KR101808299B1 - Method of preparing porous non-Pt catalysts for a fuel cell - Google Patents

Method of preparing porous non-Pt catalysts for a fuel cell Download PDF

Info

Publication number
KR101808299B1
KR101808299B1 KR1020160008129A KR20160008129A KR101808299B1 KR 101808299 B1 KR101808299 B1 KR 101808299B1 KR 1020160008129 A KR1020160008129 A KR 1020160008129A KR 20160008129 A KR20160008129 A KR 20160008129A KR 101808299 B1 KR101808299 B1 KR 101808299B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
platinum catalyst
silica
porous non
fuel cell
silica bead
Prior art date
Application number
KR1020160008129A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20170088150A (en
Inventor
김진영
윤창원
이경진
전미나
유성종
장종현
김형준
한종희
남석우
Original Assignee
한국과학기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020160008129A priority Critical patent/KR101808299B1/en
Publication of KR20170088150A publication Critical patent/KR20170088150A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101808299B1 publication Critical patent/KR101808299B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90Selection of catalytic material
    • H01M4/9075Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H01M4/9083Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/0009Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
    • B01J37/0018Addition of a binding agent or of material, later completely removed among others as result of heat treatment, leaching or washing,(e.g. forming of pores; protective layer, desintegrating by heat)
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88Processes of manufacture
    • H01M4/8878Treatment steps after deposition of the catalytic active composition or after shaping of the electrode being free-standing body
    • H01M4/8882Heat treatment, e.g. drying, baking
    • H01M4/8885Sintering or firing
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

본 발명은 연료전지용 다공성 비백금 촉매의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 상기 다공성 비백금 촉매의 제조과정에서 실리카 비드를 이용하여 기공의 크기를 조절할 수 있어, 연료전지의 전극에서 일어나는 반응의 반응물 공급과 생성물 배출을 원활히 할 수 있도록 하는 동시에 촉매의 비표면적을 향상시켜 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있다. The present invention relates to a method for producing a porous non-platinum catalyst for a fuel cell, and more particularly, to a method for manufacturing a porous non-platinum catalyst for a fuel cell, It is possible to improve the performance of the fuel cell by improving the specific surface area of the catalyst.

Description

다공성 비백금 촉매의 제조방법{Method of preparing porous non-Pt catalysts for a fuel cell}[0001] The present invention relates to a porous non-Pt catalyst for a fuel cell,

본 발명은 연료전지의 성능 및 내구성을 향상시킬 수 있는 다공성 비백금 촉매의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a porous non-platinum catalyst capable of improving the performance and durability of a fuel cell.

화석연료를 대신하여 새로운 에너지원으로 주목받고 있는 연료전지(Fuel cell)는 연료(산소와 수소)의 환원 및 산화 반응으로 인해 발생하는 화학 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전 시스템이다. 연료전지의 양극에서는 수소의 산화 반응이 일어나고 음극에서는 산소의 환원 반응이 일어나며 특히 저온에서 구동되는 연료전지 시스템인 고분자 전해질 연료전지와 같은 경우에 반응 속도를 증가시키는 것이 특히 중요하다. Fuel cells, which are attracting attention as a new energy source in place of fossil fuels, are a kind of power generation system that converts chemical energy generated by reduction and oxidation of fuel (oxygen and hydrogen) directly into electric energy. It is particularly important to increase the reaction rate in the case of a polymer electrolyte fuel cell, which is a fuel cell system driven at a low temperature, in which an oxidation reaction of hydrogen occurs at the anode of the fuel cell and a reduction reaction of oxygen occurs at the cathode.

현재 연료전지 시스템에서 사용되는 촉매는 귀금속 촉매인 백금 (Pt) 촉매이다. 백금 촉매는 연료전지에서 매우 우수한 성능을 나타내지만, 가격과 매장량 측면에서 볼 때 연료전지의 상용화에 큰 걸림돌이 되는 요소이다. Currently, the catalyst used in the fuel cell system is a platinum (Pt) catalyst which is a noble metal catalyst. Although the platinum catalyst exhibits excellent performance in the fuel cell, it is a major obstacle to the commercialization of the fuel cell in terms of the price and the reserve amount.

따라서 이러한 백금 촉매의 한계를 극복하기 위하여 백금의 사용량을 줄이기 위한 다양한 시도가 이어지고 있다. 하지만 가장 이상적인 방향은 백금을 사용하지 않는 비백금계 촉매를 개발하고 사용하는 것이다. 특히, 전이금속을 기반으로 하는 비백금계 촉매(비귀금속 촉매)들이 특히 활발하게 연구되어 왔다.Therefore, various attempts have been made to reduce the amount of platinum used to overcome the limitation of the platinum catalyst. However, the most ideal direction is to develop and use a non-platinum-based non-whiteness catalyst. In particular, non-whiteness catalysts based on transition metals (non-noble metal catalysts) have been actively studied.

한편, 연료전지의 촉매가 반쪽 전지에서 더 나아가 단위 전지에서 그리고 고 전류밀도 영역에서 고성능을 나타내고 우수한 내구성을 갖기 위해서는 매크로 기공(macro pore)과 높은 비표면적 특성을 함께 갖는 것이 매우 중요하다. On the other hand, it is very important that the catalyst of the fuel cell has a macro pore and a high specific surface area in order to exhibit high performance in a unit cell and a high current density region in a half cell and have excellent durability.

매크로 기공을 가지게 되면 기상의 형태로 공급되는 연료전지의 연료들의 확산이 잘 일어나 반응을 활발하게 할 수 있게 될 뿐만 아니라, 반응 생성물인 물의 흐름이 원활하게 진행되도록 하여, 성능 유지와 내구성을 향상시켜 전지의 수명을 연장시킬 수 있도록 한다.When macro pores are present, the diffusion of the fuel of the fuel cell supplied in the form of gas phase occurs well and the reaction becomes active. In addition, the flow of water as reaction product proceeds smoothly, thereby improving performance and durability So that the life of the battery can be prolonged.

그러나, 연료전지의 촉매가 매크로 기공만을 가지게 되면 비표면적이 감소하게 되어 활성점의 수가 감소하게 되므로 연료전지의 성능이 저하되는 문제가 있다.However, if the catalyst of the fuel cell has only macro pores, the specific surface area decreases, and the number of active sites decreases, so that the performance of the fuel cell deteriorates.

