KR102054559B1 - Pt-CoO NANO PARTICLE, MANUFACTURING METHOD OF THE SAME AND CATALYST COMPRISING THE SAME - Google Patents

Pt-CoO NANO PARTICLE, MANUFACTURING METHOD OF THE SAME AND CATALYST COMPRISING THE SAME Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 백금-산화 코발트 나노입자의 제조방법 및 이를 통해서 제조된 나노입자에 대한 것으로, 본 발명을 통해 제조된 나노입자는 분지된 나노와이어 형태 또는 코어@쉘 구조의 나노큐브 형태를 나타내며, 지지체로 산화 그래핀을 사용하는 경우에는 연료 전지의 산소 환원 촉매로써 우수한 효율, 내구성 및 안정성을 나타낸다.The present invention relates to a method for preparing hybrid platinum-cobalt oxide nanoparticles and nanoparticles prepared through the same, wherein the nanoparticles prepared through the present invention represent branched nanowires or core cube-shaped nanocubes. When graphene oxide is used as a support, it shows excellent efficiency, durability and stability as an oxygen reduction catalyst of a fuel cell.

Description

Pt-CoO 나노입자, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 촉매{Pt-CoO NANO PARTICLE, MANUFACTURING METHOD OF THE SAME AND CATALYST COMPRISING THE SAME}Pt-CoO nanoparticles, preparation method thereof and catalyst comprising the same {Pt-CoO NANO PARTICLE, MANUFACTURING METHOD OF THE SAME AND CATALYST COMPRISING THE SAME}

본 발명은 금속 나노입자, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 촉매에 관한 것으로 보다 구체적으로는 하이브리드 Pt-CoO 나노입자, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 촉매에 관한 것이다.The present invention relates to metal nanoparticles, a method for preparing the same, and a catalyst comprising the same, and more particularly, to a hybrid Pt-CoO nanoparticle, a method for preparing the same, and a catalyst comprising the same.

기존의 거대한 금속 물질들과는 달리, 금속 나노입자는 높은 표면적 때문에 여러 분자들에 대해서 높은 반응성을 나타내며, 새로운 특성을 나타내므로 다양한 분야에서 사용되어 왔다.Unlike the existing large metal materials, metal nanoparticles have been used in various fields because of their high surface area, high reactivity to various molecules, and new properties.

한편, 하이브리드 나노입자의 경우, 단일 금속만으로 형성된 나노입자에 비해 물리적, 화학적 성질이 향상되는 경향을 보이므로, 다양한 분야에 적용할 수 있는 가능성이 드러났다. 이러한 하이브리드 금속 나노입자들 중에서 백금(Pt)을 기반으로 하는 하이브리드 나노입자를 제조하기 위한 기술 역시 많이 개발되고 있다. 그 중에서 용액 성장 방법(solution growth)을 이용한 나노입자 제조방법이 개발되고 있다.Meanwhile, in the case of hybrid nanoparticles, physical and chemical properties tend to be improved compared to nanoparticles formed of only a single metal, and thus, a possibility of being applied to various fields has been revealed. Among these hybrid metal nanoparticles, many techniques for manufacturing hybrid nanoparticles based on platinum (Pt) have also been developed. Among them, a method for producing nanoparticles using a solution growth method has been developed.

다양한 하이브리드 나노 복합체 중에서 백금과 산화코발트를 포함하는 하이브리드 나노입자도 개발되었으며, 주로 산화 환원 반응의 촉매로 사용되어 왔다.Among various hybrid nanocomposites, hybrid nanoparticles including platinum and cobalt oxide have also been developed, and have been mainly used as catalysts for redox reactions.

최근, 향상된 전극 촉매 활성 및 자기 적용(magnetic application)을 갖는 백금계 촉매에 대한 요구가 증가함에 따라 하이브리드 Pt-CoO 나노입자에 대한 연구가 진행되고 있다. 그러나 Pt-CoO 나노입자의 형태를 조절하는 것은 아직까지 어려움이 많고, 다양한 구조의 나노입자 제조방법 및 이를 통해 제조된 다양한 형태의 나노입자들의 특성에 대한 연구가 필요하다.Recently, research on hybrid Pt-CoO nanoparticles has been progressed as the demand for a platinum-based catalyst having improved electrode catalyst activity and magnetic application increases. However, it is still difficult to control the shape of Pt-CoO nanoparticles, and it is necessary to study the method of preparing nanoparticles of various structures and the characteristics of various types of nanoparticles manufactured through the same.

본 발명의 일 목적은 새로운 구조의 Pt-CoO 나노입자, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 촉매를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a Pt-CoO nanoparticles of a novel structure, a method for preparing the same, and a catalyst comprising the same.

본 발명의 일 목적을 위한 Pt-CoO 나노입자 제조방법은 지방 아민(fatty amine), 지방산(fatty acid) 및 코발트(cobalt) 전구체를 포함하는 코발트 전구체 용액을 가열하는 제1 단계; 백금(Platinum) 전구체를 포함하는 백금 전구체 용액을 상기 가열된 코발트 전구체 용액에 혼합하여 반응혼합물을 제조하는 제2 단계; 상기 반응혼합물을 가열하는 제3 단계; 상기 가열된 반응혼합물을 냉각시키는 제4 단계; 및 상기 냉각된 반응혼합물을 원심분리하는 제5 단계를 포함하여, 분지된 나노와이어(branched nanowire) 형태로 형성되는 것이다.Pt-CoO nanoparticle manufacturing method for one object of the present invention comprises a first step of heating a cobalt precursor solution containing a fatty amine, fatty acids and cobalt precursors; A second step of preparing a reaction mixture by mixing a platinum precursor solution including a platinum precursor with the heated cobalt precursor solution; A third step of heating the reaction mixture; A fourth step of cooling the heated reaction mixture; And a fifth step of centrifuging the cooled reaction mixture to form a branched nanowire.

본 발명의 다른 목적을 위한 Pt-CoO 나노입자 제조방법은 지방 아민(fatty amine), 지방산(fatty acid) 및 코발트(cobalt) 전구체를 포함하는 코발트 전구체 용액을 가열하는 제1 단계; 백금(Platinum) 전구체를 포함하는 백금 전구체 용액을 상기 가열된 코발트 전구체 용액에 혼합하여 반응혼합물을 제조하는 제2 단계; 상기 반응혼합물을 가열하는 제3 단계; 상기 가열된 반응혼합물을 냉각시키는 제4 단계; 및 상기 냉각된 반응혼합물을 원심분리하는 제5 단계를 포함하고, 상기 제1 단계 이후에, Fe(CO)5 용액을 첨가하는 단계;를 더 포함함으로써 상기 Pt-CoO 나노입자가 코어@쉘 나노큐브(core@shell nanocube) 형태로 형성되는 것이다.Pt-CoO nanoparticle manufacturing method for another object of the present invention comprises a first step of heating a cobalt precursor solution containing a fatty amine, fatty acids and cobalt precursors; A second step of preparing a reaction mixture by mixing a platinum precursor solution including a platinum precursor with the heated cobalt precursor solution; A third step of heating the reaction mixture; A fourth step of cooling the heated reaction mixture; And a fifth step of centrifuging the cooled reaction mixture, and after the first step, adding a Fe (CO) 5 solution. The Pt-CoO nanoparticles further include core @ shell nano. It is formed in the form of a cube (core @ shell nanocube).

일 실시예에서 상기 코발트 전구체는 Co(acac)2일 수 있다.In one embodiment, the cobalt precursor may be Co (acac) 2 .

일 실시예에서 상기 백금 전구체는 Pt(acac)2일 수 있다.In one embodiment, the platinum precursor may be Pt (acac) 2 .

일 실시예에서 상기 코발트 전구체 용액 및 상기 백금 전구체 용액의 용매는 1-옥타데센(ODE, 1-octadecene)일 수 있다.In one embodiment, the solvent of the cobalt precursor solution and the platinum precursor solution may be 1-octadecene (ODE, 1-octadecene).

일 실시예에서 상기 지방 아민은 올레일아민(OAm, Oleylamine)일 수 있다.In one embodiment, the fatty amine may be oleylamine (OAm, Oleylamine).

일 실시예에서 상기 지방산은 올레산(OA, oleic acid)일 수 있다.In one embodiment, the fatty acid may be oleic acid (OA).

일 실시예에서 상기 제1 단계는 상기 코발트 전구체 용액을 1차 가열한 다음, 상기 1차 가열보다 높은 온도에서 2차 가열하는 것일 수 있다.In one embodiment, the first step may be to heat the cobalt precursor solution first, and then to the second heating at a temperature higher than the first heating.

일 실시예에서 상기 제3 단계는 상기 반응혼합물을 120 분 내지 240 분 동안 가열하는 것일 수 있다.In one embodiment, the third step may be to heat the reaction mixture for 120 to 240 minutes.

일 실시예에서 상기 제3 단계는 상기 반응혼합물을 170 ℃ 내지 230 ℃까지 가열하는 것일 수 있다.In one embodiment, the third step may be to heat the reaction mixture to 170 ℃ to 230 ℃.

일 실시예에서 상기 제4 단계는 상기 가열된 반응혼합물을 실온으로 냉각시키는 것일 수 있다.In one embodiment, the fourth step may be to cool the heated reaction mixture to room temperature.

일 실시예에서 용매로 1-옥타데센, 지방 아민으로 올레일 아민, 지방산으로 올레산 및 코발트 전구체로 Co(acac)2를 포함하는 코발트 전구체 용액을 80 ℃ 내지 140 ℃로 30 분 내지 90 분 동안 가열하는 제1 단계; 1-옥타데센, 올레일 아민 및 백금 전구체로 Pt(acac)2를 포함하는 백금 전구체 용액을 상기 가열된 코발트 전구체 용액에 혼합하여 반응혼합물을 제조하는 제2 단계; 상기 반응혼합물을 170 ℃ 내지 230 ℃로 120 분 내지 240 분 동안 가열하는 제3 단계; 상기 가열된 반응혼합물을 실온으로 냉각시키는 제4 단계; 및 에탄올 및 헥산을 이용하여 상기 냉각된 반응혼합물을 원심분리하는 제5 단계;를 포함함으로써, 분지된 나노와이어(branched nanowire) 형태의 Pt-CoO 나노입자를 형성하는 것일 수 있다.In one embodiment, a cobalt precursor solution comprising 1-octadecene as solvent, oleyl amine as fatty amine, oleic acid as fatty acid, and Co (acac) 2 as cobalt precursor is heated to 80 ° C. to 140 ° C. for 30 to 90 minutes. A first step of making; A second step of preparing a reaction mixture by mixing a platinum precursor solution including Pt (acac) 2 with 1-octadecene, oleyl amine and platinum precursor to the heated cobalt precursor solution; A third step of heating the reaction mixture at 170 ° C. to 230 ° C. for 120 minutes to 240 minutes; A fourth step of cooling the heated reaction mixture to room temperature; And a fifth step of centrifuging the cooled reaction mixture using ethanol and hexane, thereby forming Pt-CoO nanoparticles in the form of branched nanowires.

일 실시예에서 상기 Fe(CO)5 용액은 6 μl 내지 24 μl를 첨가하는 것일 수 있다.In one embodiment, the Fe (CO) 5 solution may be to add 6 μl to 24 μl.

일 실시예에서 용매로 1-옥타데센, 지방 아민으로 올레일 아민, 지방산으로 올레산 및 코발트 전구체로 Co(acac)2를 포함하는 코발트 전구체 용액을 80 ℃ 내지 140 ℃로 30 분 내지 90 분 동안 가열하는 제1 단계; 1-옥타데센, 올레일 아민 및 백금 전구체로 Pt(acac)2를 포함하는 백금 전구체 용액을 상기 가열된 코발트 전구체 용액에 혼합하여 반응혼합물을 제조하는 제2 단계; 상기 반응혼합물을 170 ℃ 내지 230 ℃로 120 분 내지 240 분 동안 가열하는 제3 단계; 상기 가열된 반응혼합물을 실온으로 냉각시키는 제4 단계; 에탄올 및 헥산을 이용하여 상기 냉각된 반응혼합물을 원심분리하는 제5 단계;를 포함하고, 상기 제 1단계 다음에, Fe(CO)5 용액 6 μl 내지 24 μl를 첨가하는 단계;를 더 포함함으로써, 코어@쉘 나노큐브(core@shell nanocube) 형태의 Pt-CoO 나노입자를 형성하는 것일 수 있다.In one embodiment, a cobalt precursor solution comprising 1-octadecene as solvent, oleyl amine as fatty amine, oleic acid as fatty acid, and Co (acac) 2 as cobalt precursor is heated to 80 ° C. to 140 ° C. for 30 to 90 minutes. A first step of making; A second step of preparing a reaction mixture by mixing a platinum precursor solution including Pt (acac) 2 with 1-octadecene, oleyl amine and platinum precursor to the heated cobalt precursor solution; A third step of heating the reaction mixture at 170 ° C. to 230 ° C. for 120 minutes to 240 minutes; A fourth step of cooling the heated reaction mixture to room temperature; And a fifth step of centrifuging the cooled reaction mixture using ethanol and hexane, and after the first step, adding 6 μl to 24 μl of Fe (CO) 5 solution. , Pt-CoO nanoparticles in the form of a core @ shell nanocube may be formed.

본 발명의 다른 목적을 위한 Pt-CoO 나노입자는 본 발명의 제조방법을 통해서 제조되어, 상기 Pt-CoO 나노입자에서 Pt는 결정질이고, CoO는 비정질일 수 있다.Pt-CoO nanoparticles for another object of the present invention is prepared through the production method of the present invention, in the Pt-CoO nanoparticles Pt is crystalline, CoO may be amorphous.

본 발명의 또 다른 목적을 위한 Pt-CoO 촉매는 본 발명의 제조방법을 통해 제조되어, 분지된 나노와이어(branched nanowire) 또는 코어@쉘 나노큐브(core@shell nanocube) 형태로 형성된 Pt-CoO 나노입자가 그래핀 산화물에 담지된 것이다.Pt-CoO catalyst for another object of the present invention is prepared through the production method of the present invention, Pt-CoO nano formed in the form of branched nanowire (core @ shell nanocube) The particles are supported on graphene oxide.

일 실시예에서 상기 분지된 나노와이어 형태의 Pt-CoO 나노입자가 그래핀 산화물에 담지된 상기 Pt-CoO 촉매는 산소 환원 반응에서 0.95 V 이상의 전위를 나타내는 것일 수 있다.In one embodiment, the Pt-CoO catalyst in which the branched nanowire-shaped Pt-CoO nanoparticles are supported on graphene oxide may exhibit a potential of 0.95 V or more in an oxygen reduction reaction.

일 실시예에서 상기 코어@쉘 나노큐브 형태의 Pt-CoO 나노입자가 그래핀 산화물에 담지된 상기 Pt-CoO 촉매는 산소 환원 반응에서 0.90 V 이상의 전위를 나타내는 것일 수 있다.In one embodiment, the Pt-CoO catalyst in which the Pt-CoO nanoparticles of the core @ shell nanocube form supported on graphene oxide may exhibit a potential of 0.90 V or more in an oxygen reduction reaction.

