / Fe 3 O 4 Nanostructures

실시예 7.1에서 제조된 [(Au/Pt2 +)/Fe3O4]@SiO2 나노입자 파우더를 5℃min-1 비율로 가열하여 500℃로 5시간 동안 박스 퍼니스에서 어닐링하여 제한된 공간의 실리카 안에서 AuPt/Fe3O4로 변화시켰다. 그 결과 얻어진 (AuPt/Fe3O4)@SiO2 나노구형의 파우더를 5 mg mL-1 농도의 용액을 3M NaOH에 섞고 40 °C로 1시간 동안 교반하여 실리카 쉘이 제거 된 AuPt/Fe3O4를 얻었다. AuPt/Fe3O4 나노구성체는 원심분리를 이용하여 응집 후 물에 재 분산하고 얻음을 반복하여 불순물을 제거하였다.[(Au / Pt 2 + ) / Fe 3 O 4 ] @ SiO 2 nanoparticle powder prepared in Example 7.1 was heated at a rate of 5 ° C. min -1 and annealed in a box furnace at 500 ° C. for 5 hours to obtain a limited space It was changed to AuPt / Fe 3 O 4 in silica. The resultant (AuPt / Fe 3 O 4 ) @SiO 2 nanosphere powder was mixed with 3M NaOH at a concentration of 5 mg mL-1 and stirred at 40 ° C for 1 hour to remove the silica shell from the AuPt / Fe 3 give a O 4. AuPt / Fe 3 O 4 nano-structure body is then agglomerated with a centrifugal separation by re-dispersion and repeating the obtaining the water to remove impurities.

상기 분리된 나노결정을 투과전자현미경 및 주사터널링전자현미경의 에너지 분산형 X선 라인프로파일을 이용하여 관찰하고 그 결과를 도 14c 및 d에 나타내었다. AuPt/Fe3O4 나노결정이 계면활성제가 없는 금속 촉매가 금속산화물 지지체 위에 고정되어 있는 구조의 헤테로정션(heterojunction)을 가진다는 것을 확인할 수 있었다.The separated nanocrystals were observed using an energy dispersive X-ray line profile of a transmission electron microscope and a scanning tunneling electron microscope, and the results are shown in FIGS. 14C and 14D. It was confirmed that AuPt / Fe 3 O 4 nanocrystals have a heterojunction structure in which a metal catalyst without a surfactant is fixed on a metal oxide support.

7.4 AuPt/Fe3O4/RGO 나노구성체 합성7.4 Synthesis of AuPt / Fe 3 O 4 / RGO nanostructures

실시예 7.1의 (AuPt/Fe3O4)@SiO2 파우더 20 mg 를 1 mg mL-1 농도의 2mL 그래핀옥사이드(GO, graphene oxide)가 잘 분산된 수용액에 넣고 1시간 동안 교반하였다. (AuPt/Fe3O4)@SiO2의 실리카를 제거하기 위해 2mL의 6M NaOH 용액을 넣고 1시간 동안 40°C로 교반하였다. 그 결과 원심분리를 이용하여 AuPt/Fe3O4/GO 고체를 얻었다.20 mg of (AuPt / Fe 3 O 4 ) @ SiO 2 powder of Example 7.1 was added to a well-dispersed aqueous solution of 2 mL of graphene oxide (1 mg mL-1) and stirred for 1 hour. To remove the silica of (AuPt / Fe 3 O 4 ) @ SiO 2 , 2 mL of 6M NaOH solution was added and stirred at 40 ° C for 1 hour. As a result, AuPt / Fe 3 O 4 / GO solids were obtained by centrifugation.