이와 같은 매크로 기공의 문제점을 보완하기 위해서는 매크로 기공에 비해 작은 직경을 가지는 메조 기공(meso pore)도 함께 형성되도록 하여 촉매의 비표면적을 향상시킬 수 있다.In order to overcome the problem of macro pores, meso pores having a smaller diameter than those of macro pores may be formed together to improve the specific surface area of the catalyst.

따라서, 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있을 정도의 비표면적을 확보하는 동시에 연료전지 전극에서 반응이 원활하게 진행되도록 하여 우수한 성능을 장기간 유지할 수 있도록, 기공의 크기 및 생성량을 조절할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다. Therefore, development of a technology capable of controlling the pore size and production amount so as to ensure a specific surface area capable of improving the performance of the fuel cell and maintain the excellent performance for a long time by allowing the reaction to proceed smoothly at the fuel cell electrode Is required.

대한민국 공개특허 제10-2012-0098354호Korean Patent Publication No. 10-2012-0098354 대한민국 등록특허 제10-1305439호Korean Patent No. 10-1305439 대한민국 등록특허 제10-1347789호Korean Patent No. 10-1347789 대한민국 등록특허 제10-1216052호Korean Patent No. 10-1216052 대한민국 등록특허 제10-1420653호Korean Patent No. 10-1420653

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 다공성 비백금 촉매 제조 과정에서 기공의 크기 및 생성량을 제어할 수 있는 연료전지용 다공성 비백금 촉매의 제조방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a porous non-platinum catalyst for a fuel cell capable of controlling the size and amount of pores in the process of producing a porous non-platinum catalyst.

본 발명의 일 측면은 (A) (a1) 전이금속 전구체, (a2) 실리카 비드 및 (a3) 질소 함유 단량체를 혼합하고 중합시켜 실리카 비드 함유 고분자를 얻는 단계; (B) 상기 실리카 비드 함유 고분자를 열처리하는 단계; 및 (C) 열처리된 상기 실리카 비드 함유 고분자와 알칼리 용액을 반응시켜 상기 실리카 비드를 제거하는 단계;를 포함하는 연료전지용 다공성 비백금 촉매의 제조방법에 관한 것이다.(A) mixing and polymerizing (A) a transition metal precursor, (a2) silica beads and (a3) nitrogen-containing monomers to obtain a silica bead-containing polymer; (B) heat treating the silica bead containing polymer; And (C) reacting the heat-treated silica bead-containing polymer with an alkali solution to remove the silica beads. The present invention also relates to a method for producing a porous non-platinum catalyst for a fuel cell.

본 발명에 따르면 연료전지용 다공성 비백금 촉매의 제조 공정에서 실리카 비드를 이용하여 촉매에 형성되는 기공의 크기와 기공도를 조절할 수 있다.According to the present invention, the size and porosity of the pores formed in the catalyst can be controlled by using silica beads in the process of manufacturing the porous non-platinum catalyst for fuel cells.

상기 연료전지용 다공성 비백금 촉매는 매크로 기공을 포함하고 있어 기상(gas phase)으로 연료전지에 공급되는 연료가 확산이 잘 이루어지게 하여 반응성을 향상시킬 수 있고, 산소환원전극의 반응생성물인 물의 흐름을 원활하게 하여 성능 및 내구성을 향상시킬 수 있다.Since the porous non-platinum catalyst for fuel cells includes macropores, the fuel supplied to the fuel cell in the gas phase can be diffused well to improve the reactivity, and the flow of water, which is the reaction product of the oxygen reduction electrode, Thereby improving performance and durability.

또한, 상기 연료전지용 다공성 비백금 촉매는 매크로 기공에 비해 크기가 작은 메조 기공으로 인하여 비표면적이 증가하므로 이에 따라 활성점의 수가 증가하고 결국 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, the porous non-platinum catalyst for fuel cells has a specific surface area due to mesopores smaller than macropores, thereby increasing the number of active sites and improving the performance of the fuel cell.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 다공성 비백금 촉매의 제조방법을 나타낸 모식도이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 다공성 비백금 촉매 입자의 SEM 사진이다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 다공성 비백금 촉매 입자의 TEM 사진((a) 내지 (c))과 EDS(Energy-dispersive X-ray spectroscopy) 분석결과(d)이다.
도 4는 실시예 1에서 제조된 다공성 비백금 촉매에 대한 질소 흡탈착 곡선이다.
도 5는 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 촉매를 각각 적용한 반쪽 전지에 대한 ORR 분극에 대한 초기 성능을 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 1의 다공성 비백금 촉매와 비교예 4의 상용의 백금 촉매를 각각 적용한 반쪽 전지에 대한 ORR 분극에 대한 초기 성능을 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 1에서 다공성 비백금 촉매와 비교예 4의 상용의 백금 촉매를 각각 적용한 반쪽 전지에 대하여 일정 전압에서 시간에 따른 전류를 측정한 그래프이다.
1 is a schematic view showing a method for producing a porous non-platinum catalyst for a fuel cell according to the present invention.
2 is an SEM photograph of the porous non-platinum catalyst particles prepared in Example 1. Fig.
3 is a TEM photograph (a) to (c) of the porous non-platinum catalyst particles prepared in Example 1 and an energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analysis result (d).
FIG. 4 is a nitrogen adsorption / desorption curve for the porous non-platinum catalyst prepared in Example 1. FIG.
5 is a graph showing initial performances of ORR polarization for a half cell to which the catalysts of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, respectively, are applied.
6 is a graph showing initial performances of ORP polarization for a half-cell to which the porous non-platinum catalyst of Example 1 and the commercial platinum catalyst of Comparative Example 4 are respectively applied.
FIG. 7 is a graph showing currents measured with a constant voltage over a half-cell to which a porous non-platinum catalyst and a conventional platinum catalyst of Comparative Example 4 are respectively applied in Example 1; FIG.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지용 다공성 비백금 촉매의 제조방법을 나타낸 모식도이다.1 is a schematic view showing a method for producing a porous non-platinum catalyst for a fuel cell according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 측면은 (A) (a1) 전이금속 전구체; (a2) 실리카 비드; 및 (a3) 질소 함유 단량체;를 혼합하고 중합시켜 실리카 비드 함유 고분자를 얻는 단계; (B) 상기 실리카 비드 함유 고분자를 열처리하는 단계; 및 (C) 열처리된 상기 실리카 비드 함유 고분자와 알칼리 용액을 반응시켜 상기 실리카 비드를 제거하는 단계;를 포함하는 연료전지용 다공성 비백금 촉매의 제조방법에 관한 것이다.Referring to Figure 1, one aspect of the present invention is directed to a method of making a thin film transistor comprising: (A) (a1) a transition metal precursor; (a2) silica beads; And (a3) a nitrogen-containing monomer are mixed and polymerized to obtain a silica bead-containing polymer; (B) heat treating the silica bead containing polymer; And (C) reacting the heat-treated silica bead-containing polymer with an alkali solution to remove the silica beads. The present invention also relates to a method for producing a porous non-platinum catalyst for a fuel cell.