일 실시예에서 상기 Pt-CoO 촉매는 연료 전지의 산소 환원 촉매로 사용되는 것일 수 있다.In one embodiment, the Pt-CoO catalyst may be used as an oxygen reduction catalyst of a fuel cell.

본 발명은 Pt-CoO 나노입자 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 제조방법을 통해서 분지된 나노와이어 형태 및 오목한 코어@쉘 구조의 나노큐브 형태를 갖는 Pt-CoO 나노입자를 제조할 수 있다. 상기 본 발명을 통해 제조된 나노입자의 경우, 산소 환원 반응 활성이 우수하므로 촉매 분야에서 사용될 수 있다.The present invention relates to Pt-CoO nanoparticles and a method of manufacturing the same, it is possible to produce Pt-CoO nanoparticles having a branched nanowire form and a concave core-shell structure nanocube form through the production method of the present invention. . In the case of the nanoparticles prepared through the present invention, since the oxygen reduction reaction is excellent, it can be used in the field of catalysts.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 4는 일 실시예에 따라 제조된 나노입자를 나타낸 도면들이다.
도 5 내지 도 8은 나노입자 분석 결과를 나타낸 도면들이다.
도 9는 반응 중간체를 나타낸 도면이다.
도 10 내지 도 12는 비교예를 나타낸 도면들이다.
도 13 내지 도 16은 촉매 성능 분석 결과를 나타낸 도면들이다.
도 17 및 도 18은 안정성 평가 결과를 나타낸 도면들이다.
1 is a view showing an embodiment of the present invention.
2 and 4 are views showing the nanoparticles prepared according to one embodiment.
5 to 8 are diagrams showing the results of nanoparticle analysis.
9 shows a reaction intermediate.
10 to 12 are views showing a comparative example.
13 to 16 are diagrams showing the results of catalyst performance analysis.
17 and 18 are diagrams showing the results of stability evaluation.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprises" or "having" are intended to indicate that there is a feature, step, operation, component, part, or combination thereof described on the specification, and one or more other features or steps. It is to be understood that the present invention does not exclude, in advance, the possibility of the presence or the addition of an operation, a component, a part, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

본 발명의 Pt-CoO 나노입자 제조방법은 지방 아민(fatty amine), 지방산(fatty acid) 및 코발트(cobalt) 전구체를 포함하는 코발트 전구체 용액을 가열하는 제1 단계; 백금(Platinum) 전구체를 포함하는 백금 전구체 용액을 상기 가열된 코발트 전구체 용액에 혼합하여 반응혼합물을 제조하는 제2 단계; 상기 반응혼합물을 가열하는 제3 단계; 상기 가열된 반응혼합물을 냉각시키는 제4 단계; 및 상기 냉각된 반응혼합물을 원심분리하는 제5 단계를 포함하여, 분지된 나노와이어(branched nanowire) 형태로 형성되는 것이다.Pt-CoO nanoparticle manufacturing method of the present invention comprises a first step of heating a cobalt precursor solution containing a fatty amine, fatty acids and cobalt precursors; A second step of preparing a reaction mixture by mixing a platinum precursor solution including a platinum precursor with the heated cobalt precursor solution; A third step of heating the reaction mixture; A fourth step of cooling the heated reaction mixture; And a fifth step of centrifuging the cooled reaction mixture to form a branched nanowire.

본 발명의 다른 Pt-CoO 나노입자 제조방법은 지방 아민(fatty amine), 지방산(fatty acid) 및 코발트(cobalt) 전구체를 포함하는 코발트 전구체 용액을 가열하는 제1 단계; 백금(Platinum) 전구체를 포함하는 백금 전구체 용액을 상기 가열된 코발트 전구체 용액에 혼합하여 반응혼합물을 제조하는 제2 단계; 상기 반응혼합물을 가열하는 제3 단계; 상기 가열된 반응혼합물을 냉각시키는 제4 단계; 및 상기 냉각된 반응혼합물을 원심분리하는 제5 단계를 포함하고, 상기 제1 단계 다음에, Fe(CO)5 용액을 첨가하는 단계;를 더 포함함으로써 상기 Pt-CoO 나노입자가 코어@쉘 나노큐브 형태로 형성되는 것일 수 있다.Another Pt-CoO nanoparticle manufacturing method of the present invention comprises a first step of heating a cobalt precursor solution containing a fatty amine (fatty amine), fatty acids (fatty acid) and cobalt (cobalt) precursor; A second step of preparing a reaction mixture by mixing a platinum precursor solution including a platinum precursor with the heated cobalt precursor solution; A third step of heating the reaction mixture; A fourth step of cooling the heated reaction mixture; And a fifth step of centrifuging the cooled reaction mixture, and after the first step, adding a Fe (CO) 5 solution to the Pt-CoO nanoparticles by core @ shell nanos. It may be formed in the form of a cube.

일 실시예에서 상기 코발트 전구체로는 코발트 화합물을 사용할 수 있으며, 예를 들어 코발트(II) 아세틸아세토네이트(Co(acac)2, Cobalt(II) acetylacetonate), 디코발트옥타카르보닐(Dicobalt octacarbonyl) 및 코발트 클로라이드(Cobaltous Chloride) 중에서 적어도 하나 이상을 포함할 수 있고, 예를 들어 상기 코발트 전구체는 Co(acac)2만을 사용한 것일 수 있다.In one embodiment, a cobalt compound may be used as the cobalt precursor. For example, cobalt (II) acetylacetonate (Co (acac) 2 , Cobalt (II) acetylacetonate), dicobalt octacarbonyl, and Cobalt chloride (Cobaltous Chloride) may include at least one or more, for example, the cobalt precursor may be used using only Co (acac) 2 .

일 실시예에서 상기 백금 전구체는 백금 화합물을 사용할 수 있으며, 예를 들어 백금 아세틸아세토네이트(Pt(acac)2, platinum acetylacetonate), 백금헥사플로로아세틸아세토네이트 (Platinum hexafluoroacetylacetonate) 및 백금 헥사아세틸아세토네이트 중에서 적어도 하나 이상을 포함할 수 있고, 예를 들어 상기 백금 전구체는 Pt(acac)2만을 사용한 것일 수 있다.In one embodiment, the platinum precursor may use a platinum compound, for example, platinum acetylacetonate (Pt (acac) 2 , platinum acetylacetonate), platinum hexafluoroacetylacetonate and platinum hexaacetylacetonate It may include at least one or more, for example, the platinum precursor may be used using only Pt (acac) 2 .

일 실시예에서 상기 코발트 전구체 용액 및 상기 백금 전구체 용액의 용매는 유기용매일 수 있다. 예를 들어 상기 코발트 전구체 용액 및 상기 백금 전구체 용액의 상기 용매는 1-옥타데센(ODE, 1-octadecene)일 수 있다.In one embodiment, the solvent of the cobalt precursor solution and the platinum precursor solution may be an organic solvent. For example, the solvent of the cobalt precursor solution and the platinum precursor solution may be 1-octadecene (ODE, 1-octadecene).

일 실시예에서 상기 지방 아민은 불포화 지방 아민 및 이를 포함하는 혼합물것일 수 있고, 예를 들어 상기 지방 아민은 올레일아민(OAm, Oleylamine)일 수 있다. 본 발명의 제조방법에서 지방 아민은 환원제로 사용되는 것일 수 있다.In one embodiment, the fatty amine may be an unsaturated fatty amine and a mixture comprising the same, for example the fatty amine may be oleylamine (OAm, Oleylamine). In the preparation method of the present invention, the fatty amine may be used as a reducing agent.

일 실시예에서 상기 지방산은 지방산 화합물 일 수 있고, 예를 들어 올레산(OA, oleic acid)일 수 있다. 본 발명의 제조방법에서 상기 지방산은 계면활성제 또는 표면안정제로 사용되는 것일 수 있다.In one embodiment, the fatty acid may be a fatty acid compound, for example, oleic acid (OA). In the production method of the present invention, the fatty acid may be used as a surfactant or surface stabilizer.

예를 들어 상기 코발트 전구체 용액은 Co(acac)2, 1-옥타데센, 올레산 및 올레일아민을 포함하는 것 일 수 있고, 상기 백금 전구체 용액은 Pt(acac)2, 1-옥타데센 및 올레일아민을 포함하는 것일 수 있다.For example, the cobalt precursor solution may be Co (acac) 2 , 1-octadecene, oleic acid and oleylamine, and the platinum precursor solution is Pt (acac) 2 , 1-octadecene and oleyl It may be one containing an amine.

일 실시예에서 상기 제1 단계는 상기 코발트 전구체 용액을 1차 가열하고, 2차 가열하는 것일 수 있다. 상기 1차 가열은 상기 코발트 전구체 용액 내에 물을 제거하기 위해 수행하는 것일 수 있고, 상기 2차 가열은 Fe(CO)5를 첨가하는 경우, Fe(CO)5를 열분해하여 균일한 나노입자를 형성하기 위해 수행하는 것일 수 있다.In one embodiment, the first step may be to first heat the cobalt precursor solution and second heat. The primary heating may be performed to remove water in the cobalt precursor solution, and the secondary heating may pyrolyze Fe (CO) 5 to form uniform nanoparticles when Fe (CO) 5 is added. It may be to perform.

일 실시예에서 상기 1차 가열은 상기 코발트 전구체에 포함되어 있을 수 있는 물을 건조하기 위해, 80 ℃ 이상으로 가열하는 것일 수 있다. 예를 들어 상기 코발트 전구체 용액을 80 ℃ 내지 120 ℃로 가열하고 30 분 내지 90 분 동안 방치하는 것일 수 있다. 예를 들어 상기 코발트 전구체 용액을 80 ℃ 보다 낮은 온도로 상기 1차 가열하는 경우 상기 코발트 전구체 용액에 물이 존재할 수 있고, 상기 1차 가열된 코발트 전구체 용액을 30 분 보다 짧은 시간 방치하면 충분히 물이 건조되지 않는 문제점이 있을 수 있다. 예를 들어 상기 코발트 전구체 용액을 100 ℃로 가열한 다음 60 분 동안 유지하는 것일 수 있다. 일 실시예에서 상기 가열된 코발트 전구체 용액은 진공 상태에서 유지되는 것일 수 있다.In one embodiment, the primary heating may be to heat to 80 ℃ or more, in order to dry the water that may be included in the cobalt precursor. For example, the cobalt precursor solution may be heated to 80 ° C. to 120 ° C. and left for 30 to 90 minutes. For example, when the cobalt precursor solution is first heated to a temperature lower than 80 ° C., water may be present in the cobalt precursor solution, and when the first heated cobalt precursor solution is left for less than 30 minutes, sufficient water There may be a problem that does not dry. For example, the cobalt precursor solution may be heated to 100 ° C. and then maintained for 60 minutes. In one embodiment, the heated cobalt precursor solution may be maintained in a vacuum state.

일 실시예에서 상기 2차 가열은 상기 1차 가열한 코발트 전구체 용액을 100 ℃ 내지 140 ℃로 2차 가열하는 것일 수 있다. 일 실시예에서 Fe(CO)5용액을 첨가한 다음 100 ℃ 내지 140 ℃로 가열하는 것일 수 있다. 예를 들어 상기 2차 가열은 상기 1차 가열한 코발트 전구체 용액을 120 ℃로 한 번 더 가열하는 것일 수 있다. 일 실시예에서 상기 2차 가열은 15 분 내지 45 분 동안 수행하는 것일 수 있다. 예를 들어 상기 1차 가열된 코발트 전구체 용액을 15 분 내지 45 분 동안 100 ℃ 내지 140 ℃로 가열하는 것일 수 있다. 예를 들어 100 ℃ 보다 낮은 온도로 상기 2차 가열하는 경우 Fe(CO)5의 열분해가 충분하게 이루어지지 못하여 균일한 나노입자가 형성되지 않는 문제점등이 발생할 수 있고, 140 ℃ 보다 높은 온도로 상기 2차 가열하는 경우 Fe(CO)5의 열분해가 너무 빠르게 일어나므로 나노입자 형성이 불완전한 문제점이 발생할 수 있다. 또한 15 분 보다 짧은 시간 가열하면, 나노입자가 충분히 균일하게 형성되지 않는 문제점이 있을 수 있고, 45 분 보다 오래 가열하게 되면 나노입자의 응집이 발생하여 불균일한 나노입자가 형성되는 문제점이 있을 수 있다. 일 예로 상기 2차 가열은 아르곤 기체 존재하에서 수행하는 것일 수 있다. 예를 들어 상기 코발트 전구체 용액을 120 ℃로 가열하고, 아르곤 기체 존재하에서 30 분 동안 가열하여 120 ℃로 유지하는 것일 수 있다.In one embodiment, the secondary heating may be to secondary heating the first heated cobalt precursor solution to 100 ℃ to 140 ℃. In one embodiment it may be to add Fe (CO) 5 solution and then heated to 100 ℃ to 140 ℃. For example, the secondary heating may be to heat the primary heated cobalt precursor solution once more to 120 ° C. In one embodiment, the secondary heating may be performed for 15 minutes to 45 minutes. For example, the first heated cobalt precursor solution may be heated to 100 ° C. to 140 ° C. for 15 to 45 minutes. For example, when the secondary heating is performed at a temperature lower than 100 ° C., the thermal decomposition of Fe (CO) 5 may not be sufficient, resulting in problems that uniform nanoparticles may not be formed, and the temperature may be higher than 140 ° C. In case of the second heating, pyrolysis of Fe (CO) 5 occurs so rapidly that nanoparticle formation may be incomplete. In addition, if the heating time for less than 15 minutes, there may be a problem that the nanoparticles are not formed uniformly enough, if the heating is longer than 45 minutes may cause a problem that the aggregation of the nanoparticles occurs to form a non-uniform nanoparticles . For example, the secondary heating may be performed in the presence of argon gas. For example, the cobalt precursor solution may be heated to 120 ° C. and heated at 120 ° C. for 30 minutes in the presence of argon gas.

일 실시예에서 상기 제2 단계는 상기 1차 가열된 코발트 전구체 용액과 상기 백금 전구체 용액을 혼합하여 반응혼합물(반응혼합물 1)을 제조하는 것일 수 있고, 상기 1차 가열된 코발트 전구체 용액에 상기 Fe(CO)5 용액을 첨가하고 혼합용액을 제조하고 2차 가열한 다음, 상기 혼합용액과 상기 백금 전구체 용액을 혼합하여 반응혼합물(반응혼합물 2)을 제조하는 것일 수 있다.In one embodiment, the second step may be to prepare a reaction mixture (reaction mixture 1) by mixing the first heated cobalt precursor solution and the platinum precursor solution, the Fe in the first heated cobalt precursor solution (CO) A solution 5 may be added, a mixed solution is prepared and heated secondly, followed by mixing the mixed solution and the platinum precursor solution to prepare a reaction mixture (reaction mixture 2).