또한 물에 분산된 1mg/ml 농도의 2ml GO에 (AuPt/ Fe3O4)@ SiO2 파우더 20mg을 넣고 1시간 동안 교반하고 6M NaOH 용액 2ml를 넣고 40℃로 1시간동안 교반하였다. 교반된 용액을 원심분리하여 AuPt/ Fe3O4가 올라간 GO를 고체상태로 용액에서 고체를 분리하고 다시 물에 분산시켜 원심분리하여 불순물이 제거 된 AuPt/ Fe3O4/GO 고체를 얻었다. 상기 고체를 2ml의 물에 분산시키고 (AuPt/ Fe3O4)@ SiO2 파우더 20mg을 넣고 1시간 동안 교반하여 AuPt/Fe3O4를 GO에 올렸다. 상기 과정을 반복하여 AuPt/ Fe3O4입자를 GO에 최대한 많이 올렸다.In addition, 20 mg of (AuPt / Fe 3 O 4 ) @ SiO 2 powder was added to 2 ml of GO having a concentration of 1 mg / ml dispersed in water, stirred for 1 hour, 2 ml of 6M NaOH solution was added and stirred at 40 ° C for 1 hour. The agitated solution was centrifuged to separate the GO from AuPt / Fe 3 O 4. The solid was separated from the solution by centrifugation. The AuPt / Fe 3 O 4 / GO solid was obtained by removing impurities. The solid was dispersed in 2 ml of water and 20 mg of (AuPt / Fe 3 O 4 ) @ SiO 2 powder was added and stirred for 1 hour to raise the AuPt / Fe 3 O 4 to GO. The above procedure was repeated to raise the AuPt / Fe 3 O 4 particles as much as possible in the GO.

GO를 환원시키기 위해, 0.642 × 10-3M N2H4·H2O 0.02mL를 2mL의 1 mg mL-1 농도 AuPt/Fe3O4/GO용액에 넣고 70 °C에서 24시간 동안 교반하여 검은 고체들로 탁한 용액을 형성하였다. 원심분리를 하여 AuPt/Fe3O4/RGO 나노구성체를 얻었으며, 물에 재 분산 과 원심분리를 이용한 응집으로 불순물을 제거하였다. In order to reduce GO, 0.02 mL of 0.642 x 10 -3 MN 2 H 4 H 2 O was added to 2 mL of 1 mg mL-1 AuPt / Fe 3 O 4 / GO solution and stirred at 70 ° C for 24 hours Black solids formed a turbid solution. The AuPt / Fe 3 O 4 / RGO nanocomposites were obtained by centrifugation, and impurities were removed by re-dispersion in water and agglomeration using centrifugation.

상기 결과물을 TEM를 이용하여 분석하였고 그 결과를 도 15에 나타내었다. 도 15을 보면, AuPt/Fe3O4 나노결정에서 뭉침 없이 균일하게 GO 표면에 고정된 것을 확인하였다. The result was analyzed using TEM, and the results are shown in Fig. 15, it was confirmed that AuPt / Fe 3 O 4 nanocrystals were immobilized on the GO surface uniformly without aggregation.

상기 AuPt/Fe3O4/GO 나노구성체를 하이드라진(hydrazine, NH2NH2) 용액에서 70 °C로 24h 반응하여 GO를 환원 시키고, 반응용액에서 분리한 고체들을 TEM, IR 및 XPS를 사용하여 분석하였다. 그 결과를 도 16 및 도 17에 나타내었고 GO가 RGO로 크기, 모양, 산화 또는 고정된 AuPt 나노결정의 분산이 큰 변화 없이 환원 되었다는 것을 확인할 수 있었다..The GO was reduced by reacting the AuPt / Fe 3 O 4 / GO nanocomposite with hydrazine (NH 2 NH 2) solution at 70 ° C for 24 h. Solids isolated from the reaction solution were analyzed using TEM, IR and XPS. The results are shown in FIG. 16 and FIG. 17, and it was confirmed that the GO was reduced in size, shape, oxidation, or immobilized AuPt nanocrystals without large change in RGO.

ICP-AES로 측정하여 (AuPt/Fe3O4)@SiO2 와 AuPt/Fe3O4/RGO의 Au양이 0.15와 0.06 mg임을 확인하였으며 이는 AuPt/Fe3O4를 RGO에 올리는 동안 약 62%의 손실이 발생했다는 것을 의미한다. AuPt/Fe3O4/RGO 나노구성체의 AuPt, Fe3O4와 RGO 비율은 6.5:50.6:42.9로 결정되었다.As measured by ICP-AES was confirmed (AuPt / Fe 3 O 4) @SiO 2 and AuPt / Fe 3 O 4 / Au that the amount of the RGO are 0.15 and 0.06 mg This medicine for increasing the AuPt / Fe 3 O 4 to RGO Which means that a loss of 62% occurred. The ratio of AuPt, Fe 3 O 4 and RGO of AuPt / Fe 3 O 4 / RGO nanostructures was determined to be 6.5: 50.6: 42.9.