상기 (A) 단계에서는 (a1) 전이금속 전구체, (a2) 실리카 비드 및 (a3) 질소 함유 단량체를 혼합하고 중합시켜 실리카 비드 함유 고분자를 얻을 수 있다.In the step (A), a silica bead-containing polymer may be obtained by mixing (a1) a transition metal precursor, (a2) silica bead and (a3) nitrogen-

상기 실리카 비드 함유 고분자는 상기 고분자로 이루어진 구형의 입자 내부에 복수의 실리카 비드가 포함되어 있거나 표면에 결합된 형태를 가질 수 있다.The silica bead-containing polymer may include a plurality of silica beads in a spherical particle made of the polymer, or may have a form bonded to a surface.

일 구현예에 따르면, 상기 (a1) 전이금속 전구체, (a2) 실리카 비드 콜로이드, 및 (a3) 질소 함유 단량체의 몰비는 1-10 : 2-10 : 1일 수 있다.According to one embodiment, the molar ratio of the (a1) transition metal precursor, (a2) silica bead colloid, and (a3) nitrogen containing monomer may be 1-10: 2-10: 1.

상기 (a3) 질소 함유 단량체에 대한 상기 (a1) 전이금속 전구체의 몰비가 1 미만이면 연료전지의 성능과 내구성을 향상시킬 수 있을 정도로 충분히 기공을 형성할 수 없고, 10 초과이면 기공이 과도하게 형성되어 촉매를 제조할 수 없을 수도 있다.If the molar ratio of the (a1) transition metal precursor to the nitrogen-containing monomer (a3) is less than 1, pores can not be formed sufficiently to improve the performance and durability of the fuel cell. If the mole ratio is more than 10, So that the catalyst may not be able to be produced.

상기 (a3) 질소 함유 단량체에 대한 상기 (a2) 실리카 비드 콜로이드의 몰비가 2 미만이면 연료전지의 성능과 내구성을 향상시킬 수 있을 정도로 충분히 기공을 형성할 수 없고, 10 초과이면 기공이 과도하게 형성되어 촉매를 제조할 수 없을 수도 있다.If the molar ratio of the (a2) silica bead colloid to the nitrogen-containing monomer (a3) is less than 2, pores can not be formed sufficiently to improve the performance and durability of the fuel cell, and if it is more than 10, So that the catalyst may not be able to be produced.

다른 구현예에 따르면, 상기 전이금속은 Fe, Co, Ti, V, Mn, Cu, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os 및 Ir 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.According to another embodiment, the transition metal is selected from the group consisting of Fe, Co, Ti, V, Mn, Cu, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, It may be at least one selected.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 (a1) 전이금속 전구체는 상기 전이금속의 염화물, 산화물, 수산화물, 질산염, 황산염, 아세트산염, 아세틸아세토네이트 및 포름산염 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.According to another embodiment, the transition metal precursor (a1) may be at least one selected from a chloride, an oxide, a hydroxide, a nitrate, a sulfate, an acetate, an acetylacetonate and a formate of the transition metal.

또 다른 구현예에 따르면, (a2) 실리카 비드는 입경이 1-100 nm일 수 있다.According to another embodiment, (a2) the silica beads may have a particle diameter of 1-100 nm.

상기 실리카 비드의 입경에 의해 상기 다공성 비백금 촉매에 형성되는 기공의 크기가 결정될 수 있으므로, 상기 다공성 비백금 촉매의 성능 및 내구성과 같은 특성을 고려하여 적절한 크기의 실리카 비드를 선택하여 사용할 수 있다.Since the size of the pores formed in the porous non-platinum catalyst can be determined by the particle size of the silica beads, silica beads having an appropriate size can be selected in consideration of characteristics such as performance and durability of the porous non-platinum catalyst.

상기 다공성 비백금 촉매에 형성되는 기공은 크기에 따라서, 직경 2 nm 이상, 50 nm 이하인 메조 기공(meso pore)과 직경이 50 nm 초과, 100 nm 이하인 매크로 기공(macro pore)으로 분류할 수 있다. 상기 메조 기공은 촉매의 비표면적을 증가시켜 촉매의 성능을 향상시킬 수 있고, 상기 매크로 기공은 연료전지 전극에서 일어나는 반응의 반응물 공급 및 생성물 배출을 원활히 할 수 있어 전지의 내구성 향상에 유리할 수 있다.The pores formed in the porous non-platinum catalyst may be divided into mesopores having a diameter of 2 nm or more and 50 nm or less and macro pores having a diameter of 50 nm or more and 100 nm or less. The mesopore can increase the specific surface area of the catalyst to improve the performance of the catalyst. The macropore can facilitate the supply of reactants and discharge of the reaction occurring in the fuel cell electrode, thereby improving the durability of the battery.

따라서, 성능과 내구성을 고려하여 상기 다공성 비백금 촉매에 형성되는 메조 기공과 매크로 기공의 비율을 결정할 수 있으며, 이에 따라, 메조 기공을 형성할 수 있는 입경을 가지는 실리카 비드와 매크로 기공을 형성할 수 있는 입경을 가지는 실리카 비드를 선택하여 다공성 비백금 촉매를 제조할 수 있다.Therefore, considering the performance and durability, it is possible to determine the ratio of the mesopores and macropores formed in the porous non-platinum catalyst, and accordingly, the silica beads having a particle size capable of forming mesopores and the macropores The silica beads having a particle size of 1 nm or less can be selected to produce a porous non-platinum catalyst.