상기 반응혼합물 2는 상기 가열된 코발트 전구체 용액에 상기 Fe(CO)5 용액을 첨가하여 혼합용액을 제조한 다음, 상기 혼합용액을 150 ℃ 내지 250 ℃로 가열한 후, 10 분 내지 30 분 동안 온도를 유지한 다음에 상기 백금 전구체 용액을 혼합하는 것일 수 있다. 예를 들어 상기 반응혼합물 2는 상기 가열된 코발트 전구체 용액에 상기 Fe(CO)5 용액을 첨가하여 혼합용액을 제조한 다음, 상기 혼합용액을 200 ℃로 가열하고, 20 분 동안 온도를 유지한 다음에 상기 백금 전구체 용액을 혼합하는 것일 수 있다.The reaction mixture 2 was prepared by the addition of the Fe (CO) 5 solution to the heated cobalt precursor solution to prepare a mixed solution, and then heated to 150 ℃ to 250 ℃, 10 minutes to 30 minutes After maintaining it may be to mix the platinum precursor solution. For example, in the reaction mixture 2, a mixed solution is prepared by adding the Fe (CO) 5 solution to the heated cobalt precursor solution, and then heating the mixed solution to 200 ° C. and maintaining the temperature for 20 minutes. It may be to mix the platinum precursor solution.

일 실시예에서 상기 제3 단계는 상기 반응혼합물을 120 분 내지 240 분 동안 가열하는 것일 수 있다. 일 실시예에서 상기 제3 단계는 상기 반응혼합물을 170 ℃ 내지 230 ℃까지 가열하는 것일 수 있다. 예를 들어 상기 반응혼합물을 120 분 보다 짧게 가열하는 경우에는 산화코발트가 충분히 성장하지 못하여 나노입자가 불규칙하게 형성되는 문제점이 발생할 수 있고, 240 분 보다 오래 가열하게 되면 산화코발트의 증착 시간이 길어져 과도한 성장 및 나노입자 간의 응집이 발생하여 불규칙한 나노입자가 형성되는 문제점이 발생할 수 있다. 그리고 상기 반응혼합물을 170℃ 보다 낮은 온도 또는 230 ℃ 보다 높은 온도로 가열하는 경우에는 불규칙한 나노입자가 형성되는 문제점이 있을 수 있다. 예를 들어 상기 제3 단계는 상기 반응혼합물(반응혼합물 1 및 2)을 180 분 동안 200 ℃로 가열하는 것일 수 있다.In one embodiment, the third step may be to heat the reaction mixture for 120 to 240 minutes. In one embodiment, the third step may be to heat the reaction mixture to 170 ℃ to 230 ℃. For example, when the reaction mixture is heated for less than 120 minutes, cobalt oxide may not grow sufficiently, causing nanoparticles to be irregularly formed. If the reaction mixture is heated for more than 240 minutes, the deposition time of the cobalt oxide may be long and excessive. Growth and agglomeration between nanoparticles may occur, causing irregular nanoparticles to form. In addition, when the reaction mixture is heated to a temperature lower than 170 ° C. or higher than 230 ° C., irregular nanoparticles may be formed. For example, the third step may be heating the reaction mixture (reaction mixtures 1 and 2) to 200 ° C. for 180 minutes.

일 실시예에서 상기 제4 단계는 상기 가열된 반응혼합물을 실온으로 냉각시키는 것일 수 있다.In one embodiment, the fourth step may be to cool the heated reaction mixture to room temperature.

일 실시예에서 상기 제5 단계의 원심분리는 유기물이 잘 용해될 수 있도록 알코올 및 포화 탄화수소를 이용하여 수행하는 것일 수 있다. 예를 들어 상기 제5 단계의 원심분리는 에탄올(ethanol) 및 헥산(hexane)을 이용하여 수행하는 것일 수 있다.In one embodiment, the fifth step of centrifugation may be performed by using an alcohol and a saturated hydrocarbon to dissolve the organic material well. For example, the fifth step of centrifugation may be performed using ethanol and hexane.

일 실시예에서 용매로 1-옥타데센, 지방 아민으로 올레일 아민, 지방산으로 올레산 및 코발트 전구체로 Co(acac)2를 포함하는 코발트 전구체 용액을 80 ℃ 내지 140 ℃로 30 분 내지 90분 동안 가열하는 제1 단계; 1-옥타데센, 올레일 아민 및 백금 전구체로 Pt(acac)2를 포함하는 백금 전구체 용액을 상기 가열된 코발트 전구체 용액에 혼합하여 반응혼합물을 제조하는 제2 단계; 상기 반응혼합물을 170 ℃ 내지 230 ℃로 120 분 내지 240 분 동안 가열하는 제3 단계; 상기 가열된 반응혼합물을 실온으로 냉각시키는 제4 단계; 및 에탄올 및 헥산을 이용하여 상기 냉각된 반응혼합물을 원심분리하는 제5 단계;를 포함함으로써, 분지된 나노와이어(branched nanowire) 형태의 Pt-CoO 나노입자를 형성하는 것일 수 있다.In one embodiment, a cobalt precursor solution comprising 1-octadecene as solvent, oleyl amine as fatty amine, oleic acid as fatty acid and Co (acac) 2 as cobalt precursor is heated to 80 ° C. to 140 ° C. for 30 to 90 minutes. A first step of making; A second step of preparing a reaction mixture by mixing a platinum precursor solution including Pt (acac) 2 with 1-octadecene, oleyl amine and platinum precursor to the heated cobalt precursor solution; A third step of heating the reaction mixture at 170 ° C. to 230 ° C. for 120 minutes to 240 minutes; A fourth step of cooling the heated reaction mixture to room temperature; And a fifth step of centrifuging the cooled reaction mixture using ethanol and hexane, thereby forming Pt-CoO nanoparticles in the form of branched nanowires.

예를 들어 1-옥타데센, 올레일 아민, 올레산 및 Co(acac)2를 포함하는 코발트 전구체 용액을 100 ℃로 가열하고, 1 시간 동안 진공 상태(under vacuum)에서 유지시킨 다음, 서서히 120 ℃로 1차 가열하고, 아르곤 기체 존재하에 30 분 동안 120 ℃로 2차 가열하는 제1 단계, 1-옥타데센, 올레일 아민 및 백금 전구체로 Pt(acac)2를 포함하는 백금 전구체 용액을 상기 가열된 코발트 전구체 용액에 혼합하여 반응혼합물을 제조하는 제2 단계, 상기 반응혼합물을 180 분 동안, 200 ℃로 가열하는 제3 단계, 상기 가열된 반응혼합물을 실온으로 냉각시키는 제4 단계 및 에탄올 및 헥산을 이용하여 상기 냉각된 반응혼합물을 원심분리하는 제5 단계를 포함함으로써, 분지된 나노와이어(branched nanowire) 형태의 Pt-CoO 나노입자를 형성할 수 있다.For example, a cobalt precursor solution comprising 1-octadecene, oleyl amine, oleic acid, and Co (acac) 2 is heated to 100 ° C., maintained under vacuum for 1 hour, and then slowly to 120 ° C. Heating the platinum precursor solution comprising Pt (acac) 2 with 1-octadecene, oleyl amine and platinum precursor, the first step of heating first and secondly heating to 120 ° C. for 30 minutes in the presence of argon gas. A second step of preparing a reaction mixture by mixing in a cobalt precursor solution, a third step of heating the reaction mixture at 200 ° C. for 180 minutes, a fourth step of cooling the heated reaction mixture to room temperature, and ethanol and hexane By using a fifth step of centrifuging the cooled reaction mixture by using, it is possible to form Pt-CoO nanoparticles in the form of branched nanowires.

일 실시예에서 상기 Fe(CO)5 용액은 6 μl 내지 24 μl를 첨가하는 것일 수 있다. 상기 Fe(CO)5 용액을 5 μl 이하로 첨가하는 경우, 나노 큐브 형태가 형성되지 않고 둥근 형태의 나노입자가 형성되며, 25 μl를 첨가하는 경우에는 균일하지 않은 형태의 나노 입자가 형성되는 문제점이 발생할 수 있다.In one embodiment, the Fe (CO) 5 solution may be to add 6 μl to 24 μl. When the Fe (CO) 5 solution is added to 5 μl or less, nanocube forms are not formed and round nanoparticles are formed, and when 25 μl is added, non-uniform nanoparticles are formed. This can happen.

상기 Fe(CO)5 용액은 1-옥타데센, 올레산 및 올레일아민 중에서 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 첨가제 용액은 Fe(CO)5 및 1-옥타데센을 포함하는 것 일 수 있다.The Fe (CO) 5 solution may include at least one of 1-octadecene, oleic acid, and oleylamine. For example, the additive solution may be one containing Fe (CO) 5 and 1-octadecene.

일 실시예에서 용매로 1-옥타데센, 지방 아민으로 올레일 아민, 지방산으로 올레산 및 코발트 전구체로 Co(acac)2를 포함하는 코발트 전구체 용액을 80 ℃ 내지 140 ℃로 30 분 내지 90 분 동안 가열하는 제1 단계; 1-옥타데센, 올레일 아민 및 백금 전구체로 Pt(acac)2를 포함하는 백금 전구체 용액을 상기 가열된 코발트 전구체 용액에 혼합하여 반응혼합물을 제조하는 제2 단계; 상기 반응혼합물을 120 분 내지 240 분 동안, 170 ℃ 내지 230 ℃로 가열하는 제3 단계; 상기 가열된 반응혼합물을 실온으로 냉각시키는 제4 단계; 에탄올 및 헥산을 이용하여 상기 냉각된 반응혼합물을 원심분리하는 제5 단계;를 포함하고, 상기 제 1단계 다음에, Fe(CO)5 용액을 첨가하는 단계;를 더 포함함으로써, 코어@쉘 나노큐브(core@shell nanocube) 형태의 Pt-CoO 나노입자를 형성할 수 있다.In one embodiment, a cobalt precursor solution comprising 1-octadecene as solvent, oleyl amine as fatty amine, oleic acid as fatty acid, and Co (acac) 2 as cobalt precursor is heated to 80 ° C. to 140 ° C. for 30 to 90 minutes. A first step of making; A second step of preparing a reaction mixture by mixing a platinum precursor solution including Pt (acac) 2 with 1-octadecene, oleyl amine and platinum precursor to the heated cobalt precursor solution; A third step of heating the reaction mixture at 170 ° C. to 230 ° C. for 120 to 240 minutes; A fourth step of cooling the heated reaction mixture to room temperature; And a fifth step of centrifuging the cooled reaction mixture using ethanol and hexane, and further comprising adding a Fe (CO) 5 solution after the first step, thereby further comprising: core @ shell nano Pt-CoO nanoparticles in the form of a cube (core @ shell nanocube) may be formed.

예를 들어 1-옥타데센, 올레일 아민, 올레산 및 Co(acac)2를 포함하는 코발트 전구체 용액을 100 ℃로 가열하고, 1 시간 동안 진공 상태(under vacuum)에서 유지시킨 다음, 서서히 120 ℃로 1차 가열하고, 아르곤 기체 존재하에 30 분 동안 120 ℃로 2차 가열하는 제1 단계, 상기 제1 단계 이후에 Fe(CO)5 용액을 첨가하여 혼합용액을 제조하고, 1-옥타데센, 올레일 아민 및 백금 전구체로 Pt(acac)2를 포함하는 백금 전구체 용액을 상기 혼합 용액에 혼합하여 반응혼합물을 제조하는 제2 단계, 상기 반응혼합물을 180 분 동안, 200 ℃로 가열하는 제3 단계, 상기 가열된 반응혼합물을 실온으로 냉각시키는 제4 단계 및 에탄올 및 헥산을 이용하여 상기 냉각된 반응혼합물을 원심분리하는 제5 단계를 포함함으로써, 코어@쉘 나노큐브(core@shell nanocube) 형태의 Pt-CoO 나노입자를 형성할 수 있다.For example, a cobalt precursor solution comprising 1-octadecene, oleyl amine, oleic acid, and Co (acac) 2 is heated to 100 ° C., maintained under vacuum for 1 hour, and then slowly to 120 ° C. The first step of heating, the second step of heating to 120 ℃ for 30 minutes in the presence of argon gas, after the first step to add a Fe (CO) 5 solution to prepare a mixed solution, 1-octadecene, ole A second step of preparing a reaction mixture by mixing a platinum precursor solution containing Pt (acac) 2 with one amine and a platinum precursor to the mixed solution, a third step of heating the reaction mixture at 200 ° C. for 180 minutes, A fourth step of cooling the heated reaction mixture to room temperature and a fifth step of centrifuging the cooled reaction mixture using ethanol and hexane, thereby forming Pt in the form of a core @ shell nanocube. -CoO nanoparticles formed Can.

본 발명의 다른 목적을 위한 Pt-CoO 나노입자는 본 발명의 제조방법을 통해서 제조되어, 분지된 나노와이어(branched nanowire) 또는 코어@쉘 나노큐브(core@shell nanocube) 형태로 형성되며 상기 Pt-CoO 나노입자에서 Pt는 결정질이고, CoO는 비정질일 수 있다.Pt-CoO nanoparticles for another object of the present invention is prepared through the production method of the present invention, is formed in the form of branched nanowire (branched nanowire) or core @ shell nanocube (core @ shell nanocube) and the Pt- In CoO nanoparticles Pt may be crystalline and CoO may be amorphous.

일 실시예에서 상기 Pt-CoO 나노입자는 촉매로 사용될 수 있으며, 예를 들어 전기 화학 촉매로 사용될 수 있다. 예를 들어 상기 Pt-CoO 나노입자는 지지체에 담지시켜 안정성 또는 내구성을 향상시킬 수 있고, 향상된 특성을 갖는 촉매로 사용될 수 있다. 상기 지지체는 그래핀 산화물일 수 있고, 예를 들어 상기 나노입자를 산화 그래핀에 담지시켜 촉매로 사용될 수 있다.In one embodiment, the Pt-CoO nanoparticles can be used as a catalyst, for example as an electrochemical catalyst. For example, the Pt-CoO nanoparticles may be supported on a support to improve stability or durability, and may be used as a catalyst having improved properties. The support may be graphene oxide, for example, the nanoparticles may be supported on graphene oxide and used as a catalyst.

본 발명의 또 다른 목적을 위한 Pt-CoO 촉매는 본 발명의 제조방법을 통해 분지된 나노와이어(branched nanowire) 또는 코어@쉘 나노큐브(core@shell nanocube) 형태로 형성된 Pt-CoO 나노입자가 그래핀 산화물에 담지된 것이다.Pt-CoO catalyst for another object of the present invention is Pt-CoO nanoparticles formed in the form of branched nanowire (core @ shell nanocube) branched through the production method of the present invention. It is supported on pin oxide.