실시예Example 8. 포름산 산화반응의 전기화학적 촉매 성능 측정 8. Measurement of electrochemical catalytic performance of formic acid oxidation reaction

8.1 AuPt/C 나노구성체8.1 AuPt / C nanostructures

실시예 1의 제조방법에서 Na2PtCl4 용액의 농도를 다양하게 하여 (Au/Pt2+)@SiO2 나노입자를 형성하여 그 결과로 Au:Pt 비율을 조절하여 Au56Pt44, Au63Pt37 그리고 Au83Pt17의 비율을 가지는 다양한 조성의 나노입자를 제조하였고, 실시예 6와 동일한 방법으로 AuPt/C 나노구성체를 제조하였다.(Au / Pt 2+ ) @SiO 2 nanoparticles were formed by varying the concentration of the Na 2 PtCl 4 solution in the manufacturing method of Example 1, and as a result, the Au: Pt ratio was adjusted to obtain a variety of Au56Pt44, Au63Pt37 and Au83Pt17 And an AuPt / C nanoconstructor was prepared in the same manner as in Example 6. The results are shown in Table 1. < tb >< TABLE >

제조된 나노구성체는 660C(CH Instrument) 전위가변기를 이용하여 전기화학적 측정을 하였다. 백금 선과 Ag/AgCl 전극 (3 M 염화포타슘)은 상대전극과 기준전극으로 사용했다. 유리상 탄소(glassy carbon, GC)전극 (CH Instruments, 3 mm 직경)은 기계적으로 닦고 작업전극으로 사용하였다. 각각 촉매의 수용성 분산은 15분 동안 초음파 처리하였고 유리상 탄소 봉 위에 분산의 부분을 떨어뜨린 후 공기 중에서 2시간 동안 말린 후 전기화학적 측정 전에 전극을 5 uL의 나피온(Nafion) 용액(0.05 wt%)으로 덮었다. 전압전류곡선은 N2 포화된 황산(H2SO4) 전해질 용액에서 얻고, 전압전류 측정 전 -0.01 내지 1.54 V에서 여러번 전류 순환 과정으로 전극 표면을 깨끗이 하였다.The prepared nanocomposites were subjected to electrochemical measurements using a 660C (CH Instrument) potentiometer. Platinum wire and Ag / AgCl electrode (3 M potassium chloride) were used as a counter electrode and a reference electrode. Glassy carbon (GC) electrodes (CH Instruments, 3 mm diameter) were mechanically cleaned and used as working electrodes. The aqueous dispersion of the catalyst was ultrasonicated for 15 minutes and the dispersion was dropped on a glassy carbon rod and dried in air for 2 hours. After electrochemical measurement, the electrode was immersed in 5 uL of Nafion solution (0.05 wt%), . The voltage and current curves were obtained from an N 2 saturated sulfuric acid (H 2 SO 4) electrolyte solution and the surface of the electrode was cleaned several times during the current circulation process at -0.01 to 1.54 V before the voltage current measurement.

상기 AuPt/C 시리즈와 상용화된 2.1 (± 0.3) nm 크기의 백금 나노결정이 비결정성의 탄소구형을 지지체로 가지는 Pt/C 촉매의 전기화학적 포름산 산화반응의 정방향 검사를 총 금속종의 무게로 정규화한 전류밀도를 도 10에 나타내었다. 포름산 산화반응에 대한 AuPt/C 시리즈의 전반적인 전기화학적 활성은 Pt/C에 비하여 훨썬 더 높은 전기화학적 촉매 활성을 가지는 것을 확인하였다. 이는 AuPt 합금 시스템은 종래 전기화학적 포름산 산화반응의 순수한 백금 촉매의 활성에 비해 전기화학적 촉매 활성이 증가한 것을 의미한다. The forward inspection of the electrochemical formic oxidation of the Pt / C catalyst having the amorphous carbon spherical support as the support of the Au Pt / C series of platinum nanocrystals of size 2.1 (± 0.3) nm was normalized by the weight of the total metal species A current density is shown in Fig. The overall electrochemical activity of the AuPt / C series for the formic acid oxidation reaction was confirmed to be much higher than the Pt / C electrochemical catalytic activity. This means that the AuPt alloy system has increased electrochemical catalytic activity compared to the activity of the pure platinum catalyst of conventional electrochemical formic oxidation.