또 다른 구현예에 따르면, (a3) 질소 함유 단량체는 아닐린, 피롤 및 아크릴아마이드(acrylamide) 중에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있으나, 질소를 함유하는 단량체를 광범위하게 사용할 수 있다.According to another embodiment, (a3) the nitrogen-containing monomer may be at least one selected from aniline, pyrrole, and acrylamide, but monomers containing nitrogen can be widely used.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 고분자는 폴리아닐린, 폴리피롤 및 폴리아미드 중에서 선택된 1종 이상의 질소 함유 고분자인 것일 수 있다.According to another embodiment, the polymer may be at least one nitrogen-containing polymer selected from polyaniline, polypyrrole and polyamide.

상기 (B) 단계에서는 상기 실리카 비드 함유 고분자를 열처리할 수 있다.In the step (B), the silica bead-containing polymer may be heat-treated.

일 구현예에 따르면, 상기 열처리는 100-300 ℃에서 30분-2시간 동안 가열하는 제1 열처리 공정; 및 400-1000 ℃에서 1-5시간 동안 가열하는 제2 열처리 공정;에 의해 수행될 수 있다.According to one embodiment, the heat treatment may include a first heat treatment step of heating at 100-300 占 폚 for 30 minutes to 2 hours; And a second heat treatment step of heating at 400-1000 DEG C for 1-5 hours.

상기 1차 열처리 공정에서는 상기 실리카 비드 함유 고분자에 잔여한 유기물을 제거할 수 있고, 상기 2차 열처리 공정에서는 상기 실리카 비드 함유 고분자를 탄화시켜 전이금속, 질소(N) 및 탄소(C)를 포함하는 탄화물을 형성함으로써, 안정화된 촉매를 제조할 수 있다.In the first heat treatment step, the organic matters remaining in the silica bead-containing polymer can be removed. In the second heat treatment step, the silica bead-containing polymer is carbonized to form transition metals, nitrogen (N), and carbon By forming a carbide, a stabilized catalyst can be produced.

상기 실리카 비드 함유 고분자를 탄화시키기 위하여 상기 2차 열처리 공정의 조건에 따라 1번의 열처리만 할 경우 잔여한 유기물들이 많아 상기 실리카 비드 함유 고분자의 탄화 효율이 저하되어 안정화된 촉매를 제조할 수 없어 촉매 효율이 현저하게 저하될 수 있다.In order to carbonize the silica bead-containing polymer, if only one heat treatment is performed according to the conditions of the second heat treatment process, the remaining organic matters are abundant, so that the carbonization efficiency of the silica bead-containing polymer is lowered, Can be remarkably lowered.

상기 제1 열처리 공정 및 제2 열처리 공정에 따른 열처리 온도와 시간 조건을 모두 만족시켜야만 유기물 제거와 안정화된 탄화물 형성이 가능하다. 다시 말해, 상기 제1 열처리 공정 및 제2 열처리 공정의 온도 및 시간 조건 중 하나라도 만족하지 않으면 유기물 제거를 완전히 할 수도 없을뿐더러 탄화물 형성도 불가능하다.It is necessary to satisfy both of the heat treatment temperature and the time condition according to the first heat treatment step and the second heat treatment step to remove the organic matter and form the stabilized carbide. In other words, if either of the temperature and time conditions of the first heat treatment and the second heat treatment is not satisfied, the organic matter can not completely be removed and carbide formation is also impossible.

상기 1차 및 2차 열처리는 아르곤, 질소, 네온, 크립톤, 제논 및 라돈 중에서 선택된 불활성 기체에 의해 형성된 불활성 분위기 하에서 수행되어 열처리 효율을 향상시킬 수 있다.
The primary and secondary heat treatments may be performed under an inert atmosphere formed by an inert gas selected from argon, nitrogen, neon, krypton, xenon and radon to improve the heat treatment efficiency.

상기 (C) 단계에서는 열처리된 상기 실리카 비드 함유 고분자와 알칼리 용액을 반응시켜 상기 실리카 비드 함유 고분자로부터 상기 실리카 비드를 제거할 수 있다.In the step (C), the silica beads may be removed from the silica bead-containing polymer by reacting the heat-treated silica bead-containing polymer with an alkali solution.

일 구현예에 따르면, 상기 알칼리 용액은 수산화나트륨 수용액 및 수산화칼륨 수용액 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.According to one embodiment, the alkali solution may be at least one selected from an aqueous solution of sodium hydroxide and an aqueous solution of potassium hydroxide.

상기 알칼리 용액을 가열하여 90-110 ℃의 알칼리 용액을 사용할 경우 실리카 비드 제거 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
When the alkali solution is heated to 90-110 deg. C, the silica bead removal efficiency can be further improved.

상술한 바와 같은 제조방법에 따라 제조된 연료전지용 다공성 비백금 촉매는 탄소(C)에 전이금속 및 질소(N)가 담지된 탄화물을 포함할 수 있으며, 다양한 입경을 가지는 기공들이 형성된 입자 형태일 수 있다. The porous non-platinum catalyst for a fuel cell manufactured according to the above-described production method may include a carbide in which a transition metal and nitrogen (N) are supported on carbon (C), and may be in the form of particles having pores having various particle diameters have.

상기 기공은 입경이 2-100 nm 일 수 있으며, 입경이 2 nm 이상, 50 nm 이하인 메조 기공(meso pore)이 50 nm 초과, 100 nm 이하인 매크로 기공(macro pore)이 적절한 비율로 조절되어 형성되어 있을 수 있다.The pores may have a particle diameter of 2-100 nm, macro pores having mesopores of 50 nm or more and 50 nm or less and having diameters of 2 nm or more and 50 nm or less and 100 nm or less, Can be.

예컨대, 상기 메조 기공의 비율이 높을 경우 촉매의 비표면적이 증가시켜 활성점을 증가시키므로 촉매 성능을 향상시킬 수 있고, 상기 매크로 기공의 비율이 높을 경우 연료전지 전극에서 일어나는 반응의 반응물 공급 및 생성물 배출을 원활히 할 수 있어 전지의 내구성을 향상시킬 수 있다.For example, when the ratio of the mesopores is high, the specific surface area of the catalyst is increased to increase the active sites, thereby improving the catalytic performance. When the ratio of the macropores is high, the reactant supply and product discharge It is possible to improve the durability of the battery.