일 실시예에서 상기 분지된 나노와이어 형태의 Pt-CoO 나노입자가 그래핀 산화물에 담지된 상기 Pt-CoO 촉매는 산소 환원 반응에서 0.95 V 이상의 전위를 나타낼 수 있다. 예를 들어 상기 분지된 나노와이어 형태의 Pt-CoO 나노입자가 그래핀 산화물에 담지된 상기 Pt-CoO 촉매는 산소 환원 반응에서 0.98 V의 전위를 나타낼 수 있다. In one embodiment, the Pt-CoO catalyst having the branched nanowire-shaped Pt-CoO nanoparticles supported on graphene oxide may exhibit a potential of 0.95 V or more in an oxygen reduction reaction. For example, the Pt-CoO catalyst in which the branched nanowire-shaped Pt-CoO nanoparticles are supported on graphene oxide may exhibit a potential of 0.98 V in an oxygen reduction reaction.

일 실시예에서 상기 코어@쉘 나노큐브 형태의 Pt-CoO 나노입자가 그래핀 산화물에 담지된 상기 Pt-CoO 촉매는 산소 환원 반응에서 0.90 V 이상의 전위를 나타낼 수 있다. 예를 들어 상기 코어@쉘 나노큐브 형태의 Pt-CoO 나노입자가 그래핀 산화물에 담지된 상기 Pt-CoO 촉매는 산소 환원 반응에서 0.93 V의 전위를 나타낼 수 있다. In one embodiment, the Pt-CoO catalyst having Pt-CoO nanoparticles in the form of the core @ shell nanocube supported on graphene oxide may exhibit a potential of 0.90 V or more in an oxygen reduction reaction. For example, the Pt-CoO catalyst having Pt-CoO nanoparticles in the form of the core @ shell nanocube supported on graphene oxide may exhibit a potential of 0.93 V in an oxygen reduction reaction.

일 실시예에서 상기 Pt-CoO 촉매는 연료 전지의 산소 환원 촉매로 사용될 수 있다.In one embodiment, the Pt-CoO catalyst may be used as an oxygen reduction catalyst of a fuel cell.

본 발명을 통해서 단일 포트 시스템(one-pot system)에서 분지된 나노와이어 형태의 Pt-CoO 나노입자(branched Pt-CoO nanowires)(NWs), 오목한 코어@쉘 나노큐브 형태의 Pt-CoO 나노입자(core@shell concave nanocubes)(NCs) 및 이들의 제조방법을 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 제조방법은 Pt-CoO 나노입자 제조 시, Fe(CO)5의 양을 조절함으로써 백금 시드(seed)의 형태를 제어할 수 있다. 따라서 본 발명을 통해서 하이브리드 Pt-CoO 나노입자의 형태를 조절할 수 있다.Branched Pt-CoO nanoparticles (NWs) in the form of nanowires branched in a one-pot system (NWs), Pt-CoO nanoparticles in the form of concave core @ shell nanocube ( core @ shell concave nanocubes) (NCs) and methods for their preparation can be provided. In addition, the production method of the present invention can control the form of the platinum seed (seed) by adjusting the amount of Fe (CO) 5 during the production of Pt-CoO nanoparticles. Therefore, it is possible to control the shape of the hybrid Pt-CoO nanoparticles through the present invention.

또한, Aliviasatos et al. Kirkendall 효과를 통해 금속 전구체의 분해 및 환원이 발생하여 Pt@CoO 코어@쉘 나노입자가 개발되었고, PtmCom/CoO1-x 나노막대(nanorods)가 수성 가스 전환 반응(the water-gas shift reaction)에 효과적인 촉매로 사용될 수 있다.In addition, Aliviasatos et al. The Kirkendall effect caused the decomposition and reduction of metal precursors to develop Pt @ CoO core @ shell nanoparticles, and Pt m Co m / CoO 1-x nanorods were used for the water-gas shift. It can be used as an effective catalyst for the reaction.

Pt-CoO 나노입자 제조 시, Fe(CO)5가 없는 경우에는 작은 백금 시드 입자의 부착, 그리고 증착에 의한 산화코발트의 성장을 통해 분지된 구조의 Pt-CoO 나노와이어 형태의 나노입자가 합성될 수 있다. 반면에 Pt-CoO 나노입자 제조 시, Fe(CO)5를 첨가하는 경우에는 밀집된 표면보다 백금 표면에 코발트가 더 강하게 흡착하기 때문에 Pt@CoO 코어@쉘 구조의 오목한 나노큐브가 합성될 수 있다. 또한 환원제(reducing agents), 전구체 농도(precursor concentrations) 및 안정화제(stabilizing agents)와 같은 다른 조건을 조절하여 Pt-CoO 나노 입자 합성에 대한 반응 동역학 효과(the effects of reaction kinetics on the synthesis)를 평가하였다. 백금/산화 그래핀(Pt/graphene oxide(GO)) 촉매와 비교하여, 산화 그래핀 상에 지지된 본 발명의 분지형 Pt-CoO 나노와이어 형태의 나노입자는 산소 환원 반응(the oxygen reduction reaction)(ORR)에 대한 활성을 향상시켰다.In the case of producing Pt-CoO nanoparticles, in the absence of Fe (CO) 5 , branched Pt-CoO nanowire-type nanoparticles were synthesized by attaching small platinum seed particles and growing cobalt oxide by deposition. Can be. On the other hand, when Pt-CoO nanoparticles are prepared, when Fe (CO) 5 is added, cobalt is more strongly adsorbed on the platinum surface than the dense surface, and thus a concave nanocube of Pt @ CoO core @ shell structure can be synthesized. It also assesses the effects of reaction kinetics on the synthesis by adjusting other conditions such as reducing agents, precursor concentrations and stabilizing agents. It was. Compared to Pt / graphene oxide (GO) catalysts, the nanoparticles in the form of branched Pt-CoO nanowires of the present invention supported on graphene oxide are characterized by the oxygen reduction reaction. Enhanced activity against (ORR).

귀금속 나노입자의 형태는 용액 상태에서의 열역학(thermodynamic) 또는 운동(kinetic) 제어 두 가지에 의해 조절될 수 있다. 이중에서 열역학적 제어는 용액의 온도 및 용액의 과포화에 따라 달라지는 화학 포텐셜에 영향을 받는 것일 수 있다. 반면에 운동 제어는 서로 다른 크기의 다양한 형태가 반응 조건을 변경함으로써 귀금속 나노 입자의 형태가 제어될 수 있다. 그 중에서도 특히 할로겐화물(halides), 금속 이온 및 금속 염과 같은 첨가제가 금속 나노입자 형태의 효율적인 지시기(efficient directors)일 수 있다. 따라서 이러한 첨가제가 바람직한 금속 나노입자의 형태를 유도하는 특정 패싯(specific facets)의 성장 속도를 제어할 수 있다는 것을 알 수 있다. 그러나 미량의 첨가제를 사용하여 하이브리드 백금-산화코발트 나노입자의 형태를 조절하는 것은 여전히 어려움이 있었다.The shape of the noble metal nanoparticles can be controlled by either thermodynamic or kinetic control in solution. Dual thermodynamic control may be influenced by the chemical potential which depends on the temperature of the solution and the supersaturation of the solution. On the other hand, in the motion control, the shape of the noble metal nanoparticles can be controlled by changing the reaction conditions of various shapes having different sizes. Among others, additives such as halides, metal ions and metal salts may be efficient directors in the form of metal nanoparticles. Thus, it can be seen that such additives can control the growth rate of specific facets leading to the desired morphology of the metal nanoparticles. However, it was still difficult to control the morphology of hybrid platinum-cobalt oxide nanoparticles using trace additives.

따라서 금속-금속산화물 나노입자 및 첨가제 Fe(CO)5의 양을 조절함에 따라서 상기 금속-금속산화물 나노입자의 형태를 조절하는 방법을 본 발명을 통해서 제공할 수 있고, 본 발명의 Pt-CoO 나노입자 제조방법을 통해서 형태가 조절되고 보다 우수한 내구성, 안정성 및 촉매 효율을 나타내는 Pt-CoO 나노입자를 제조할 수 있다.Therefore, by controlling the amount of the metal-metal oxide nanoparticles and the additive Fe (CO) 5 can provide a method for controlling the form of the metal-metal oxide nanoparticles through the present invention, Pt-CoO nano of the present invention Through the particle preparation method, it is possible to produce Pt-CoO nanoparticles whose morphology is controlled and which exhibits superior durability, stability and catalytic efficiency.

촉매 분야에서 전기화학 촉매로서의 하이브리드 백금-산화코발트 나노구조는 백금과 산화코발트 사이의 계면 영역이 형성됨으로써 주목받고 있고, 또한 이러한 하이브리드 나노구조를 형성하는 것 외에도, 금속/산화 그래핀 계면을 가로지르는 전하의 이동이 존재하므로, 촉매의 활성 및 안정성을 향상시키기 위해서 산화 그래핀과 같은 독특한 지지체가 사용될 수 있다. 산화 그래핀에 지지된 Pt-CoO 나노입자는 산소 환원 반응을 위한 촉매로써 사용될 수 있다.Hybrid platinum-cobalt oxide nanostructures as electrochemical catalysts in the field of catalysts are attracting attention as the interface region between platinum and cobalt oxide is formed, and in addition to forming such hybrid nanostructures, it also crosses the metal / graphene oxide interface. Since there is a transfer of charge, a unique support such as graphene oxide can be used to improve the activity and stability of the catalyst. Pt-CoO nanoparticles supported on graphene oxide can be used as a catalyst for the oxygen reduction reaction.

본 발명은 단분산(monodisperse) 하이브리드(Hybrid) Pt-CoO 나노입자 및 이의 제조방법에 관한 것이며, 상기 Pt-CoO 나노입자는 분지된 나노와이어 형태 및 코어@쉘 나노큐브 형태일 수 있다. 상기 나노입자들은 연료 전지의 산소 환원 반응의 촉매로 사용될 수 있으며, 본 발명을 통해서 Pt-CoO 나노입자의 나노구조는 Fe(CO)5의 첨가량에 따라 선택적으로 형성되는 것을 알 수 있다. 따라서 이를 통해 오목한 형태의 Pt@CoO 나노큐브 형태의 나노입자의 구체적인 합성 경로를 제공할 수 있으며, Pt-CoO 나노입자의 형태를 조절할 수 있다. 전기 화학적인 측면에서, 분지된 나노와이어 형태의 Pt-CoO 나노입자를 산화 그래핀(graphene oxide)(GO)에 담지시켜 제조한 촉매의 경우, 0.1 M HClO4 수용액에서 산소 환원 반응을 촉진시키고, Pt/GO 촉매보다 활성이 더 높았다. 따라서 본 발명을 통해 우수한 내구성, 안정성 및 촉매 효율을 나타내는 Pt-CoO 나노입자를 제조할 수 있다.The present invention relates to a monodisperse hybrid (Hybrid) Pt-CoO nanoparticles and a method for manufacturing the same, the Pt-CoO nanoparticles may be in the form of branched nanowires and core @ shell nanocube. The nanoparticles can be used as a catalyst for the oxygen reduction reaction of the fuel cell, it can be seen through the present invention that the nanostructure of the Pt-CoO nanoparticles are selectively formed according to the addition amount of Fe (CO) 5 . Therefore, it can provide a specific synthetic route of the concave Pt @ CoO nanocube-shaped nanoparticles, it is possible to control the shape of the Pt-CoO nanoparticles. In the electrochemical aspect, the catalyst prepared by loading Pt-CoO nanoparticles in the form of branched nanowires on graphene oxide (GO) promotes an oxygen reduction reaction in 0.1 M HClO 4 aqueous solution, Higher activity than Pt / GO catalyst. Therefore, Pt-CoO nanoparticles exhibiting excellent durability, stability and catalytic efficiency can be prepared through the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 구체적으로 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 Pt-CoO 나노입자의 제조방법 및 이를 통해 제조된 Pt-CoO 나노입자의 형태를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 코발트 전구체 및 백금 전구체를 혼합하는 단계 및 가열하여 200 ℃로 온도를 높이는 단계를 포함하는 본 발명의 제조방법을 통해서, 본 발명의 Pt-CoO 나노입자를 제조할 수 있다. 이때 코발트 전구체는 Co(acac)2를 포함할 수 있다. 또한 백금 전구체는 Pt(acac)2를 포함할 수 있다.1 is a view showing an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 1 is a view schematically showing a method for preparing Pt-CoO nanoparticles and a form of Pt-CoO nanoparticles prepared through the same according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the Pt-CoO nanoparticles of the present invention may be prepared through the preparation method of the present invention comprising mixing the cobalt precursor and the platinum precursor and heating the temperature to 200 ° C. FIG. In this case, the cobalt precursor may include Co (acac) 2 . The platinum precursor may also include Pt (acac) 2 .

이하 본 발명의 실시예들에 대해 상술한다. 다만, 하기 실시예들은 본 발명의 일부 실시 형태에 불과한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the following examples are only some embodiments of the present invention, and the present invention should not be construed as being limited to the following examples.

실시예 1 : 분지된 나노와이어 입자 제조Example 1 Preparation of Branched Nanowire Particles

Co(acac)2 0.129 g, 1-옥타데센 10 mL, 올레산 1 mL 및 올레일아민 1 mL을 혼합하여 코발트 전구체 용액을 얻었다. 이후 상기 코발트 전구체 용액을 100 ℃에서 1 시간 동안 진공 상태(under vacuum)로 둔 다음, 10 분 동안 60 ℃에서 120 ℃까지 서서히 가열(heated)하였다. 아르곤 블랭킷하에(under a blanket of argon), 120 ℃에서 30 분 동안 가열하였다. 그런 다음 백금(II) 아세틸아세토네이트(Pt(acac)2, Platinum(II) acetylacetonate), 1-옥타데센 4 ml 및 올레일아민 1 ml를 혼합하여 제조한 백금 전구체 용액을 상기 가열된 코발트 전구체 용액에 첨가하여 반응혼합물을 얻고, 상기 반응혼합물을 200 ℃에서 3 시간 동안 유지시켰다. 그런 다음 상기 반응혼합물을 실온으로 냉각시켰다. 상기 반응혼합물은 에탄올(ethanol) 및 헥산(hexane)으로 원심분리하였고, 생성물을 헥산에 분산시켜 Pt-CoO 용액을 얻었다. 하이브리드 백금-산화코발트 나노입자는 백금과 산화코발트 사이의 계면이 형성될 수 있다.0.129 g of Co (acac) 2 , 10 mL of 1-octadecene, 1 mL of oleic acid, and 1 mL of oleylamine were mixed to obtain a cobalt precursor solution. The cobalt precursor solution was then under vacuum at 100 ° C. for 1 hour and then slowly heated from 60 ° C. to 120 ° C. for 10 minutes. Under an blanket of argon, heated at 120 ° C. for 30 minutes. Then, a platinum precursor solution prepared by mixing platinum (II) acetylacetonate (Pt (acac) 2 , Platinum (II) acetylacetonate), 4 ml of 1-octadecene and 1 ml of oleylamine was added to the heated cobalt precursor solution. To give a reaction mixture, which was maintained at 200 ° C. for 3 hours. The reaction mixture was then cooled to room temperature. The reaction mixture was centrifuged with ethanol and hexane, and the product was dispersed in hexane to obtain a Pt-CoO solution. Hybrid platinum-cobalt oxide nanoparticles may form an interface between platinum and cobalt oxide.