8.2 AuPt/Fe3O4 나노구성체 및 AuPt/Fe3O4/RGO 나노구성체8.2 AuPt / Fe 3 O 4 nano-structure body and AuPt / Fe 3 O 4 / RGO nano-structure body

실시예 7.3의 AuPt/Fe3O4 나노 구성체 및 실시예 7.4의 AuPt/Fe3O4/RGO 나노구성체를 실시예 6과 동일한 방법으로 전기화학적 측정을 하고, 그 결과를 도 17에 나타내었다. Subjected to Example 7.3 AuPt / Fe 3 O 4 nano-structure body and Example 7.4 AuPt / Fe 3 O 4 / RGO electrochemically measured in the same manner as the nano-structure body as in Example 6 of and the results are shown in Fig.

도 17을 보면, 상기 8.1의 Pt/C의 전기화학적 촉매 활성에 비하여 매우 우수한 것을 확인할 수 있으며, AuPt/Fe3O4/RGO 나노구성체는 AuPt/Fe3O4 시스템과 비교하여 매우 큰 전기화학적 활성 표면 영역(electrochemically active surface area, ECSA)를 보여주었고, 이는 추가된 RGO에 의해 지지체의 전기적 전도성이 증가한 것을 보여준다. 이는 추가된 RGO에 의해 지지체의 전기적 전도성이 증가한 것으로부터 기인한 것으로 보인다.17, the electrochemical catalytic activity of Pt / C of 8.1 is remarkably superior to that of 8.1, and the AuPt / Fe 3 O 4 / RGO nanocompatibility is much higher than that of AuPt / Fe 3 O 4 system. Showed an electrochemically active surface area (ECSA), which shows that the electrical conductivity of the support is increased by the added RGO. This seems to be due to the increased electrical conductivity of the support by the added RGO.

8.2 AuPt/C나노구성체 및 AuPt/Fe3O4/RGO 나노구성체의 비교8.2 Comparison of AuPt / C Nanostructures and AuPt / Fe 3 O 4 / RGO Nanostructures

상기 실시예 8.1의 AuPt/C와 실시예 8.2의 AuPt/Fe3O4/RGO 촉매의 전기화학적 포름산 산화반응에 대한 질량 표면적당 활성(mass-specific activity)을 비교한 결과를 도 1a에 나타내었다. 그 결과, 두 개의 촉매는 포름산 산화 반응에서 시작 전위와 신호 위치가 약간 다르긴 하지만 전기화학적 활성으로는 비슷한 것을 알 수 있었다. Fe3O4/RGO에 올려진 AuPt의 촉매적 활성이 유지 되었다는 점으로, 포름산 산화반응의 촉매로 탄소가 아닌 지지체위에 AuPt 나노결정을 올리는 것이 효과적이라는 것을 입증하였다.The mass-specific activity of the AuPt / C of Example 8.1 versus the AuPt / Fe 3 O 4 / RGO catalyst of Example 8.2 for an electrochemical formic oxidation reaction is shown in Figure 1a . As a result, it was found that the two catalysts showed similar electrochemical activity although the starting potential and the signal position were slightly different in the formic acid oxidation reaction. The fact that the catalytic activity of AuPt deposited on Fe 3 O 4 / RGO was maintained demonstrates that it is effective to raise AuPt nanocrystals on a non-carbon support as a catalyst for the oxidation of formic acid.

AuPt/C와 AuPt/Fe3O4/RGO의 내구성은 시간대전류법(chronoamperometry)을 이용한 전기화학적 포름산 산화반응으로 측정하였으며 그 결과를 도 17b에 나타내었다. AuPt/Fe3O4/RGO의 질량 표면적당 전류밀도는 AuPt/C 촉매보다 더 높게 유지되고 그리고 전류감소는 AuPt/Fe3O4/RGO가 AuPt/C보다 더 천천히 감소하였다. 이것은 전기화학적 포름산 산화반응에서 AuPt/Fe3O4/RGO가 AuPt/C와 비교했을 때 더 증가된 내구성을 의미하고, AuPt/Fe3O4/RGO 삼중 나노구성체에서 고체 금속 산화물이 효과가 있음을 의미한다.AuPt / C and AuPt / Fe 3 O 4 of durability / RGO was measured by an electrochemical oxidation reaction of formic acid with a current time zone method (chronoamperometry). The results are shown in Figure 17b. Mass per surface area of the current density AuPt / Fe 3 O 4 / RGO is maintained higher than the AuPt / C catalyst and the current reduction was decreased more slowly than AuPt / Fe 3 O 4 / RGO is AuPt / C. This is that the electrochemical formic AuPt in oxidation / Fe 3 O 4 / RGO mean the increased durability compared to the AuPt / C, and AuPt / Fe 3 O 4 / RGO solid metal from triple nano constituent oxides effect .