또한, 상기 연료전지용 다공성 비백금 촉매는 연료전지의 산소환원전극용 촉매일 수 있다.In addition, the porous non-platinum catalyst for a fuel cell may be a catalyst for an oxygen reduction electrode of a fuel cell.

상기 산소환원전극에는 산소가 공급되며 상기 다공성 비백금 촉매에 형성된 기공으로 인하여 산소가 원활하게 공급될 수 있다.Oxygen is supplied to the oxygen reduction electrode and oxygen can be smoothly supplied due to pores formed in the porous non-platinum catalyst.

또한, 상기 산소환원전극에서는 반응생성물로서 물이 생성되며, 상기 다공성 비백금 촉매에 형성된 기공을 통하여 물의 흐름이 원활하게 진행되므로 연료전지의 내구성을 향상시킬 수 있다.In addition, water is generated as a reaction product in the oxygen reduction electrode, and the flow of water smoothly proceeds through the pores formed in the porous non-platinum catalyst, so that the durability of the fuel cell can be improved.

상기 연료전지용 다공성 비백금 촉매는 비표면적이 크므로 활성점이 많고 이에 따라 반응성이 향상되어, 상기 산소환원전극의 산소환원반응을 촉진시킬 수 있다.
Since the porous non-platinum catalyst for fuel cells has a large specific surface area, the number of active sites is increased and thus the reactivity is improved, so that the oxygen reduction reaction of the oxygen reduction electrode can be promoted.

실시예Example

이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백하다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and the like, but the scope and content of the present invention can not be construed to be limited or limited by the following Examples. In addition, it is apparent that, based on the teachings of the present invention including the following examples, those skilled in the art can easily carry out the present invention in which experimental results are not specifically shown.

재료material

하기 실시예와 비교예에서는 시그마알드리치사에서 구매한 시약급 ferric chloride hexyhydrate(FeCl3·6H2O, 99%), 과황산 암모늄(ammonium persulphate, APS, 98%), 아닐린(aniline, 99.5%), 포름알데히드 수용액(formaldehyde solution), 실리카 비드 콜로이드(Lodox-HS-40 colloidal silica)를 사용하였다.
In the following examples and comparative examples, reagent grade ferric chloride hexyhydrate (FeCl 3 .6H 2 O, 99%), ammonium persulphate (APS, 98%), aniline (99.5%) purchased from Sigma- , Formaldehyde solution and silica bead colloid (Lodox-HS-40 colloidal silica) were used.

실시예 1Example 1

(A) 단계: 실리카 비드를 중심으로 한 아닐린의 중합(A) Step: Polymerization of aniline centered on silica beads

1 M의 포름알데히드 수용액 100 ml에 FeCl3·6H2O 32.4 g을 첨가하고 지속적으로 교반시키면서 칠러 냉각기에 연결하여 2 ℃ 온도로 냉각시켰다. 이때, 용액의 온도 구배가 발생하지 않도록 상기 온도에서 30분 동안 유지시켰다.To 100 ml of a 1 M solution of formaldehyde was added 32.4 g of FeCl 3 .6H 2 O and connected to a chiller cooler with continuous stirring and cooled to 2 ° C. At this time, the temperature was maintained at the temperature for 30 minutes so that a temperature gradient of the solution did not occur.

실리카 비드 콜로이드 40 ml를 시린지를 이용하여 일정한 속도로 천천히 주입하고 10분 동안 교반시켰다. 40 mL of silica bead colloid was slowly injected at a constant rate using a syringe and stirred for 10 minutes.

아닐린 2 ml를 첨가하고, 초기 중합 반응을 위해 30 분 동안 2 ℃로 유지시킨 다음, 5 ℃ 로 온도를 조절하여 24 시간 동안 중합시켰다.2 ml of aniline was added and kept at 2 占 폚 for 30 minutes for the initial polymerization reaction and then polymerized at 5 占 폚 for 24 hours.

24 시간 후, 반응물을 회수하고, 반응하지 못한 아닐린과 그 외 물질을 제거하기 위하여 증류수를 이용하여 원심분리를 진행하였다. 원심분리를 마친 후 에탄올을 이용하여 건조시켜 실리카 비드 함유 폴리아닐린(silica-PANI)을 얻었다.
After 24 hours, the reaction was recovered and centrifugation was carried out using distilled water to remove unreacted aniline and other substances. After completion of the centrifugation, it was dried with ethanol to obtain silica-bead-containing polyaniline (silica-PANI).

(B) 단계: 실리카 (B) Step: Silica 비드Bead 함유  contain 폴리아닐린(silica-PANI)의Of the polyaniline (silica-PANI) 열처리 Heat treatment

상기 (A) 단계에서 얻은 실리카 비드 함유 폴리아닐린(silica-PANI)를 튜브 퍼니스에 넣고 아르곤 분위기에서 300 ℃ 온도로 1시간 동안 1차 열처리한 다음 800 ℃ 온도로 3 시간 동안 2차 열처리 하여, 상기 실리카 비드 함유 폴리아닐린(silica-PANI)을 탄화시키고, 그 외의 반응하지 않은 유기물들이나 불순물들은 제거하였다. 이때, 아르곤 가스의 유량을 초기 10 분 동안 최대치로 하여 상기 튜브 퍼니스 안의 분위를 아르곤 분위로 만들어 준 다음, 유량을 조절하여 소량의 가스만 흐르게 하여도 충분하다.
The silica bead-containing polyaniline (silica-PANI) obtained in the step (A) was placed in a tube furnace, subjected to a primary heat treatment at 300 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere, followed by a secondary heat treatment at 800 ° C. for 3 hours, The bead-containing polyaniline (silica-PANI) was carbonized, and other unreacted organics and impurities were removed. At this time, the argon gas flow rate is set to a maximum value during the initial 10 minutes, the quartz in the tube furnace is made into an argon quartz, and then a small amount of gas can be flowed by adjusting the flow rate.