실시예 2 : 코어@쉘 나노큐브 입자 제조Example 2 Preparation of @ Core @ Shell Nanocube Particles

Co(acac)2 0.129 g, 1-옥타데센 10 mL, 올레산 1 mL 및 올레일아민 1 mL을 혼합하여 코발트 전구체 용액을 얻었다. 이후 상기 코발트 전구체 용액을 100 ℃에서 1 시간 동안 진공 상태로 둔 다음, 10 분 동안 60 ℃에서 120 ℃까지 서서히 가열하였다. 아르곤 블랭킷하에, 120 ℃에서 30 분 동안 가열하였다. 그런 다음 Fe(CO)5 0.05 ml 내지 0.25 ml와 1-옥타데센 1 mL를 혼합하여 제조한 첨가제 용액 소량(0.1 ml)을 상기 코발트 전구체 용액에 첨가하여 혼합용액을 얻었다. 상기 혼합용액의 온도를 4 ℃/분 씩 승온시켜 200 ℃로 가열하고, 200 ℃에서 30 분 동안 유지시켰다. 이 후, Pt(acac)2, 1-옥타데센 4 ml 및 올레일아민 1 ml를 혼합하여 제조한 백금 전구체 용액을 상기 혼합용액에 첨가하여 반응혼합물을 얻고, 상기 반응혼합물을 200 ℃에서 3 시간 동안 유지시켰다. 그런 다음 상기 반응혼합물을 실온으로 냉각시켰다. 상기 반응혼합물을 에탄올 및 헥산으로 원심분리하였고, 생성물을 헥산에 분산시켜 Pt-CoO 용액을 얻었다. 하이브리드 백금-산화코발트 나노입자는 백금과 산화코발트 사이의 계면이 형성될 수 있다.0.129 g of Co (acac) 2 , 10 mL of 1-octadecene, 1 mL of oleic acid, and 1 mL of oleylamine were mixed to obtain a cobalt precursor solution. The cobalt precursor solution was then vacuumed at 100 ° C. for 1 hour and then slowly heated from 60 ° C. to 120 ° C. for 10 minutes. Under an argon blanket, it was heated at 120 ° C. for 30 minutes. Then, a small amount of an additive solution (0.1 ml) prepared by mixing 0.05 ml to 0.25 ml of Fe (CO) 5 and 1 ml of 1-octadecene (0.1 ml) was added to the cobalt precursor solution to obtain a mixed solution. The temperature of the mixed solution was increased by 4 ° C./min, heated to 200 ° C., and maintained at 200 ° C. for 30 minutes. Thereafter, a platinum precursor solution prepared by mixing Pt (acac) 2 , 4 ml of 1-octadecene and 1 ml of oleylamine was added to the mixed solution to obtain a reaction mixture, and the reaction mixture was stirred at 200 ° C. for 3 hours. Kept for a while. The reaction mixture was then cooled to room temperature. The reaction mixture was centrifuged with ethanol and hexane, and the product was dispersed in hexane to obtain a Pt-CoO solution. Hybrid platinum-cobalt oxide nanoparticles may form an interface between platinum and cobalt oxide.

촉매 제조Catalyst manufacturing

금속/산화 그래핀 계면을 가로질러 전하의 이동이 가능하기 때문에, 촉매의 활성 및 안정성을 향상시키기 위해서 산화 그래핀(GO, graphene oxide)등을 지지체로 사용할 수 있다.Since the charge can be moved across the metal / graphene oxide interface, graphene oxide (GO) or the like can be used as a support to improve the activity and stability of the catalyst.

산화 그래핀 상에 지지된 본 발명의 나노입자(특히, 분지형 나노와이어 구조의 Pt-CoO 나노입자)의 산소 환원 반응(the oxygen reduction reaction)(ORR)에 대한 활성은 백금/산화 그래핀(Pt/GO) 촉매보다 향상된 것으로 나타났다.The activity of the oxygen reduction reaction (ORR) of the nanoparticles of the present invention (particularly, Pt-CoO nanoparticles of branched nanowire structure) supported on graphene oxide is platinum / graphene oxide ( Pt / GO) catalysts.

헥산 20 ml에 분산된 Pt-CoO 용액을 그래핀(Graphene)(2.5 mg/mL)이 포함된 디메틸포름아미드(DMF, dimethylformamide) 20 mL에 혼합하여 1 시간 동안 초음파 처리하였다. 초음파 세척 후, 분말을 40 mL의 아세트산(acetic acid)에 현탁시켰다. 상기 현탁액을 70 ℃에서 밤새 가열하여 나노입자 주위의 계면활성제를 제거 하였다. 이어서, 생성물을 원심 분리(8000 rpm, 10 분)하고, 에탄올로 2 회 세척하여 건조시켰다.Pt-CoO solution dispersed in 20 ml of hexane was mixed with 20 mL of dimethylformamide (DMF, dimethylformamide) containing graphene (2.5 mg / mL) and sonicated for 1 hour. After sonication, the powder was suspended in 40 mL of acetic acid. The suspension was heated at 70 ° C. overnight to remove the surfactant around the nanoparticles. The product was then centrifuged (8000 rpm, 10 minutes), washed twice with ethanol and dried.

특성 평가Property evaluation

각 샘플의 형태는 탄소 코팅 구리 격자(200 mesh, F/C coated, Ted Pella Inc., Redding, CA, 미국) 상에 상응하는 콜로이드 용액 몇 방울을 첨가한 것으로, TEM(FEI TALOS F200X operated at 200 kV, 부산대학교)에 의해 확인되었다.Each sample was formed by adding a few drops of the corresponding colloidal solution onto a carbon coated copper grating (200 mesh, F / C coated, Ted Pella Inc., Redding, Calif., USA), TEM (FEI TALOS F200X operated at 200). kV, Pusan National University).

XRD 패턴은 Rigaku D/MAX-RB(12 kW) 회절계(diffractometer)로 기록했고, XPS(Theta Probe, Thermo)는 나노 복합 재료의 구조적 및 화학적 특성 측정을 위해 사용되었다.XRD patterns were recorded on a Rigaku D / MAX-RB (12 kW) diffractometer and XPS (Theta Probe, Thermo) was used to measure the structural and chemical properties of nanocomposites.

퍼텐쇼스탯(potentiostat)(Biologic VSP)이 있는 3 전극 전기 화학 전지(three electrode electrochemical cell)를 사용하여 평가했다.Evaluation was made using a three electrode electrochemical cell with a potentiostat (Biologic VSP).

내구성 시험은 실온에서 산소 포화된 0.1 M HClO4 용액에 의해 수행되었으며, 주기적 포텐셜 스윕은 0.6 V 내지 1.1 V(RHE 대비)이며 4000 사이클 동안 50 mV/s의 스위프율(sweep rate)을 보였다.Durability tests were performed with 0.1 M HClO 4 solution oxygen saturated at room temperature, with periodic potential sweeps of 0.6 V to 1.1 V (relative to RHE) and a sweep rate of 50 mV / s for 4000 cycles.

또한 환원제(reducing agents), 전구체로써 금속 화합물의 농도(precursor concentrations) 및 안정화제(stabilizing agents)와 같은 다른 조건을 조절하여 Pt-CoO 나노입자 합성에 대한 반응 동역학 효과(the effects of reaction kinetics on the synthesis)를 확인했다.The effects of reaction kinetics on the synthesis of Pt-CoO nanoparticles can also be controlled by controlling other conditions such as reducing agents, precursor concentrations and stabilizing agents as precursors. synthesis).

전기 화학 측정Electrochemical measurement

실시예를 통해 제조된 나노입자 및 나노입자 촉매 샘플들의 모든 전기 화학적 평가는 상온 및 대기압에서 수행하였다.All electrochemical evaluations of the nanoparticles and nanoparticle catalyst samples prepared through the examples were performed at room temperature and atmospheric pressure.

본 발명의 일 실시예를 통해 제조된 잘 분산된 나노입자 촉매 샘플은 작용 전극으로 사용된 유리카본(GC, glassy carbon) 전극의 직경 5 mm 정도로 침착되었다. 백금 와이어 및 Ag/AgCl 전극을 각각 카운터 전극 및 기준 전극(the counter and reference electrodes)으로 사용하였고, 0.1 M HClO4(pH 1.0)를 전해질로 사용하였다. 모든 촉매는 300 ℃에서 3 시간 동안 열처리(3 % H2/Ar) 하에 백금에 흡착된 올레일아민을 제거하였다. 시료를 89.6 ml의 증류수(distilled water), 10 ml의 이소프로판올(isopropanol) 및 0.4 ml의 나피온(Nafion) 용액과 혼합하였다. 전극 표면의 결합력을 높이기 위해, 30 μl의 잉크를 작용 전극(40 μg metal/cm2) 표면에 떨어뜨렸다.A well dispersed nanoparticle catalyst sample prepared through one embodiment of the present invention was deposited to about 5 mm in diameter of the glassy carbon (GC) electrode used as the working electrode. Platinum wire and Ag / AgCl electrodes were used as the counter and reference electrodes, respectively, and 0.1 M HClO 4 (pH 1.0) was used as the electrolyte. All catalysts removed oleylamine adsorbed on platinum under heat treatment (3% H 2 / Ar) at 300 ° C. for 3 hours. Samples were mixed with 89.6 ml of distilled water, 10 ml of isopropanol and 0.4 ml of Nafion solution. 30 μl of ink was dropped on the working electrode (40 μg metal / cm 2 ) surface in order to increase the binding force of the electrode surface.

도 2는 및 도 4는 일 실시예에 따라 제조된 나노입자를 나타낸 도면들이다. 구체적으로 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 Pt-CoO-n 나노입자 제조 시, 첨가제 Fe(CO)5의 양을 변화시킴으로써 제조된 Pt-CoO-n 나노입자의 투과 전자 현미경(TEM, transmission electron microscopy) 이미지를 나타낸 것이다. 이때 n은 반응혼합물(the reaction mixture)중에 첨가제 Fe(CO)5의 첨가량 0 μl 내지 25 μl를 나타낸 것이다. Fe(CO)5를 첨가하지 않은 경우를 나타낸 도 2의 (a)를 보면, 작은 백금 나노 입자의 배향된 부착(the oriented attachment)에 이어서 백금 상에 산화코발트가 증착됨을 통해 분지된 나노와이어 형태의 Pt-CoO-0 나노입자가 제조된 것을 알 수 있다.2 and 4 are views showing the nanoparticles prepared according to one embodiment. Specifically, FIG. 2 is a transmission electron microscope (TEM) of Pt-CoO-n nanoparticles prepared by changing the amount of additive Fe (CO) 5 when preparing hybrid Pt-CoO-n nanoparticles according to an embodiment of the present invention. , transmission electron microscopy). In this case, n represents the addition amount of the additive Fe (CO) 5 0 μl to 25 μl in the reaction mixture. Referring to (a) of FIG. 2, in which Fe (CO) 5 is not added, a branched nanowire form through the oriented attachment of small platinum nanoparticles followed by the deposition of cobalt oxide on platinum. It can be seen that the Pt-CoO-0 nanoparticles were prepared.

첨가제 Fe(CO)5가 일정량 도입(약 5 μl 이상)되면서부터 Pt-CoO 나노입자의 형태가 변화한다는 것을 확인하였고, 첨가제 Fe(CO)5의 첨가량에 따라 형태가 결정되는 것을 알 수 있다. 그리고 다른 조건은 동일하게 유지하면서, 첨가제 Fe(CO)5의 양을 5 μl, 10 μl 및 15 μl로 증가시킨 도 2의 (b), (c) 및 (d)를 보면, Pt-CoO 나노입자가 불규칙한 형태에서 점점 코어@쉘 오목한 큐브 구조로 형태가 변화하는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 첨가제 Fe(CO)5의 양을 20 μl로 증가시킨 경우의 Pt-CoO 나노입자의 형태를 나타낸 도 2의(e)를 보면, 첨가제를 15 μl 첨가하여 제조한 Pt-CoO 나노입자(d)와 같이 오목한 나노큐브 형태를 나타내고 있으며, 도 2의 (d)에 나타난 구조와 (e)에 나타난 구조가 크게 다르지 않은 것을 확인 할 수 있다. 그러나 첨가제 Fe(CO)5를 25 μl 정도 첨가해서 제조한 경우를 나타낸 도 2의 (f)를 보면, 나노입자의 형태 균일성이 현저하게 감소된 것을 알 수 있다. 도 2를 통해서 첨가제 Fe(CO)5의 양을 조절함으로써, 최종 생성물의 조성, 나노 구조를 쉽게 조작할 수 있고, 분지된 나노와이어로부터 코어@쉘 구조로 형태 조절이 가능하다는 것을 알 수 있다.It was confirmed that the morphology of the Pt-CoO nanoparticles was changed from the introduction of a certain amount of the additive Fe (CO) 5 (about 5 μl or more), and the form was determined according to the amount of the additive Fe (CO) 5 added. And (b), (c) and (d) of FIG. 2, in which the amount of the additive Fe (CO) 5 was increased to 5 μl, 10 μl and 15 μl while keeping the other conditions the same, Pt-CoO nano It can be seen that the shape changes from the irregular shape to the core-shell concave cube structure. And (e) of Figure 2 showing the form of the Pt-CoO nanoparticles when the amount of the additive Fe (CO) 5 to 20 μl, Pt-CoO nanoparticles prepared by adding 15 μl of the additive ( As shown in d), the concave nanocube form is shown, and the structure shown in (d) of FIG. 2 and the structure shown in (e) are not significantly different. However, when the additive Fe (CO) 5 is prepared by adding about 25 μl, FIG. 2 (f) shows that the shape uniformity of the nanoparticles is significantly reduced. By controlling the amount of the additive Fe (CO) 5 through Figure 2, it can be seen that the composition of the final product, the nanostructure can be easily manipulated, and the shape control from the branched nanowire to the core @ shell structure.

구체적으로 도 3은 분지된 구조의 Pt-CoO-0, 나노큐브 구조의 Pt-CoO-15 및 Pt-CoO-20 입자의 저배율 TEM 이미지(Low resolution TEM images)를 나타내며, 도 3의 (b)에 나타낸 Pt-CoO-15의 평균 직경(average diameter)은 약 12 nm, 도 3의 (c)에 나타낸 Pt-CoO-20의 평균 직경은 약 13 nm이며, 거의 100 %의 순도(purity)를 나타내고 있다.Specifically, FIG. 3 shows low resolution TEM images of Pt-CoO-0 and Pt-CoO-15 and Pt-CoO-20 particles having a branched structure, and FIG. The average diameter of Pt-CoO-15 shown in Fig. 3 is about 12 nm, and the average diameter of Pt-CoO-20 shown in Fig. 3 (c) is about 13 nm, and the purity of almost 100% is obtained. It is shown.