Claims (24)

금 전구체 및 산화백금 전구체를 유기 용매, 계면활성제 및 염기성 용액에 혼합하여 에멀젼을 제조하는 단계;
상기 에멀젼과 실리카 전구체를 혼합하여, 실리카 나노 구의 내부에 금 및 산화백금을 포함하는 구조를 갖는 제1 나노입자((Au/Pt2+)@SiO2)를 제조하는 단계;
상기 제1 나노입자를 어닐링(annealing) 열처리하여 실리카 나노 구의 내부에 금-백금의 합금 결정을 포함하는 제2 나노입자(AuPt@SiO2)를 제조하는 단계; 및
상기 제2 나노입자에서 실리카를 제거하는 단계를 포함하는, 금-백금의 합금 나노결정(AuPt)의 제조 방법으로서,
상기 어닐링 열처리에 의하여 계면활성제가 분해되고,
상기 금-백금의 합금 나노결정은 계면활성제를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는, 제조방법.
Mixing the gold precursor and the platinum oxide precursor with an organic solvent, a surfactant, and a basic solution to prepare an emulsion;
Mixing the emulsion and the silica precursor to prepare a first nanoparticle ((Au / Pt2 +) @ SiO2) having a structure containing gold and platinum oxide inside the silica nanosphere;
Annealing the first nanoparticles to produce second nanoparticles (AuPt @ SiO2) containing gold-platinum alloy crystals within the silica nanosphere; And
A method for producing gold-platinum alloy nanocrystals (AuPt) comprising removing silica from the second nanoparticles,
The annealing heat treatment decomposes the surfactant,
Wherein said gold-platinum alloy nanocrystals do not comprise a surfactant.
제1항에 있어서, 상기 제1 나노입자((Au/Pt2 +)@SiO2)에서 상기 금 및 산화백금은, 금 나노결정 코어 및 산화백금의 단원자층이 상기 금 나노결정 코어를 둘러싼 구조로 이루어진 것인, 제조 방법.The method according to claim 1, wherein the gold and platinum oxide in the first nanoparticle ((Au / Pt 2 + ) @SiO 2 ) have a structure in which a monolayer of gold nanocrystalline core and platinum oxide surrounds the gold nanocrystalline core ≪ / RTI > 제1항에 있어서, 상기 실리카를 제거하는 단계는 산 용액으로 처리 또는 염기성 용액으로 처리하는 방법으로 수행하는 것인 제조방법. The method according to claim 1, wherein the step of removing the silica is carried out by a treatment with an acid solution or a treatment with a basic solution. 제1항에 있어서, 상기 계면활성제는 유기용매 부피를 기준으로 4.5 내지 7.0 부피%로 포함되는 것인 제조방법.The process according to claim 1, wherein the surfactant is contained in an amount of 4.5 to 7.0% by volume based on the volume of the organic solvent. 제4항에 있어서, 상기 계면활성제는 양친매성 고분자인 것인, 제조 방법. 5. The method according to claim 4, wherein the surfactant is an amphipathic polymer. 제4항에 있어서, 상기 염기성 용액은 암모니아(NH4OH), 수산화나트륨(NaOH), 및 수산화칼륨(KOH)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 용액인 것인, 제조 방법. The method of claim 4, wherein the basic solution is a method for producing it in a solution containing at least one selected from the group consisting of ammonia (NH 4 OH), sodium hydroxide (NaOH), and potassium hydroxide (KOH). 제1항에 있어서, 상기 에멀젼은 리버스-마이크로에멀젼(reverse-microemulsion) 형태인 것인, 제조방법.The method of claim 1, wherein the emulsion is in the form of a reverse-microemulsion. 제1항에 있어서, 금 전구체는 사염화금소수산(HAuCl4), 삼염화금산(AuCl3), 및 소듐사염화금산(NaAuCl4)로 이루어진 군에서 선택된 1 이상인 것인, 제조 방법.The method of claim 1, wherein the gold precursor, the method of manufacturing is at least one selected from the group consisting of hydroxyl geumso tetrachloride (HAuCl4), Keumsan trichloride (AuCl 3), and sodium tetrachloride Keumsan (NaAuCl 4). 