(C) 단계: 실리카 비드 제거(C) Step: Silica bead removal

상기 (B) 단계에서 열처리된 상기 실리카 비드 함유 폴리아닐린(silica-PANI)을 오토클레이브를 이용하여 100 ℃의 1 M의 NaOH 수용액에 담지한 후 24 시간 동안 반응시켜 상기 실리카 비드를 제거하였다. The silica bead-containing polyaniline (silica-PANI) heat-treated in the step (B) was immersed in an aqueous solution of 1 M NaOH at 100 ° C using an autoclave and reacted for 24 hours to remove the silica beads.

그 후, 증류수로 여과시켜 남은 NaOH 수용액을 씻어내어 최종적으로 다공성 비백금 촉매를 얻었다.
Thereafter, the solution was filtered with distilled water, and the remaining NaOH aqueous solution was washed out to obtain a porous non-platinum catalyst.

비교예Comparative Example 1:  One: 과황산Sulfuric acid 암모늄(APS)를Ammonium (APS) 이용한 다공성 질소-탄소 구조체 제조 Fabricated porous nitrogen-carbon structure

실시예 1과 동일하게 실시하되, FeCl3·6H2O 대신 동일한 역할을 하는 과황산 암모늄(APS)를 사용하여 다공성 질소-탄소 구조체를 제조하였다.
A porous nitrogen-carbon structure was prepared in the same manner as in Example 1 except that ammonium persulfate (APS) was used instead of FeCl 3 .6H 2 O.

비교예Comparative Example 2:  2: 과황산Sulfuric acid 암모늄( ammonium( APSAPS )과 )and FeClFeCl 33 ·6· 6 HH 22 OO 를 이용한 다공성 철-질소-탄소 구조체 제조Fabrication of Porous Iron-Nitrogen-Carbon Structures Using

실시예 1과 동일하게 실시하되, FeCl3·6H2O 대신 과황산 암모늄(APS)과 FeCl3·6H2O의 혼합물을 사용하여 다공성 철-질소-탄소 구조체를 제조하였다. 이 때, 과황산 암모늄(APS)과 FeCl3·6H2O는 각각 아닐린과 동일한 몰수로 혼합하였다.
Embodiment was carried out as Example 1, using a mixture of FeCl 3 · 6H 2 O Instead of ammonium persulfate (APS) and FeCl 3 · 6H 2 O porous iron-carbon structure - N . At this time, ammonium persulfate (APS) and FeCl 3 .6H 2 O were mixed at the same mole number as aniline, respectively.

비교예Comparative Example 3: 다공성 질소-탄소 구조체와 카본블랙의 혼합 구조체 제조 3: Manufacture of mixed structure of porous nitrogen-carbon structure and carbon black

카본블랙이 실시예 1에서 제조된 다공성 질소-탄소 구조체에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 실시예 1에서 제조된 다공성 질소-탄소 구조체와 카본블랙(carbon black)인 vulcan carbon 혼합하되, 상기 실시예 1에서 열처리한 후의 구조체에 카본블랙을 1:1의 중량비로 혼합하여 최종적으로 구조체를 제조하였다.
In order to confirm the effect of the carbon black on the porous nitrogen-carbon structure prepared in Example 1, the porous nitrogen-carbon structure prepared in Example 1 was mixed with vulcan carbon, which is carbon black, , The carbon black was mixed in a weight ratio of 1: 1 to finally prepare the structure.

비교예 4: 백금 촉매Comparative Example 4: Platinum catalyst

상용의 백금 촉매인 Pt/C 촉매를 준비하였다.
Pt / C catalyst, a commercially available platinum catalyst, was prepared.

시험예 1: 입자의 구조 및 형상 분석Test Example 1: Analysis of structure and shape of particles

상기 실시예 1에서 제조된 다공성 비백금 촉매 입자에 대한 구조 및 형상을 분석하기 위하여, 전자주사현미경(SEM) 및 전자투과현미경(TEM)으로 관찰하였다.In order to analyze the structure and shape of the porous non-platinum catalyst particles prepared in Example 1, they were observed with a scanning electron microscope (SEM) and an electron transmission microscope (TEM).

도 2는 실시예 1에서 제조된 다공성 비백금 촉매 입자의 SEM 사진이고, 도 3은 실시예 1에서 제조된 다공성 비백금 촉매 입자의 TEM 사진((a) 내지 (c))과 EDS(Energy-dispersive X-ray spectroscopy) 분석결과(d)이다.FIG. 2 is a SEM photograph of the porous non-platinum catalyst particles prepared in Example 1, FIG. 3 is a TEM photograph (a) - (c) of the porous non- dispersive X-ray spectroscopy analysis (d).

도 2의 (a) 및 (b)와 도 3의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 입자에 다수의 기공이 형성된 것을 알 수 있다.Referring to FIGS. 2 (a) and 2 (b) and 3 (a) to 3 (c), it can be seen that many pores are formed in the particles.

또한, 도 3의 (d)를 참조하면 실리카 비드가 제거된 것을 알 수 있다.
3 (d), it can be seen that the silica beads are removed.

시험예 2: 입자의 비표면적 및 기공 분포도 평가Test Example 2: Evaluation of specific surface area and pore distribution of particles

실시예 1에서 제조된 다공성 비백금 촉매 입자의 비표면적과 기공 분포도를 평가하기 위하여 질소 흡탈착 실험을 진행하였다.Nitrogen adsorption / desorption experiments were carried out to evaluate the specific surface area and pore distribution of the porous non-platinum catalyst particles prepared in Example 1.

도 4는 실시예 1에서 제조된 다공성 비백금 촉매에 대한 질소 흡탈착 곡선이다.FIG. 4 is a nitrogen adsorption / desorption curve for the porous non-platinum catalyst prepared in Example 1. FIG.

도 4를 참조하면, 직경이 2 nm 이상, 50 nm 이하인 인 메조 기공(meso pore)이 다수 존재하며, 이와 함께 직경이 50 nm 초과, 100 nm 이하인 매크로 기공도 다수 존재하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that there are many meso pores having a diameter of 2 nm or more and 50 nm or less, and many macropores having a diameter of 50 nm or more and 100 nm or less.