구체적으로 도 4는 일 실시예를 따라 제조된 나노입자의 비교예를 나타낸 도면으로, 전구체로써 Co(acac)2를 첨가하지 않고 합성된 나노큐브 형태의 백금 나노입자의 TEM 이미지를 나타낸 것이다.Specifically, Figure 4 is a view showing a comparative example of the nanoparticles prepared according to one embodiment, showing a TEM image of the platinum nanoparticles of the nanocube form synthesized without adding Co (acac) 2 as a precursor.

도 5 내지 도 8은 나노입자 분석 결과를 나타낸 도면들이다.5 to 8 are diagrams showing the results of nanoparticle analysis.

구체적으로 도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시예예 따라 제조된 Pt-CoO 나노입자들의 XRD(X-ray powder diffraction) 패턴을 나타낸 것이고, 도 5의 (b) 및 (c)는 각각 Pt-CoO-0/GO 및 Pt-CoO-15/GO 각각의 고해상도 TEM(The high-resolution TEM(HR-TEM)) 이미지를 나타낸 것이다. 각 샘플들의 결정 구조는 도 5에 나타낸 것과 같이 XRD에 의해 특정되었다. XRD 패턴의 모든 회절 피크(diffraction peaks)는 백금의 면심 입방(the face-centered cubic)(fcc) 구조 특징을 나타냈다(ICSD #64917). 도 5의 (b) 및 (c)에 각각 나타낸 Pt-CoO-15 나노큐브 형태의 나노입자 및 Pt-CoO-0 나노와이어 형태의 나노입자의 고해상도 TEM 이미지를 통해서, 격자 줄무늬를 갖는 고도로 결정질인 백금 입자의 형성을 확인 할 수 있다. 도 5의 (b)에서 나타난, 0.225 nm의 선 간격(line spacing)은 면심 입방 구조의 백금(111) 반사(reflections)에 대해 특정(indexed) 될 수 있다. 도 5에서 결정성 산화 코발트의 존재는 확인되지 않았으므로, 코발트 산화물이 비정질 상(amorphous phase)인 것을 알 수 있다. 일반적으로 결정성 산화 코발트 합성을 위해서는 200 ℃ 가 넘는 높은 용액 온도 조건 및 열수가 필요하기 때문에, 코발트 산화물은 비정질 상으로 형성된 것 일 수 있다. 결과적으로 본 발명의 Pt-CoO 나노입자는 Pt는 결정질이고, CoO는 비정질로 형성된 것일 수 있다.Specifically (a) of Figure 5 shows the X-ray powder diffraction (XRD) pattern of the Pt-CoO nanoparticles prepared in accordance with an embodiment of the present invention, Figure 5 (b) and (c) are respectively Pt The high-resolution TEM (HR-TEM) images of CoO-0 / GO and Pt-CoO-15 / GO are shown. The crystal structure of each sample was specified by XRD as shown in FIG. All diffraction peaks of the XRD pattern exhibited the face-centered cubic (fcc) structural features of platinum (ICSD # 64917). Through the high-resolution TEM image of the nanoparticles in the form of Pt-CoO-15 nanocube and the nanoparticles in the form of Pt-CoO-0 nanowire shown in FIGS. 5B and 5C, respectively, highly crystalline with lattice stripes The formation of platinum particles can be confirmed. The line spacing of 0.225 nm, shown in FIG. 5 (b), can be indexed for the platinum 111 reflections of the face-centered cubic structure. Since the presence of crystalline cobalt oxide was not confirmed in FIG. 5, it can be seen that the cobalt oxide is in an amorphous phase. In general, cobalt oxide may be formed in an amorphous phase because high solution temperature conditions and hot water above 200 ° C. are required for crystalline cobalt oxide synthesis. As a result, the Pt-CoO nanoparticles of the present invention may be one in which Pt is crystalline and CoO is amorphous.

구체적으로 도 6은 백금과 코발트의 고각 환형 암시야 스캐닝 TEM(The high-angle annular dark-field scanning TEM(HAADF-STEM)) 이미지를 나타낸 것이다. 도 6의 (a)는 Pt-CoO-15/GO 코어@쉘 나노큐브 형태의 나노입자를 나타낸 것이고, 도 6의 (b)는 분지된 Pt-CoO-0/GO 나노와이어 형태의 나노입자를 나타낸 것으로, 이를 통해 각 나노입자들을 분석하였다. Pt-CoO-15/GO 코어@쉘 나노큐브 형태의 나노입자의 이미지를 나타낸 도 6의 (a)는 껍질에 산화 코발트(녹색)을 포함하고 있고, 코어는 백금(적색)을 포함하고 있는 것을 알 수 있다. 반면 분지된 Pt-CoO-0/GO 나노와이어 형태의 나노입자를 나타낸 도 6의 (b)를 보면, 백금과 산화코발트는 모든 영역에 분산된 것을 알 수 있다.6 illustrates the high-angle annular dark-field scanning TEM (HAADF-STEM) image of platinum and cobalt. (A) of FIG. 6 shows nanoparticles in the form of Pt-CoO-15 / GO core @ shell nanocubes, and FIG. 6 (b) shows the nanoparticles of branched Pt-CoO-0 / GO nanowires. As shown, each nanoparticle was analyzed. FIG. 6 (a) showing an image of nanoparticles in the form of Pt-CoO-15 / GO core @ shell nanocube shows that the shell contains cobalt oxide (green) and the core contains platinum (red). Able to know. On the other hand, in Figure 6 (b) showing the branched Pt-CoO-0 / GO nanowire-shaped nanoparticles, it can be seen that the platinum and cobalt oxide dispersed in all areas.

구체적으로 도 7은 X-선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy)(XPS)을 이용하여 Pt-CoO-15/GO 및 Pt-CoO-0/GO의 Pt, Co 및 C 각각의 원소 분석 결과를 나타낸 것이다. 도 7의 (a), (b) 및 (c)에 Pt-CoO-15/GO의 XPS 스펙트럼을 나타냈고, 도 7의 (d), (e) 및 (f)에 Pt-CoO-0/GO의 XPS 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 7의 (a) 및 (b)를 보면, 두 가지 실시예 모두, 금속 백금(metallic Pt)의 특징인 백금 4f7/2 및 백금 4f5/2 이중결합(doublet)의 결합 에너지(binding energies)를 나타내고 있다. 그리고 도 7의 (b) 및 (e)를 보면, Co 2p3/2 피크는 두 가지 구성 요소로 디콘볼루션(deconvoluted)될 수 있다는 것을 알 수 있다. Pt-CoO-15/GO의 경우, Co 2p3/2를 나타내는 780.6 eV에서 가장 강한 피크가 나타났고, Co2+ 위성을 나타내는 784.8 eV에서의 피크가 나타났다. 두 피크 모두 백금 나노 구조의 표면에 산화 코발트가 존재함을 나타낸다. 도 7의 (C) 및 (f)를 보면, C-C의 결합 에너지는 284.5 eV에 피크가 나타났고, + 1.6 eV 및 +3.5 eV의 시프트(shifts)는 일반적으로 각각 C-O 및 C=O 작용기를 나타내는 것이다.Specifically, FIG. 7 shows the results of elemental analysis of Pt, Co and C of Pt-CoO-15 / GO and Pt-CoO-0 / GO using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). It is shown. The XPS spectrum of Pt-CoO-15 / GO is shown in (a), (b) and (c) of FIG. 7, and Pt-CoO-0 / is shown in (d), (e) and (f) of FIG. The XPS spectrum of GO is shown. Referring to FIGS. 7A and 7B, in both embodiments, the binding energies of platinum 4f 7/2 and platinum 4f 5/2 doublet, which are characteristic of metallic Pt, are represented. ). 7 (b) and (e), it can be seen that the Co 2p 3/2 peak can be deconvoluted into two components. In the case of Pt-CoO-15 / GO, the strongest peak appeared at 780.6 eV representing Co 2p 3/2 and the peak at 784.8 eV representing Co 2+ satellite. Both peaks indicate the presence of cobalt oxide on the surface of the platinum nanostructures. Referring to (C) and (f) of FIG. 7, the binding energy of CC showed a peak at 284.5 eV, and shifts of + 1.6 eV and +3.5 eV generally indicate CO and C═O functional groups, respectively. will be.

구체적으로 도 8은 첨가제로 Fe(CO)5 대신 Cr(CO)6, W(CO)6 그리고 첨가하여 과량의 일산화탄소(CO)를 이용하여 얻은 Pt-CoO 나노입자의 TEM 이미지 (a), (b) 및 (C)를 나타낸 것이다. 합성 공정(the synthetic process) 중에서 외부 금속의 영향을 확인하기 위해, 동일한 몰비의 Fe(CO)5 대신에 다른 물질을 첨가하여 비교한 결과를 나타낸 것으로, 비교 결과 쉘 구조가 없는 나노큐브 형태의 입자가 제조된 것을 확인 할 수 있었다. 도 8의 (a) 및 (b)를 보면 각각, Cr(CO)6 및 W(CO)6를 첨가제로 첨가하는 경우를 나타낸 것으로 코어@쉘 Pt-CoO 구조가 형성되지 않았으며, 이를 통해 Fe(CO)5를 사용하는 경우에만 코어@쉘 Pt-CoO 구조가 형성되는 것을 알 수 있다. 한편, 나노큐브 형태의 백금 나노입자는 일산화탄소의 존재에 의해 촉진될 수 있으므로, 과량의 일산화탄소 기체를 첨가제 대신 사용한 결과를 도 8의 (c) 및 (d)에 나타내었다. 과량의 일산화탄소 기체가 첨가제 대신에 반응혼합물에 주입되었을 경우에는 작은 입자들이 합성되고, 일산화탄소 분자가 환원제 및 캡핑 리간드(capping ligand)로서 사용될 수 있음을 확인할 수 있었다. 일산화탄소 환원/결합 효과(reducing/binding effects)가 나노입자의 형성과 관계가 있다는 것을 알 수 있다. 올레일 아민(oleic amine, OAm)/ 올레산(Ooleic acid, OA)의 고정 비율에서, 백금 원자에 대한 일산화탄소의 흡착은 밀집된 (111) 표면보다 (100) 표면에서 더 강하다. 따라서 Fe(CO)5로부터의 일산화탄소 분자의 존재는 입방체 구조를 형성하기 위한 중요한 요인일 수 있다. 결과적으로 반응혼합물에 주입된 Fe(CO)5로부터 적절한 양의 철 이온과 일산화탄소 분자가 제공되기 때문에, 코어@쉘 Pt@CoO 나노 구조가 제조되는 것이라는 것을 알 수 있다.Specifically, FIG. 8 shows TEM images of Pt-CoO nanoparticles obtained using Cr (CO) 6 , W (CO) 6 and excess carbon monoxide (CO) instead of Fe (CO) 5 as additives (a), ( b) and (C) are shown. In order to confirm the influence of the external metal in the synthetic process, the comparison result by adding another material instead of the same molar ratio of Fe (CO) 5 as a result of the nano-cube particles without shell structure It could be confirmed that was prepared. Referring to (a) and (b) of FIG. 8, Cr (CO) 6 and W (CO) 6 were added as additives, respectively, and the core @ shell Pt-CoO structure was not formed. It can be seen that the core @ shell Pt-CoO structure is formed only when (CO) 5 is used. On the other hand, since the nanocube-type platinum nanoparticles can be promoted by the presence of carbon monoxide, the result of using an excess of carbon monoxide gas in place of the additive is shown in (c) and (d) of FIG. When excess carbon monoxide gas was injected into the reaction mixture instead of the additive, small particles were synthesized, and it was confirmed that the carbon monoxide molecules could be used as a reducing agent and a capping ligand. It can be seen that carbon monoxide reduction / binding effects are associated with the formation of nanoparticles. At a fixed ratio of oleic amine (OAm) / oleic acid (OA), the adsorption of carbon monoxide on platinum atoms is stronger at the (100) surface than at the dense (111) surface. Thus, the presence of carbon monoxide molecules from Fe (CO) 5 may be an important factor for forming the cube structure. As a result, since an appropriate amount of iron ions and carbon monoxide molecules are provided from Fe (CO) 5 injected into the reaction mixture, it can be seen that a core @ shell Pt @ CoO nanostructure is produced.

도 9는 반응 중간체를 나타낸 도면이다. 구체적으로 도 9는 반응 중간체(reaction intermediates)의 시간에 따른 이미지를 통해 Pt@CoO 나노큐브 구조의 나노입자로의 구조적 진화에 대한 상세한 메커니즘(detailed mechanistic understanding)을 확인하기 위해 Pt-CoO-20 나노입자의 반응 중간체의 일시적인 TEM 이미지를 나타낸 것이다. 도 9의 (a)를 보면 초기의 구형(spherical) 산화코발트 시드 나노입자는 Pt(acac)2 주입 전에 200 ℃에서 형성된 것을 알 수 있다. 그리고 도 9의 (b)를 보면, 백금 나노큐브는 Pt(acac)2 주입 후 산화 코발트 입자가 증착되기 전에 형성되었다. 결과적으로 나노큐브 형태의 백금 나노입자의 형성 및 나노 큐브 형태의 백금 나노입자 상의 산화코발트의 후속적인 증착을 통해 Pt@CoO 코어@쉘 나노큐브 형태의 구조가 형성되는 것을 알 수 있다.9 shows a reaction intermediate. Specifically, FIG. 9 illustrates Pt-CoO-20 nanoparticles to confirm a detailed mechanistic understanding of the structural evolution of Pt @ CoO nanocube structure into nanoparticles through time-dependent images of reaction intermediates. A transient TEM image of the reaction intermediate of the particles is shown. Referring to Figure 9 (a) it can be seen that the initial spherical (spherical) cobalt oxide seed nanoparticles were formed at 200 ℃ before the Pt (acac) 2 injection. 9 (b), the platinum nanocube was formed after the Pt (acac) 2 injection and before the cobalt oxide particles were deposited. As a result, it can be seen that the Pt @ CoO core @ shell nanocube structure is formed through the formation of the nanocube-type platinum nanoparticles and subsequent deposition of cobalt oxide on the nanocube-type platinum nanoparticles.

도 10 내지 도 12는 비교예를 나타낸 도면들이다.10 to 12 are views showing a comparative example.