제1항에 있어서, 상기 산화백금 전구체는 소듐플레티네이트(Na2PtCl4) 및 포타슘플레티네이트(K2PtCl4)로 이루어진 군에서 선택된 1 이상인 것인, 제조 방법. The method according to claim 1, wherein the platinum oxide precursor is at least one selected from the group consisting of sodium platinate (Na 2 PtCl 4 ) and potassium platinate (K 2 PtCl 4 ). 제1항에 있어서, 상기 실리카 전구체는, 테트라에틸 오소실리케이트(tetraethyl ortho-silicate, TEOS), 테트라메틸 오소실리케이트(tetramethyl orthosilicate, TMOS), 테트라부틸 오소실리케이트(tetrabutyl orthosilicate, TBOS), 및 테트라프로필 오소실리케이트(tetrapropyl orthosilicate)로 이루어진 군에서 선택된 1 이상인 것인, 제조 방법.The method of claim 1, wherein the silica precursor is selected from the group consisting of tetraethyl orthosilicate (TEOS), tetramethyl orthosilicate (TMOS), tetrabutyl orthosilicate (TBOS), and tetrapropyl orthosilicate Silicate, and tetrapropyl orthosilicate. 제1항에 있어서, 상기 어닐링 열처리는 최종 온도를 100 내지 600℃로 하여 이루어지는 것인, 제조 방법. The manufacturing method according to claim 1, wherein the annealing heat treatment is performed at a final temperature of 100 to 600 占 폚. 제1항에 있어서, 상기 어닐링 열처리는 환원성 가스 또는 공기 중에서 수행되는 것인, 제조 방법.The method according to claim 1, wherein the annealing heat treatment is performed in a reducing gas or air. 제1항에 있어서, 상기 실리카를 제거하는 단계에서, 제2 나노입자와 탄소 지지체를 혼합한 후에 실리카를 제거하여, 탄소 지지체에 담지된 금-백금의 합금 나노결정를 얻는 것인 제조 방법. 2. The method according to claim 1, wherein in the step of removing the silica, after the second nanoparticles and the carbon support are mixed, the silica is removed to obtain gold-platinum alloy nanocrystals supported on the carbon support. 제13항에 있어서, 상기 탄소 지지체는 카본 블랙, 그래핀, 및 환원 그래핀옥사이드(RGO)으로 이루어진 군에서 선택된 1 이상인 것인, 제조 방법.14. The method of claim 13, wherein the carbon support is at least one selected from the group consisting of carbon black, graphene, and reduced graphene oxide (RGO). 금 전구체 및 산화백금 전구체를 유기 용매, 계면활성제 및 염기성 용액에 혼합하여 에멀젼을 제조하는 단계;
상기 에멀젼, 실리카 전구체, 및 산화철 나노입자를 혼합하여, 실리카 나노 구의 내부에 산화철 나노입자와 금 및 산화백금을 포함하는 구조를 갖는 제1 혼성 나노입자 ([Au/Pt2+/Fe3O4]@SiO2)를 제조하는 단계;
상기 제1 혼성 나노입자를 어닐링 열처리하여 실리카 나노 구의 내부에 산화철 나노입자와 금-백금의 합금 결정을 포함하는 제2 혼성 나노입자((AuPt/Fe3O4)@SiO2)를 제조하는 단계; 및
상기 제2 혼성 나노입자에서 실리카를 제거하는 단계를 포함하는, 산화철 나노입자와 금-백금 합금의 나노결정(AuPt)를 포함하는 혼성 나노입자(AuPt/Fe3O4)의 제조방법으로서,
상기 어닐링 열처리에 의하여 계면활성제가 분해되고,
상기 금-백금의 합금 나노결정은 계면활성제를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는, 제조방법.
Mixing the gold precursor and the platinum oxide precursor with an organic solvent, a surfactant, and a basic solution to prepare an emulsion;
([Au / Pt2 + / Fe3O4] @ SiO2) having a structure containing iron oxide nanoparticles and gold and platinum oxide is mixed with the emulsion, the silica precursor, and the iron oxide nanoparticles to form the first hybrid nanoparticle Producing;
Annealing the first hybrid nanoparticles to produce second hybrid nanoparticles ((AuPt / Fe3O4) @ SiO2) containing iron oxide nanoparticles and gold-platinum alloy crystals in the silica nanosphere; And