하기 표 1은 상기 다공성 비백금 촉매의 비표면적, 총 기공부피(Total pore volume, at desorption) 및 평균 기공 직경(Average pore size at desorption)이다.Table 1 below shows the specific surface area, total pore volume, at desorption, and average pore size at desorption of the porous non-platinum catalyst.

실시예 1Example 1 비표면적(BET)Specific surface area (BET) 1,147 ㎡/g1,147 m 2 / g Total pore volume
(at desorption)
Total pore volume
(at desorption)
3,151 ㎤/g3,151 cm3 / g
Average pore size
(at desorption)
Average pore size
(at desorption)
9.71 nm9.71 nm

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1에서 제조된 다공성 비백금 촉매의 비표면적은 1,147 ㎡/g, 총 기공부피(Total pore volume, at desorption) 3,151 ㎤/g 및 평균 기공 직경(Average pore size at desorption) 9.71 nm인 것을 알 수 있다.
As shown in Table 1, the specific surface area of the porous non-platinum catalyst prepared in Example 1 was 1,147 m 2 / g, the total pore volume was 3,151 cm 3 / g, and the average pore size at desorption is 9.71 nm.

시험예 3: 산소 환원 반응도 평가Test Example 3: Evaluation of Oxygen Reduction Reaction

실시예와 비교예들의 촉매를 각각 적용한 반쪽 전지를 통하여 ORR(Oxygen reduction reaction) 분극 초기 성능을 평가하였다.The initial performance of the ORR (Oxygen reduction reaction) polarization was evaluated through a half cell employing the catalysts of the Examples and Comparative Examples, respectively.

도 5는 실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 촉매를 각각 적용한 반쪽 전지에 대한 ORR 분극에 대한 초기 성능을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing initial performances of ORR polarization for a half cell to which the catalysts of Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, respectively, are applied.

1600 rpm에서 촉매의 ORR 특성은 전위가 0.7 VRHE 이하에서는 확산에 의해 결정되고, 0.7 VRHE 내지 0.9 VRHE에서는 확산과 반응에 의해 결정된다. The ORR characteristics of the catalyst at 1600 rpm are determined by diffusion at potentials below 0.7 VRHE and by diffusion and reaction at 0.7 VRHE to 0.9 VRHE.

도 5를 참조하면, 실시예 1의 다공성 비백금 촉매가 비교예 1 내지 3에 비해 측정된 전 범위에서 성능이 우수함을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that the performance of the porous non-platinum catalyst of Example 1 is excellent over the entire range measured in comparison with Comparative Examples 1 to 3.

도 6은 실시예 1의 다공성 비백금 촉매와 비교예 4의 상용의 백금 촉매를 각각 적용한 반쪽 전지에 대한 ORR 분극에 대한 초기 성능을 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing initial performances of ORP polarization for a half-cell to which the porous non-platinum catalyst of Example 1 and the commercial platinum catalyst of Comparative Example 4 are respectively applied.

도 6을 참조하면, 실시예 1의 다공성 비백금 촉매는 비교예 4의 상용의 백금 촉매와 동등 수준의 성능을 나타내는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the porous non-platinum catalyst of Example 1 exhibits the same level of performance as that of the commercially available platinum catalyst of Comparative Example 4.

도 7은 실시예 1에서 다공성 비백금 촉매와 비교예 4의 상용의 백금 촉매를 각각 적용한 반쪽 전지에 대하여 시간에 따른 전류를 측정한 그래프이다.FIG. 7 is a graph showing currents measured over time for a half-cell to which a porous non-platinum catalyst according to Example 1 and a conventional platinum catalyst according to Comparative Example 4 are respectively applied.

도 7을 참조하면, 실시예 1의 다공성 비백금 촉매는 비교예 4의 상용의 백금 촉매와 동등 수준의 내구성을 나타내는 것을 알 수 있다.
Referring to FIG. 7, it can be seen that the porous non-platinum catalyst of Example 1 exhibits the same level of durability as that of the conventional platinum catalyst of Comparative Example 4.

위에서 기재한 구현예 외에도, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면 본 발명의 출원 당시의 기술 상식 및 본 명세서의 기재 내용에 기초하여, 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 점은 자명하다.It will be apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to the embodiments described above and that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims. As shown in FIG.

본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술할 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or scope of the invention as defined by the appended claims and their equivalents. .

Claims (9)