구체적으로 도 10은 Pt-CoO 나노입자 합성에 대한 반응 동역학(reaction kinetic)의 효과를 확인하기위한 평가 결과를 나타낸 것이다. 이때의 환원력은 환원제인 올레일 아민을 통해 조절할 수 있기 때문에, 환원 동역학(the reduction kinetics)을 비교하기 위해 각각 올레일 아민 2 ml 및 올레일 아민 0.5 ml을 첨가하여 Pt-CoO 나노입자를 제조하고 이를 분석한 결과 각각을 도 10의 (a) 및 (b)에 나타냈다. 그리고 Co(acac)2 1 mmol 및 Co(acac)2 0.25 mmol를 각각 첨가하여 제조된 Pt-CoO 나노입자를 도 10의 (c) 및 (d)에 나타냈다. 비교 결과 도 10의 (a)를 통해, 올레일 아민의 초기 양이 2 ml로 증가했을 때는 작은 입자들 상에 서로 다른 불규칙한 나노 돌기 구조(dendritic nanostructures)가 생성되어 작은 입자들의 자기 조립(self-assembly)이 발생하는 것을 확인하였다. 이때 환원율(reduction rate)이 극단적으로 크면 엄청난 수의 핵이 형성되어 자기 조립 과정에 영향을 줄 수 있다. 한편, 도 10의 (b)를 통해서는 더 작은 크기의 나노큐브 형태의 백금 나노입자가 올레일 아민의 초기 양이 0.5 ml일 때만 느린 동역학(slower reduction kinetics)에 의해 형성되는 것을 알 수 있다. 단량체(monomer) 농도와 화학 포텐셜로 인해 전구 물질의 농도를 제어하는 것은, 동역학적으로 조절되는 조건하에서 방향성 성장(directional growth)에 결정적인 요인이 될 수 있다. 예를 들어 고농도의 금속 화합물을 전구체로 이용하면 분지된 구조의 백금 나노입자가 형성될 수 있다. 나노입자를 합성하기 위해서 사용되는 Co(acac)2의 양을 변화시킴으로써 합성된 나노입자의 형태가 변화될 수 있다. 예를 들어 Co(acac)2의 양을 1 mmol로 증가시켜서 나노입자를 제조하는 경우에는, 산화 코발트 입자의 높은 화학 포텐셜에 의해 작은 나노입자가 부착될 수 있다. 따라서 오목한 Pt@CoO 나노큐브 형태의 나노입자가 형성될 수 있다. 또한, 서로 다른 결합 강도(different binding strengths)를 갖는 산이나 아민(acids and amines)등의 서로 다른 작용기(different functional groups)를 갖는 안정화제의 조합에 의해 나노입자의 형태가 조절 될 수 있다. 올레산은 올레일 아민보다 백금에 대해 약한 계면활성제이기 때문에 나노큐브 구조로의 나노입자 성장을 촉진할 수 있다.Specifically, Figure 10 shows the evaluation results for confirming the effect of the reaction kinetic (reaction kinetic) on the synthesis of Pt-CoO nanoparticles. At this time, the reducing power can be controlled through the reducing agent oleyl amine, to prepare Pt-CoO nanoparticles by adding 2 ml of oleyl amine and 0.5 ml of oleyl amine, respectively, to compare the reduction kinetics. As a result of the analysis, each is shown in FIGS. 10A and 10B. And shown to Co (acac) 2 and 1 mmol Co (acac) 2 in the Pt-CoO 10 nanoparticles prepared by respectively the addition of 0.25 mmol (c) and (d). As a result of FIG. 10 (a), when the initial amount of oleyl amine was increased to 2 ml, different irregular nanostructures were formed on the small particles, thereby self-assembly of the small particles. assembly) was confirmed to occur. If the reduction rate is extremely high, a huge number of nuclei are formed, which may affect the self-assembly process. On the other hand, it can be seen from (b) of Figure 10 that the smaller nanocube-type platinum nanoparticles are formed by slower kinetics (slower reduction kinetics) only when the initial amount of the oleyl amine is 0.5 ml. Controlling the concentration of precursors due to monomer concentration and chemical potential can be a decisive factor in directional growth under kinetic controlled conditions. For example, using a high concentration of a metal compound as a precursor can form platinum nanoparticles of a branched structure. The shape of the synthesized nanoparticles can be changed by varying the amount of Co (acac) 2 used to synthesize the nanoparticles. For example, when nanoparticles are prepared by increasing the amount of Co (acac) 2 to 1 mmol, small nanoparticles may be attached by the high chemical potential of the cobalt oxide particles. Therefore, nanoparticles in the form of concave Pt @ CoO nanocubes may be formed. In addition, the shape of the nanoparticles may be controlled by a combination of stabilizers having different functional groups such as acids or amines having different binding strengths. Since oleic acid is a weaker surfactant for platinum than oleyl amine, it can promote nanoparticle growth into the nanocube structure.

구체적으로 도 11은 다른 반응 조건은 모두 동일하게 유지하면서, 동일한 몰량의 아다만탄 아세트산(adamantaneacetic acid)으로 올레산을 대체함으로써, 입체 방해 효과(steric hindrance effect)를 비교하여 (a) 및 (b)에 나타낸 것이다. 도11의 (a)를 보면 입체 방해 효과 때문에 원자 표면에 결합이 어려워지고, 따라서 불규칙한 Pt-CoO 나노 결정이 형성될 수 있음을 알 수 있다. 도 11의 (b)를 보면, 올레산이 없는 경우, Pt@CoO 나노입자는 훨씬 더 둥근 형태로 형성되는 것을 확인할 수 있다. 따라서 올레산이 나노입자 합성 과정에서 다면체의 가장자리를 날카롭게 하는 중요한 요인이라는 것을 알 수 있다.Specifically, FIG. 11 compares the steric hindrance effect by replacing oleic acid with the same molar amount of adamantaneacetic acid while keeping all other reaction conditions the same, (a) and (b) It is shown in. 11 (a), it can be seen that due to the steric hindrance effect, bonding becomes difficult on the atomic surface, and thus irregular Pt-CoO nanocrystals can be formed. Referring to Figure 11 (b), it can be seen that in the absence of oleic acid, Pt @ CoO nanoparticles are formed in a much more rounded shape. Thus, it can be seen that oleic acid is an important factor in sharpening the edge of the polyhedron during nanoparticle synthesis.

구체적으로 도 12는 온도에 따른 나노입자의 형태를 비교하기 위해 160 ℃에서 합성된 Pt-CoO-20 나노입자의 TEM 이미지를 나타낸 것이다. 200 ℃ 보다 낮은 저온(160 ℃)에서 Pt(acac)2를 환원시키는 경우, 불규칙한 나노큐브 형태의 Pt-CoO 나노 결정이 형성되는 것을 확인 할 수 있다. 따라서 온도 조건 역시 나노입자 형성에 있어서 중요한 요인이라는 것을 알 수 있다.Specifically, Figure 12 shows a TEM image of Pt-CoO-20 nanoparticles synthesized at 160 ℃ to compare the shape of the nanoparticles with temperature. When Pt (acac) 2 is reduced at a low temperature (160 ° C.) lower than 200 ° C., Pt-CoO nanocrystals having irregular nanocube forms may be formed. Therefore, it can be seen that the temperature condition is also an important factor in the nanoparticle formation.

도 13 내지 도 16은 촉매 성능 분석 결과를 나타낸 도면들이다.13 to 16 are diagrams showing the results of catalyst performance analysis.

산소 환원 반응 활성은 박막 회전 디스크 전극(thin-film rotating disk electrode (TF-RDE))으로 평가하였다.Oxygen reduction reaction activity was evaluated by thin-film rotating disk electrode (TF-RDE).

구체적으로 도 13의 (a), (b), (c) 및 (d)는 각각 Pt/GO, Pt-CoO-0/GO, Pt-CoO-15/GO 및 Pt-CoO-20/GO에 대한 사이클릭 볼타그램(cyclic voltammograms)을 나타낸 것이고, 도 14의 (a), (b) 및 (c)는 Pt/GO, Pt-CoO-0/GO, Pt-CoO-15/GO 및 Pt-CoO-20/GO의 전기 화학적 활성의 비교를 위해 산소 환원 반응 분극 곡선(ORR polarization curves)을 나타낸 것이다. 도 14의 (a)는 1600 rpm에서의 산소 환원 반응 분극 곡선, 도 14의 (b)는 1600 rpm에서 측정된 산소 환원 반응에 대한 타펠 플롯 도 14의 (c)는 Koutecky-Levich는 400 rpm, 900 rpm, 1600 rpm, 2500 rpm에서 측정한 0.3 V vs. RHE에서의 산소 환원 반응을 나타낸 것이다. 전극 촉매 성능을 수행하기 전, 모든 촉매는 300 ℃에서 3 시간 동안 열처리(3 % H2/Ar)를 거쳐 백금에 흡착된 올레일아민을 제거했다. 산소 환원 반응 곡선은 1600 rpm에서 10 mVㅇs-1의 스캔 속도로 측정했다. 도 14의 (a)를 보면, 0.98 V의 가장 높은 개시 전위를 나타낸 샘플은 Pt-CoO-0/GO 이고, Pt-CoO-20/GO은 0.93 V, Pt/GO 및 Pt-CoO-15/GO의 활성은 동일하게 0.90 V로 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 동역학 및 확산 제어에 있어서, 코어@쉘 구조에 의해 모든 Pt-CoO/GO 샘플에서 유의한 전력 손실(significant ohmic loss)이 확인되는 것을 알 수 있다. TEM으로 확인해 본 결과 표면에 산화 코발트가 노출된 Pt-CoO-15/GO의 경우는 백금의 활성 표면을 차단하고, 결과적으로 Pt-CoO-15/GO는 산소 환원 반응 활성이 매우 낮게 나타났고, 백금 원자의 표면 노출이 높았던 Pt-CoO-0/GO의 경우에는 우수한 산소 환원 반응 활성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.Specifically, (a), (b), (c) and (d) of FIG. 13 correspond to Pt / GO, Pt-CoO-0 / GO, Pt-CoO-15 / GO, and Pt-CoO-20 / GO, respectively. Cyclic voltammograms are shown, and FIGS. 14A, 14B, and 14C show Pt / GO, Pt-CoO-0 / GO, Pt-CoO-15 / GO, and Pt-. Oxygen reduction reaction polarization curves are shown for comparison of the electrochemical activity of CoO-20 / GO. Figure 14 (a) is the oxygen reduction reaction polarization curve at 1600 rpm, Figure 14 (b) Tafel plot for the oxygen reduction reaction measured at 1600 rpm Figure 14 (c) is Koutecky-Levich 400 rpm, 0.3 V vs. measured at 900 rpm, 1600 rpm, 2500 rpm. Oxygen reduction reaction in RHE is shown. Prior to performing the electrode catalyst performance, all catalysts were subjected to heat treatment (3% H 2 / Ar) at 300 ° C. for 3 hours to remove oleylamine adsorbed to platinum. Oxygen reduction reaction curve was measured at a scan rate of 10 mV s -1 at 1600 rpm. 14 (a), the sample showing the highest onset potential of 0.98 V is Pt-CoO-0 / GO, and Pt-CoO-20 / GO is 0.93 V, Pt / GO and Pt-CoO-15 / It was confirmed that the activity of GO is expressed as 0.90 V. In kinetics and diffusion control, it can be seen that the significant ohmic loss is found in all Pt-CoO / GO samples by the core @ shell structure. As a result of TEM, Pt-CoO-15 / GO exposed to the surface of cobalt oxide blocked the active surface of platinum, and as a result, Pt-CoO-15 / GO showed very low oxygen reduction activity. It was confirmed that Pt-CoO-0 / GO, which had high surface exposure of platinum atoms, exhibited excellent oxygen reduction reaction activity.

도 14의 (b)를 보면, Pt/GO 및 Pt-CoO-0/GO의 산소 환원 반응 운동 전류의 대한 기울기를 나타낸 것으로 비교를 위해 백금 금속을 두가지로 구분하였다. 낮은 전위에서의 순수한 백금과 높은 전위에서의 Pt-CoO 혼합물 두가지 각각의 분극 곡선을 얻었다(낮은 Tafel 기울기 : 60 mV dec-1 및 120 mV dec-1). 측정된 Tafel 기울기는 산화코발트에 의한 표면 막힘(surface blockage)에 의해 Pt-CoO-0/GO가 보다 낮게 나타났다.Referring to (b) of Figure 14, it shows the slope of the oxygen reduction reaction kinetic current of Pt / GO and Pt-CoO-0 / GO and divided the platinum metal into two for comparison. Two polarization curves were obtained, respectively, of pure platinum at low potential and Pt-CoO mixture at high potential (low Tafel slope: 60 mV dec -1 and 120 mV dec -1 ). The measured Tafel slope showed lower Pt-CoO-0 / GO due to surface blockage by cobalt oxide.

도 14의 (c)를 보면, Pt/GO 및 Pt-CoO-0/GO에서의 산소 환원 반응에 대한 Koutecky-Levich 기울기를 나타낸 것이다. 이 때 도면에 나타낸 기울기는 회전속도(ω-1/2)의 역 제곱근의 함수로서 역전류 밀도(J-1)를 나타내며, 분자 산소에 대한 1차 동역학(first-order kinetics)을 보여줄 수 있다. 기울기는 선형 피팅(linear fitting)에 의해 계산되었고, 4-전자 이동 반응(4-electron transfer reaction)은 약 4의 n 값으로 확인되었다. 이 때 n 값은 Pt-CoO-0/GO에 대해 3.78 및 Pt/GO에 대해 3.68로 계산되었고, 이는 산소 환원 반응에 대해 거의 4-전자 전달 과정을 나타내는 것이다.14 (c) shows the Koutecky-Levich slope for the oxygen reduction reaction in Pt / GO and Pt-CoO-0 / GO. The slope shown in this figure represents the reverse current density (J -1 ) as a function of the inverse square root of the rotational speed (ω -1/2 ) and can show first-order kinetics for molecular oxygen. . The slope was calculated by linear fitting, and the 4-electron transfer reaction was confirmed with an n value of about 4. The value of n was then calculated to be 3.78 for Pt-CoO-0 / GO and 3.68 for Pt / GO, indicating a nearly 4-electron transfer process for the oxygen reduction reaction.

구체적으로 도 15는 나노입자에서 올레일 아민 제거 유무를 나타낸 것으로, 가장 아래쪽에 나타낸 적색 선은 열처리 후 Pt-CoO-0/GO의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸 것이고, 그 위쪽의 청색 선은 열처리 전의 Pt-CoO-0/GO의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸 것이다. 도 15를 보면, 2920 cm-1 내지 2850 cm-1에 나타난 올레일아민의 메틸 스트레칭 강도(intensity of methyl stretching)가 감소된 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 열처리한 후 백금의 표면에서 올레일아민이 제거된 것을 알 수 있다.Specifically, Figure 15 shows the presence or absence of oleyl amine from the nanoparticles, the bottom red line shows the FT-IR spectrum of Pt-CoO-0 / GO after heat treatment, the blue line above the The FT-IR spectrum of Pt-CoO-0 / GO is shown. 15, it can be seen that the intensity of methyl stretching of the oleylamine shown in 2920 cm -1 to 2850 cm -1 is reduced. Through the heat treatment it can be seen that the oleylamine was removed from the surface of the platinum.

구체적으로 도 16은 일산화탄소 가스를 첨가하여 제조한 Pt-CoO/GO(적색 선) 및 Pt/GO(검은색 선)의 산소 환원 반응 편광 곡선을 나타낸 것으로, 1600 rpm에서의 추가적인 일산화탄소 가스의 첨가에 의해 합성된 나노큐브 형태의 Pt-CoO 나노입자를 산화그래핀에 담지시킨 Pt-CoO/GO의 개시 전위는 단분산된 작은 백금 나노입자의 영향으로 Pt/GO의 개시 전위보다 높게 0.97 V 정도로 나타났다.Specifically, FIG. 16 shows the polarization curves of oxygen reduction reactions of Pt-CoO / GO (red line) and Pt / GO (black line) prepared by adding carbon monoxide gas, and the addition of additional carbon monoxide gas at 1600 rpm. The starting potential of Pt-CoO / GO in which nanocube-shaped Pt-CoO nanoparticles were synthesized on graphene oxide was about 0.97 V higher than that of Pt / GO under the influence of small monodisperse platinum nanoparticles. .

도 17 및 18은 안정성 평가 결과를 나타낸 도면들이다.17 and 18 are diagrams showing the results of stability evaluation.

구체적으로 도 17은 산소 환원 반응 활성에서의 메탄올 중독 효과를 나타낸 것으로, 2000 μM의 0.1 M HClO4에서 0.05 V의 고정 전위(1600 rpm)(vs. RHE with 1600 rpm rotation rate)로 Pt-CoO-0/GO 전극의 전류 측정을 통해서 조사했다. 암페로메트리(amperometry)의 초기 1000 초는 산소 포화 조건에서 수행하였고, 이후에는 산소 포화 조건에서 3 M 의 메탄올을 첨가하여 1000 초 내지 2000 초 동안 수행하였다. Pt-CoO-0/GO 전극은 3 M 메탄올을 첨가한 후에도 전류 밀도(current density)가 약간 감소하여 우수한 메탄올 내성(methanol tolerance) 특성을 가진 것을 확인할 수 있다.Specifically, Figure 17 shows the methanol poisoning effect in the oxygen reduction activity, Pt-CoO- at a fixed potential (1600 rpm) (vs. RHE with 1600 rpm rotation rate) of 0.05 V in 0.1 M HClO 4 of 2000 μM Investigation was made by measuring the current of the 0 / GO electrode. The initial 1000 seconds of amperometry was performed under oxygen saturation conditions, followed by addition of 3 M methanol under oxygen saturation conditions for 1000 seconds to 2000 seconds. It can be seen that the Pt-CoO-0 / GO electrode has excellent methanol tolerance because of a slight decrease in current density even after adding 3 M methanol.

구체적으로 도 18은 나노입자의 장기 안정성 평가(long-term stability test) 전(a) 및 후(b)의 TEM 이미지를 나타낸 것으로, 장기 안정성 평가를 위해 0.6 V에서 1.1 V 사이의 전위 사이클링(potential cycling) 후 Pt-CoO-0/GO의 형태를 조사하였다. 평가 결과 Pt-CoO-0/GO 촉매는 장기 안정도 시험 후에도 잘 정의 된(well-defined) 분지된 나노와이어 구조를 유지하고 있는 것을 확인 할 수 있다. 이를 통해 본 발명의 나노입자가 산성 반응 조건에 대해서 우수한 안정성과 재활용성을 가지는 것을 알 수 있다.Specifically, FIG. 18 shows TEM images before (a) and after (b) long-term stability test of nanoparticles, and potential cycling between 0.6 V and 1.1 V for long-term stability evaluation. After the cycling, the type of Pt-CoO-0 / GO was examined. The evaluation result shows that the Pt-CoO-0 / GO catalyst maintains well-defined branched nanowire structure even after long-term stability test. Through this, it can be seen that the nanoparticles of the present invention have excellent stability and recyclability with respect to acidic reaction conditions.

결과적으로, 본 발명을 통해서 금속 전구체 화합물의 제어된 환원을 통한 하이브리드 Pt-CoO 나노 구조의 단일 포트 합성 방법을 제공할 수 있으며, 이때 Fe(CO)5 첨가제가 나노입자의 형태를 제어하는 결정적인 요인이 될 수 있다. 나노입자와 관련된 형태학의 진화는 초기 백금 시드의 초기 형성에 이어, 산화코발트의 후속적인 성장을 통해서 구조를 형성하는 것임을 알 수 있다.As a result, the present invention can provide a method for single-port synthesis of hybrid Pt-CoO nanostructures through controlled reduction of metal precursor compounds, wherein the Fe (CO) 5 additive is a decisive factor controlling the morphology of nanoparticles This can be It can be seen that the morphological evolution associated with nanoparticles is the formation of structures through the initial growth of the initial platinum seed followed by subsequent growth of cobalt oxide.

본 발명의 Pt-CoO 나노입자의 합성에 대한 반응 동역학의 효과는 환원제, 전구체로 사용된 금속 화합물의 농도 및 안정제의 조절 등의 합성 조건을 변화시킴으로써 확인되었다. 합성된 나노입자 중에서 Pt-CoO-0를 산화 그래핀에 담지시킨 Pt-CoO-0/GO 촉매는 산소 환원 반응에 대해 가장 높은 활성을 나타내었고, 전기 촉매 작용(electrocatalysis)을 위한 다른 다중 금속 나노입자 시스템에도 적용될 수 있다.The effect of the reaction kinetics on the synthesis of Pt-CoO nanoparticles of the present invention was confirmed by changing the synthetic conditions such as the control of the reducing agent, the concentration of the metal compound used as the precursor and the stabilizer. Among the synthesized nanoparticles, Pt-CoO-0 / GO catalysts having Pt-CoO-0 supported on graphene oxide showed the highest activity for oxygen reduction reactions, and other multi-metal nanoparticles for electrocatalysis. It can also be applied to particle systems.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the foregoing has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.

Claims (19)

지방 아민(fatty amine), 지방산(fatty acid) 및 코발트(cobalt) 전구체를 포함하는 코발트 전구체 용액을 가열하는 제1 단계;
백금(Platinum) 전구체를 포함하는 백금 전구체 용액을 상기 가열된 코발트 전구체 용액에 혼합하여 반응혼합물을 제조하는 제2 단계;
상기 반응혼합물을 가열하는 제3 단계;
상기 가열된 반응혼합물을 냉각시키는 제4 단계; 및
상기 냉각된 반응혼합물을 원심분리하는 제5 단계를 포함하고,
상기 제1 단계는, 용매로 1-옥타데센, 지방 아민으로 올레일 아민, 지방산으로 올레산 및 코발트 전구체로 Co(acac)2를 포함하는 코발트 전구체 용액을 80 ℃ 내지 140 ℃로 30 분 내지 90 분 동안 가열하는 것을 포함하고,
상기 제2 단계는, 1-옥타데센, 올레일 아민 및 백금 전구체로 Pt(acac)2를 포함하는 백금 전구체 용액을 상기 가열된 코발트 전구체 용액에 혼합하여 반응혼합물을 제조하는 것을 포함하고,
상기 제3 단계는, 상기 반응혼합물을 170 ℃ 내지 230 ℃로 120 분 내지 240 분 동안 가열하는 것을 포함하고,
상기 제4 단계는, 상기 가열된 반응혼합물을 실온으로 냉각시키는 것을 포함하고,
상기 제5 단계는, 알코올 및 헥산을 이용하여 상기 냉각된 반응혼합물을 원심분리하는 것을 포함함으로써, 분지된 나노와이어(branched nanowire) 형태의 Pt-CoO 나노입자를 형성하는 것을 특징으로 하는,
Pt-CoO 나노입자 제조방법.
A first step of heating a cobalt precursor solution comprising a fatty amine, a fatty acid and a cobalt precursor;
A second step of preparing a reaction mixture by mixing a platinum precursor solution including a platinum precursor with the heated cobalt precursor solution;
A third step of heating the reaction mixture;
A fourth step of cooling the heated reaction mixture; And
A fifth step of centrifuging the cooled reaction mixture,
In the first step, a cobalt precursor solution including 1-octadecene as a solvent, oleyl amine as a fatty amine, oleic acid as a fatty acid, and Co (acac) 2 as a cobalt precursor is 30 to 90 minutes at 80 ° C to 140 ° C. Heating during,
The second step includes mixing a platinum precursor solution including Pt (acac) 2 as 1-octadecene, oleyl amine and platinum precursor to the heated cobalt precursor solution to prepare a reaction mixture,
The third step includes heating the reaction mixture to 170 to 230 ℃ for 120 minutes to 240 minutes,
The fourth step includes cooling the heated reaction mixture to room temperature,
The fifth step includes centrifuging the cooled reaction mixture with alcohol and hexane, thereby forming Pt-CoO nanoparticles in the form of branched nanowires.
Method for producing Pt-CoO nanoparticles.
지방 아민(fatty amine), 지방산(fatty acid) 및 코발트(cobalt) 전구체를 포함하는 코발트 전구체 용액을 가열하는 제1 단계;
백금(Platinum) 전구체를 포함하는 백금 전구체 용액을 상기 가열된 코발트 전구체 용액에 혼합하여 반응혼합물을 제조하는 제2 단계;
상기 반응혼합물을 가열하는 제3 단계;
상기 가열된 반응혼합물을 냉각시키는 제4 단계; 및
상기 냉각된 반응혼합물을 원심분리하는 제5 단계를 포함하고,
상기 제1 단계 이후에, Fe(CO)5 용액을 첨가하는 단계;를 더 포함하고,
상기 제1 단계는, 용매로 1-옥타데센, 지방 아민으로 올레일 아민, 지방산으로 올레산 및 코발트 전구체로 Co(acac)2를 포함하는 코발트 전구체 용액을 80 ℃ 내지 140 ℃로 30 분 내지 90 분 동안 가열하는 것을 포함하고,
상기 제2 단계는, 1-옥타데센, 올레일 아민 및 백금 전구체로 Pt(acac)2를 포함하는 백금 전구체 용액을 상기 가열된 코발트 전구체 용액에 혼합하여 반응혼합물을 제조하는 것을 포함하고,
상기 제3 단계는, 상기 반응혼합물을 170 ℃ 내지 230 ℃로 120 분 내지 240 분 동안 가열하는 것을 포함하고,
상기 제4 단계는, 상기 가열된 반응혼합물을 실온으로 냉각시키는 것을 포함하고,
상기 제5 단계는, 에탄올 및 헥산을 이용하여 상기 냉각된 반응혼합물을 원심분리하는 것을 포함하고,
상기 제 1단계 다음에, 가열한 상기 코발트 전구체 용액에 Fe(CO)5 용액 6 μl 내지 24 μl를 첨가하는 단계를 더 포함함으로써, 코어@쉘 나노큐브(core@shell nanocube) 형태의 Pt-CoO 나노입자를 형성하는 것을 특징으로 하는,
Pt-CoO 나노입자 제조방법.
A first step of heating a cobalt precursor solution comprising a fatty amine, a fatty acid and a cobalt precursor;
A second step of preparing a reaction mixture by mixing a platinum precursor solution including a platinum precursor with the heated cobalt precursor solution;
A third step of heating the reaction mixture;
A fourth step of cooling the heated reaction mixture; And
A fifth step of centrifuging the cooled reaction mixture,
After the first step, further comprising the step of adding a Fe (CO) 5 solution;
In the first step, a cobalt precursor solution including 1-octadecene as a solvent, oleyl amine as a fatty amine, oleic acid as a fatty acid, and Co (acac) 2 as a cobalt precursor is 30 to 90 minutes at 80 ° C to 140 ° C. Heating during,
The second step includes mixing a platinum precursor solution including Pt (acac) 2 as 1-octadecene, oleyl amine and platinum precursor to the heated cobalt precursor solution to prepare a reaction mixture,
The third step includes heating the reaction mixture to 170 to 230 ℃ for 120 minutes to 240 minutes,
The fourth step includes cooling the heated reaction mixture to room temperature,
The fifth step includes centrifuging the cooled reaction mixture using ethanol and hexane,
After the first step, the method further comprises adding 6 μl to 24 μl of Fe (CO) 5 solution to the heated cobalt precursor solution, thereby forming Pt-CoO in the form of a core @ shell nanocube. Forming nanoparticles,
Method for producing Pt-CoO nanoparticles.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 코발트 전구체는 Co(acac)2인 것을 특징으로 하는,
Pt-CoO 나노입자 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
The cobalt precursor is characterized in that Co (acac) 2 ,
Method for producing Pt-CoO nanoparticles.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 백금 전구체는 Pt(acac)2인 것을 특징으로 하는,
Pt-CoO 나노입자 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
The platinum precursor is characterized in that the Pt (acac) 2 ,
Method for producing Pt-CoO nanoparticles.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 코발트 전구체 용액 및 상기 백금 전구체 용액의 용매는 1-옥타데센(ODE, 1-octadecene)인 것을 특징으로 하는,
Pt-CoO 나노입자 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
The solvent of the cobalt precursor solution and the platinum precursor solution is characterized in that 1-octadecene (ODE, 1-octadecene),
Method for producing Pt-CoO nanoparticles.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 지방 아민은 올레일아민(OAm, Oleylamine)인 것을 특징으로 하는,
Pt-CoO 나노입자 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
The fatty amine is characterized in that the oleyl amine (OAm, Oleylamine),
Method for producing Pt-CoO nanoparticles.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 지방산은 올레산(OA, oleic acid)인 것을 특징으로 하는,
Pt-CoO 나노입자 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
The fatty acid is characterized in that the oleic acid (OA, oleic acid),
Method for producing Pt-CoO nanoparticles.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 단계는 상기 코발트 전구체 용액을 1차 가열한 다음, 상기 1차 가열보다 높은 온도에서 2차 가열하는 것을 특징으로 하는,
Pt-CoO 나노입자 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
The first step is characterized in that the first heating the cobalt precursor solution, and then the second heating at a higher temperature than the first heating,
Method for producing Pt-CoO nanoparticles.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제3 단계는 상기 반응혼합물을 120 분 내지 240 분 동안 가열하는 것을 특징으로 하는,
Pt-CoO 나노입자 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
The third step is characterized in that for heating the reaction mixture for 120 minutes to 240 minutes,
Method for producing Pt-CoO nanoparticles.
제9항에 있어서,
상기 제3 단계는 상기 반응혼합물을 170 ℃ 내지 230 ℃까지 가열하는 것을 특징으로 하는,
Pt-CoO 나노입자 제조방법.
The method of claim 9,
The third step is characterized in that for heating the reaction mixture to 170 ℃ to 230 ℃,
Method for producing Pt-CoO nanoparticles.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제4 단계는 상기 가열된 반응혼합물을 실온으로 냉각시키는 것을 특징으로 하는,
Pt-CoO 나노입자 제조방법.
The method according to claim 1 or 2,
The fourth step is characterized in that for cooling the heated reaction mixture to room temperature,
Method for producing Pt-CoO nanoparticles.
삭제delete 제2항에 있어서,
상기 Fe(CO)5 용액은 6 μl 내지 24 μl를 첨가하는 것을 특징으로 하는,
Pt-CoO 나노입자 제조방법.
The method of claim 2,
The Fe (CO) 5 solution is characterized in that the addition of 6 μl to 24 μl,
Method for producing Pt-CoO nanoparticles.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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