(AuPt / Fe3O4) comprising nanocrystals of iron oxide nanoparticles and gold-platinum alloy (AuPt), comprising the step of removing silica from the second hybrid nanoparticles,
The annealing heat treatment decomposes the surfactant,
Wherein said gold-platinum alloy nanocrystals do not comprise a surfactant.
제15항에 있어서, 상기 제1 혼성 나노입자([(Au/Pt2 +)/Fe3O4]@SiO2)에서 상기 금 및 산화백금은 금 나노결정 코어 및 산화백금의 단원자층이 상기 금 나노결정 코어를 둘러싼 구조로 이루어지는 것인, 제조 방법.The method of claim 15, wherein the gold and platinum oxide in the first hybrid nanoparticle ([(Au / Pt 2 + ) / Fe 3 O 4 ] @SiO 2 ) And a structure surrounding the gold nanocrystal core. 제15항에 있어서, 상기 실리카를 제거하는 단계는 산용액으로 처리 또는염기성 용액으로 처리하는 방법으로 수행하는 것인 제조방법. 16. The method according to claim 15, wherein the step of removing the silica is carried out by a treatment with an acid solution or a treatment with a basic solution. 제15항에 있어서, 상기 에멀젼은 리버스-마이크로에멀젼 형태인 것인, 제조방법.16. The method of claim 15, wherein the emulsion is in the form of a reverse-microemulsion. 제15항에 있어서, 상기 어닐링 열처리는 최종 온도를 100 내지 600℃로 하여 이루어지는 것인, 제조 방법. The method according to claim 15, wherein the annealing heat treatment is performed at a final temperature of 100 to 600 占 폚. 제15항에 있어서, 상기 어닐링 열처리는 환원성 가스 또는 공기 중에서 수행되는 것인, 제조 방법.16. The method of claim 15, wherein the annealing heat treatment is performed in a reducing gas or air. 제15항에 있어서, 상기 실리카를 제거하는 단계에서, 제2 혼성 나노입자와 탄소 지지체를 혼합한 후에 실리카를 제거하여, 탄소 지지체에 담지된 혼성 나노입자(AuPt/Fe3O4/C)를 얻는 것인 제조 방법. 16. The method of claim 15, wherein in the step of removing the silica, and the second to remove the silica after mixing the hybrid nanoparticles and the carbon support, a hybrid nanoparticle (AuPt / Fe 3 O 4 / C) supported on a carbon support ≪ / RTI > 제21항에 있어서, 상기 탄소 지지체는 카본 블랙, 그래핀, 및 환원 그래핀옥사이드(RGO)으로 이루어진 군에서 선택된 1 이상인 것인, 제조 방법.22. The method of claim 21, wherein the carbon support is at least one selected from the group consisting of carbon black, graphene, and reduced graphene oxide (RGO). 삭제delete 삭제delete
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GB202010406D0 (en) * 2020-07-07 2020-08-19 Johnson Matthey Fuel Cells Ltd Catalyst preparation

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010092725A (en) * 2008-10-08 2010-04-22 Hitachi Maxell Ltd Fuel-cell catalyst and manufacturing method for the same, carbon particle carrying fuel-cell catalyst thereon, membrane-electrode assembly, and fuel cell

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010092725A (en) * 2008-10-08 2010-04-22 Hitachi Maxell Ltd Fuel-cell catalyst and manufacturing method for the same, carbon particle carrying fuel-cell catalyst thereon, membrane-electrode assembly, and fuel cell

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Electrochemistry Communications 8 (2006) pp.581-587
Journal of ELECTRONIC MATERIALS, Vol.45, No.5, pp.2361-2371

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KR20170093001A (en) 2017-08-14

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