(A) (a1) 전이금속 전구체, (a2) 실리카 비드 및 (a3) 질소 함유 단량체를 혼합하고 중합시켜 실리카 비드 함유 고분자를 얻는 단계;
(B) 상기 실리카 비드 함유 고분자를 열처리하는 단계; 및
(C) 열처리된 상기 실리카 비드 함유 고분자와 알칼리 용액을 반응시켜 상기 실리카 비드 함유 고분자로부터 상기 실리카 비드를 제거하는 단계;로 이루어진 연료전지용 다공성 비백금 촉매의 제조방법에 있어서,
상기 (a1) 전이금속 전구체, (a2) 실리카 비드 콜로이드, 및 (a3) 질소 함유 단량체를 1-10 : 2-10 : 1의 몰비로 혼합하고,
상기 실리카 비드 함유 고분자는 실리카 비드가 고분자로 이루어진 구형의 입자 내부와 표면에 결합된 형태를 갖고,
상기 (B) 단계의 열처리는 100-300 ℃에서 30분-2시간 동안 가열하는 제1 열처리 공정; 및 400-1000 ℃에서 1-5시간 동안 가열하는 제2 열처리 공정;에 의해 수행되며,
상기 다공성 비백금 촉매는 직경이 2 내지 50 nm인 메조 기공과 직경이 50 초과 내지 100 nm인 매크로 기공이 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 다공성 비백금 촉매의 제조방법.
(A) mixing and polymerizing (a1) a transition metal precursor, (a2) silica bead and (a3) nitrogen-containing monomer to obtain a silica bead containing polymer;
(B) heat treating the silica bead containing polymer; And
(C) reacting the heat-treated silica bead-containing polymer with an alkali solution to remove the silica beads from the silica bead-containing polymer, the method comprising:
The transition metal precursor (a1), the silica bead colloid (a2), and the nitrogen-containing monomer (a3) are mixed in a molar ratio of 1-10: 2-10: 1,
The silica bead-containing polymer has a shape in which the silica beads are bonded to the inside and the surface of a spherical particle made of a polymer,
The heat treatment in the step (B) may include: a first heat treatment step of heating at 100-300 ° C for 30 minutes to 2 hours; And a second heat treatment step of heating at 400-1000 DEG C for 1-5 hours,
Wherein the porous non-platinum catalyst comprises mesopores having a diameter of 2 to 50 nm and macropores having a diameter of 50 to 100 nm.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 전이금속은 Fe, Co, Ti, V, Mn, Cu, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os 및 Ir 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 연료전지용 다공성 비백금 촉매의 제조방법.The method of claim 1, wherein the transition metal is selected from the group consisting of Fe, Co, Ti, V, Mn, Cu, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Platinum catalyst for fuel cells according to claim 1, 제1항에 있어서, 상기 (a1) 전이금속 전구체는 상기 전이금속의 염화물, 산화물, 수산화물, 질산염, 황산염, 아세트산염, 아세틸아세토네이트 및 포름산염 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 연료전지용 다공성 비백금 촉매의 제조방법.The method of claim 1, wherein the transition metal precursor (a1) is at least one selected from chloride, oxide, hydroxide, nitrate, sulfate, acetate, acetylacetonate and formate salts of the transition metal. A method for producing a platinum catalyst. 제1항에 있어서, 상기 (a2) 실리카 비드는 입경이 1-100 nm인 것을 특징으로 하는 다공성 비백금 촉매의 제조방법.The process for producing a porous non-platinum catalyst according to claim 1, wherein the (a2) silica beads have a particle diameter of 1-100 nm. 제1항에 있어서, 상기 (a3) 질소 함유 단량체는 아닐린, 피롤 및 아크릴아마이드 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 연료전지용 다공성 비백금 촉매의 제조방법.The method of claim 1, wherein the nitrogen-containing monomer (a3) is at least one selected from aniline, pyrrole, and acrylamide. 제1항에 있어서, 상기 고분자는 폴리아닐린, 폴리피롤 및 폴리아미드 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 연료전지용 다공성 비백금 촉매의 제조방법.The method of claim 1, wherein the polymer is at least one selected from the group consisting of polyaniline, polypyrrole, and polyamide. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 알칼리 용액은 수산화나트륨 수용액 및 수산화칼륨 수용액 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 연료전지용 다공성 비백금 촉매의 제조방법.The method for producing a porous non-platinum catalyst for a fuel cell according to claim 1, wherein the alkali solution is at least one selected from an aqueous solution of sodium hydroxide and an aqueous solution of potassium hydroxide.
KR1020160008129A 2016-01-22 2016-01-22 Method of preparing porous non-Pt catalysts for a fuel cell KR101808299B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160008129A KR101808299B1 (en) 2016-01-22 2016-01-22 Method of preparing porous non-Pt catalysts for a fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160008129A KR101808299B1 (en) 2016-01-22 2016-01-22 Method of preparing porous non-Pt catalysts for a fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170088150A KR20170088150A (en) 2017-08-01
KR101808299B1 true KR101808299B1 (en) 2017-12-12

Family

ID=59650299

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160008129A KR101808299B1 (en) 2016-01-22 2016-01-22 Method of preparing porous non-Pt catalysts for a fuel cell

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101808299B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102093829B1 (en) * 2018-04-27 2020-03-26 한국과학기술연구원 Non-precious metal electeode catalyst for high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell, preparation method thereof and high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell comprising the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170088150A (en) 2017-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100670267B1 (en) Pt/Ru alloy catalyst for fuel cell
JP4912044B2 (en) Mesoporous carbon and production method thereof, supported catalyst for fuel cell electrode and fuel cell using the same
KR101408041B1 (en) Mesoporous carbon including sulfur, manufacturing method thereof, and fuel cell using the same
KR100868756B1 (en) Pt/Ru alloy supported catalyst, manufacturing method thereof, and fuel cell using the same
KR101679809B1 (en) Preparation method of N-doped carbon-supported Pt catalyst and N-doped carbon-supported Pt catalyst using the same
CN111883792B (en) Transition metal manganese and nitrogen-doped carbon oxygen reduction electrocatalyst and preparation method and application thereof
JP2007137755A (en) Method of preparing mesoporous carbon, mesoporous carbon, supported catalyst and fuel cell
CN109659570B (en) Application of metal organic framework compound hollow microspheres loaded with iron cobalt sulfide
JP2015138780A (en) Electrode catalyst for fuel cell, method of preparing the same, and electrode for fuel cell and fuel cell that including the same
AU2013331477B2 (en) Non-PGM catalyst for ORR based on pyrolysed poly-complexes
KR101488827B1 (en) Method and process of metal catalyst for fuel cell using a complex compound, and fuel cell electrode adopting the catalyst and fuel cell comprising the electrode
KR101148830B1 (en) Supported catalyst for fuel cell, manufacturing method thereof, and fuel cell using the same
JP4759507B2 (en) Fuel cell electrode catalyst and fuel cell using the same
US9466842B2 (en) Fuel cell electrode catalyst including a core containing platinum, a transition metal, and a nonmetal element and a shell containing platinum and the nonmetal element electrode including the same, and method for preparing the same
KR101815248B1 (en) Method of preparing non-platinum catalyst for fuel cell
KR101808299B1 (en) Method of preparing porous non-Pt catalysts for a fuel cell
KR101847993B1 (en) Non-platinum catalyst for fuel cell and method of preparing the same
KR101742530B1 (en) Catalyst for oxydizing electrode in water electrolyzing device and method of preparing the same
KR101013600B1 (en) Colloidal-Imprinted carbon structure, Preparing method thereof and ?? carbon supported catalysts for electrodes of fuel cell using thereof
US11631865B2 (en) Transition metal support for catalyst electrode and method of manufacturing same
WO2017208742A1 (en) Carbon for supporting catalyst and production process therefor
WO2019177060A1 (en) Electrode catalyst for fuel cell, and fuel cell using same
Zeng et al. Increased Metal Utilization in Carbon‐Supported Pt Catalysts by Adsorption of Preformed Pt Nanoparticles on Colloidal Silica
CN113097503B (en) Catalyst synthesis method for proton exchange membrane fuel cell
KR101799640B1 (en) Preparing method of carbon catalyst with hierarchical meso- macroporous structure

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant