KR102108863B1 - Transition metal co-doped cerium oxide and method for preparing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 공도핑(co-doped) 세륨 산화물 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 공도핑(co-doped) 세륨 산화물은 높은 활성을 가지며, 일산화탄소 산화반응의 촉매로 사용할 수 있는 효과가 있다.
[화학식 1]
M1 xM2 yCe1 -(x+y)O2-δ
상기 화학식 1에서,
M1 및 M2는 서로 다르고, 각각 독립적으로 전이금속이고,
x는 0<x≤0.2이고, y는 0<y≤0.2이고, δ는 0≤δ≤0.4이다.
The present invention relates to a co-doped cerium oxide represented by the following Chemical Formula 1 and a method for manufacturing the same, and the co-doped cerium oxide of the present invention has high activity and is used as a catalyst for carbon monoxide oxidation reaction. It can be used.
[Formula 1]
M 1 x M 2 y Ce 1- (x + y) O 2-δ
In Chemical Formula 1,
M 1 and M 2 are different from each other, each independently a transition metal,
x is 0 <x≤0.2, y is 0 <y≤0.2, and δ is 0≤δ≤0.4.

Description

전이금속이 공도핑된 세륨 산화물 및 그의 제조방법{TRANSITION METAL CO-DOPED CERIUM OXIDE AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}Transition metal co-doped cerium oxide and its manufacturing method {TRANSITION METAL CO-DOPED CERIUM OXIDE AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

본 발명은 전이금속이 공도핑된 세륨 산화물 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 활성을 가지며, 일산화탄소 산화반응의 촉매로 사용할 수 있는 전이금속이 공도핑된 세륨 산화물 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cerium oxide co-doped with a transition metal and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a cerium oxide co-doped with a transition metal that has high activity and can be used as a catalyst for a carbon monoxide oxidation reaction. It is about.

세륨 산화물은 활성 물질의 지지체로 많이 사용된다. 반응에 있어서 지지체의 역할은 산소 공급과 안정적으로 활성물질과 결합하고 있어야 한다. 세륨 산화물은 높은 산소 저장 능력과 Ce3 +/Ce4 +의 산화환원 능력에 의해 표면에 결함을 잘 형성한다. 게다가, 열적 안정성이 높고, 전이금속과 상호작용이 뛰어나므로 여러 반응에 지지체로 응용되고 그 우수성이 입증되었다.Cerium oxide is often used as a support for active materials. The role of the support in the reaction must be stable with the oxygen supply and the active substance. Cerium oxide is well formed on the surface due to its high oxygen storage capacity and redox ability of Ce 3 + / Ce 4 + . In addition, it has high thermal stability and excellent interaction with transition metals, so it has been applied as a support to various reactions and its superiority has been proved.

우리나라에서 자동차 배기가스는 대기오염의 85.4%를 차지하여 심각한 오염원이다. 이들 배출 가스는 인체에 직접적인 영향을 미칠 뿐만 아니라 오존(O3) 생성과 지구온난화 등의 심각한 문제를 야기한다. 수도권은 국토의 12%에 불과한 면적에 자동차의 47%가 집중되어 있어 도시의 자동차 배기가스 정화기술은 우리나라에 필수적이다. 자동차 배출가스 중 대표적인 유해가스는 HC, NOx, CO, CO2 그리고 미세먼지를 들 수 있다. 그 중 일산화탄소(CO)를 처리 및 분해하기 위해 다양한 기술들이 알려져 있는데, 그 중 촉매 산화 방법은 오염 물질을 인체에 무해한 물질로 직접 전환할 수 있다는 점에서 가장 좋은 방법으로 알려져 있다. 그러나 촉매를 이용하는 종래기술의 경우 열 에너지 또는 빛 에너지와 같은 추가적인 에너지를 필요로 하기 때문에 그 사용에 많은 제약이 따르고 있다. 이로 인해 최근에는 상온 조건에서 일산화탄소를 산화시키는 촉매에 대한 연구가 수행되고 있으나 대부분 일산화탄소 전환율이 낮고 내구성이 떨어지는 문제점을 가지고 있다.Automobile exhaust gas in Korea accounts for 85.4% of air pollution and is a serious pollutant. These emissions not only directly affect the human body, but also cause serious problems such as ozone (O 3 ) production and global warming. In the metropolitan area, 47% of automobiles are concentrated in an area of only 12% of the country, so urban exhaust gas purification technology is essential to Korea. Typical harmful gases among automobile emissions include HC, NO x , CO, CO 2 and fine dust. Among them, various techniques are known to treat and decompose carbon monoxide (CO), and among them, the catalytic oxidation method is known as the best method in that it can directly convert contaminants into substances harmless to the human body. However, the prior art using a catalyst requires additional energy, such as thermal energy or light energy, and thus has many restrictions on its use. For this reason, recently, studies on catalysts for oxidizing carbon monoxide under room temperature conditions have been conducted, but most have problems of low carbon monoxide conversion and poor durability.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 높은 활성을 가지며, 일산화탄소 산화반응의 촉매로 사용할 수 있는 전이금속이 공도핑된 세륨 산화물 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to provide a high activity, can be used as a catalyst for the oxidation of carbon monoxide transition metal co-doped cerium oxide and to provide a method for producing the same Having

본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 공도핑(co-doped) 세륨 산화물이 제공된다.According to an aspect of the present invention, a co-doped cerium oxide represented by Chemical Formula 1 is provided.

[화학식 1][Formula 1]

M1 xM2 yCe1 -(x+y)O2-δ M 1 x M 2 y Ce 1- (x + y) O 2-δ

상기 화학식 1에서,In Chemical Formula 1,

M1 및 M2는 서로 다르고, 각각 독립적으로 전이금속이고,M 1 and M 2 are different from each other, each independently a transition metal,

x는 0<x≤0.2이고, y는 0<y≤0.2이고, δ는 0≤δ≤0.4이다.x is 0 <x≤0.2, y is 0 <y≤0.2, and δ is 0≤δ≤0.4.

또한 상기 공도핑(co-doped) 세륨 산화물이 상기 화학식 1에서, M1은 은(Ag), 루테늄(Ru), 코발트(Co) 또는 망간(Mn)이고, M2는 구리(Cu) 또는 철(Fe)일 수 있다.In addition, the co-doped cerium oxide is in Formula 1, M 1 is silver (Ag), ruthenium (Ru), cobalt (Co) or manganese (Mn), M 2 is copper (Cu) or iron (Fe).

또한 상기 공도핑(co-doped) 세륨 산화물이 상기 화학식 1에서, M1은 은(Ag), 루테늄(Ru), 코발트(Co) 또는 망간(Mn)이고, M2는 구리(Cu)일 수 있다.In addition, the co-doped cerium oxide in Formula 1, M 1 is silver (Ag), ruthenium (Ru), cobalt (Co) or manganese (Mn), M 2 may be copper (Cu) have.

또한 상기 공도핑(co-doped) 세륨 산화물이 상기 화학식 1에서, M1은 은(Ag) 또는 루테늄(Ru)이고, M2는 구리(Cu)일 수 있다.Further, the co-doped cerium oxide may be M 1 in silver (Ag) or ruthenium (Ru), and M 2 in copper (Cu).

또한 상기 공도핑(co-doped) 세륨 산화물이 상기 화학식 1에서, M1은 은(Ag)이고, M2는 구리(Cu)일 수 있다.In addition, the co-doped cerium oxide may be M 1 in silver (Ag) and M 2 in copper (Cu).

또한 상기 공도핑(co-doped) 세륨 산화물이 일산화탄소(CO)의 산화반응에 촉매로 사용하기 위한 것일 수 있다.In addition, the co-doped cerium oxide may be for use as a catalyst in the oxidation reaction of carbon monoxide (CO).

또한 상기 공도핑(co-doped) 세륨 산화물이 상기 화학식 1에서, M1은 은(Ag)이고, M2는 구리(Cu)일 수 있다.In addition, the co-doped cerium oxide may be M 1 in silver (Ag) and M 2 in copper (Cu).

또한 상기 일산화탄소가 연소 배기가스에 포함될 수 있다.In addition, the carbon monoxide may be included in the combustion exhaust gas.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, (a) 세륨 전구체 및 2종의 전이금속 전구체를 포함하는 전구체 수용액을 준비하는 단계; (b) 에틸렌디아민테트라아세트산(Ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA)과 암모니아를 포함하는 EDTA 수용액을 제조하는 단계; (c) 상기 전구체 수용액, 상기 EDTA 수용액 및 구연산을 혼합하고 반응시켜 상기 EDTA의 착물(Complex)을 포함하는 EDTA 착물 수용액을 제조하는 단계; (d) 상기 EDTA 착물 수용액을 건조시키는 단계; 및 (e) 건조된 상기 단계(d)의 결과물을 열처리로 소결하여 화학식 1로 표시되는 공도핑(co-doped) 세륨 산화물을 제조하는 단계;를 포함하는 공도핑(co-doped) 세륨 산화물의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, (a) preparing a precursor aqueous solution containing a cerium precursor and two transition metal precursors; (b) preparing an EDTA aqueous solution containing ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) and ammonia; (c) preparing an aqueous EDTA complex solution containing the complex of the EDTA by mixing and reacting the precursor aqueous solution, the EDTA aqueous solution, and citric acid; (d) drying the EDTA complex aqueous solution; And (e) preparing the co-doped cerium oxide represented by Chemical Formula 1 by sintering the dried product of step (d) by heat treatment; A manufacturing method is provided.

[화학식 1][Formula 1]

M1 xM2 yCe1 -(x+y)O2-δ M 1 x M 2 y Ce 1- (x + y) O 2-δ

상기 화학식 1에서,In Chemical Formula 1,

M1 및 M2는 서로 다르고, 각각 독립적으로 전이금속이고,M 1 and M 2 are different from each other, each independently a transition metal,

x는 0<x≤0.2이고, y는 0<y≤0.2이고, δ는 0≤δ≤0.4이다.x is 0 <x≤0.2, y is 0 <y≤0.2, and δ is 0≤δ≤0.4.

또한 상기 세륨 전구체는 세륨 질산염 수화물(Ce(NO3)3ㆍ6H2O) 및 염화세륨 수화물(CeCl3ㆍ7H2O)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the cerium precursor may include at least one selected from the group consisting of cerium nitrate hydrate (Ce (NO 3 ) 3 ㆍ 6H 2 O) and cerium chloride hydrate (CeCl 3 ㆍ 7H 2 O).

또한 상기 2종의 전이금속 전구체가 은 전구체 및 구리 전구체이고, 상기 공도핑(co-doped) 세륨 산화물이 상기 화학식 1에서, M1은 은(Ag)이고, M2는 구리(Cu)일 수 있다.Also, the two transition metal precursors may be a silver precursor and a copper precursor, and the co-doped cerium oxide may be M 1 in silver (Ag) and M 2 in copper (Cu). have.

또한 상기 은 전구체가 질산은(AgNO3), 염화은(AgCl) 및 과염소산은(AgClO4)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the silver precursor may include one or more selected from the group consisting of silver nitrate (AgNO 3 ), silver chloride (AgCl), and silver perchlorate (AgClO 4 ).

또한 상기 구리 전구체가 구리 질산염 수화물(CuN2O6ㆍ3H2O), 수산화구리(Cu(OH)2) 및 염화구리 수화물(CuCl2ㆍ2H2O)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.In addition, the copper precursor contains at least one selected from the group consisting of copper nitrate hydrate (CuN 2 O 6 ㆍ 3H 2 O), copper hydroxide (Cu (OH) 2 ) and copper chloride hydrate (CuCl 2 ㆍ 2H 2 O). can do.

또한 단계 (d)와 (e) 사이에 건조된 상기 단계(d)의 결과물을 400 내지 470℃에서 불순물을 증발시키는 단계(d');를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the step (d ′) of evaporating impurities at 400 to 470 ° C. as a result of the step (d) dried between steps (d) and (e); may further include.

또한 단계 (e)의 소결이 450 내지 700℃에서 수행될 수 있다.In addition, the sintering in step (e) can be performed at 450 to 700 ° C.

본 발명의 공도핑 세륨 산화물은 높은 활성을 가지며, 일산화탄소 산화반응의 촉매로 사용할 수 있는 효과가 있다.The co-doped cerium oxide of the present invention has a high activity and has an effect that can be used as a catalyst for carbon monoxide oxidation.

도 1a는 비교예 2에 따라 제조된 Cu가 단일 도핑된 세륨 산화물의 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 1b는 실시예 1-6에 따라 제조된 Ce0 . 90Ag0 . 01Cu0 . 09O2 및 실시예 1-7에 따라 제조된 Ce0 . 90Ag0 . 02Cu0 . 08O2 의 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 1c는 실시예 1-1 내지 1-5에 따라 제조된 Ag 및 Cu가 공도핑된 세륨 산화물 및 실시예 2에 따라 제조된 Ru 및 Cu가 공도핑된 세륨 산화물의 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 2a는 비교예 1에 따라 제조된 CeO2, 비교예 2-1에 따라 제조된 Ce0.95Cu0.05O2-δ, 실시예 1-1에 따라 제조된 Ce0 . 95Ag0 . 01Cu0 . 04O2 , 실시예 2에 따라 제조된 Ce0.95Ru0.01Cu0.04O2-δ의 TEM 이미지이다.
도 2b는 실시예 1-1에 따라 제조된 Ce0 . 95Ag0 . 01Cu0 . 04O2 의 SEM-EDS 이미지이다.
도 3a는 비교예 2-1에 따라 제조된 Ce0 . 95Cu0 . 05O2 의 라만 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 3b는 실시예 1-1에 따라 제조된 Ce0 . 95Ag0 . 01Cu0 . 04O2 의 라만 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 3c는 실시예 2에 따라 제조된 Ce0 . 95Ru0 . 01Cu0 . 04O2 의 라만 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 3d는 비교예 1에 따라 제조된 CeO2의 라만 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 4a는 실시예 1-1에 따라 제조된 Ce0 . 95Ag0 . 01Cu0 . 04O2 및 비교예 2-1에 따라 제조된 Ce0.95Cu0.05O2-δ의 XPS 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 4b는 실시예 1-1에 따라 제조된 Ce0 . 95Ag0 . 01Cu0 . 04O2 및 비교예 2-1에 따라 제조된 Ce0.95Cu0.05O2-δ의 XPS 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 4c는 실시예 1-1에 따라 제조된 Ce0 . 95Ag0 . 01Cu0 . 04O2 및 비교예 2-1에 따라 제조된 Ce0.95Cu0.05O2-δ의 XPS 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 4d는 실시예 1-1에 따라 제조된 Ce0 . 95Ag0 . 01Cu0 . 04O2 의 XPS 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 4e는 실시예 1-1에 따라 제조된 Ce0 . 95Ag0 . 01Cu0 . 04O2 의 XPS 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 5a는 실시예 1-1에 따라 제조된 Ce0 . 95Ag0 . 01Cu0 . 04O2 , 실시예 2에 따라 제조된 Ce0 . 95Ru0 . 01Cu0 . 04O2 , 비교예 1에 따라 제조된 CeO2, 비교예 2-1에 따라 제조된 Ce0.95Cu0.05O2-δ의 촉매 표면에 산소를 흡착시킨 후 산소의 탈착 능력을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 5b는 실시예 1-1에 따라 제조된 Ce0 . 95Ag0 . 01Cu0 . 04O2 , 실시예 2에 따라 제조된 Ce0 . 95Ru0 . 01Cu0 . 04O2 , 비교예 1에 따라 제조된 CeO2, 비교예 2-1에 따라 제조된 Ce0.95Cu0.05O2-δ의 H2 소비(H2 Consumption)를 나타낸 그래프이다.
도 6a는 실시예 1-1에 따라 제조된 Ce0 . 95Ag0 . 01Cu0 . 04O2 , 비교예 1-1에 따라 제조된 Ce0 . 95Cu0 . 05O2 , 실시예 2에 따라 제조된 Ce0 . 95Ru0 . 01Cu0 . 04O2 을 사용한 CO 전환 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6b는 도 6a를 이용하여 계산한 활성화 에너지를 나타낸 그래프이다.
도 6c는 실시예 1-1에 따라 제조된 Ce0 . 95Ag0 . 01Cu0 . 04O2 , 비교예 1-1에 따라 제조된 Ce0 . 95Cu0 . 05O2 , 실시예 2에 따라 제조된 Ce0 . 95Ru0 . 01Cu0 . 04O2 의 온도에 따른 촉매 반응 속도를 나타낸 그래프이다.
Figure 1a shows the results of XRD analysis of the cerium oxide single-doped Cu prepared according to Comparative Example 2.
1B shows Ce 0 prepared according to Examples 1-6 . 90 Ag 0 . 01 Cu 0 . 09 O 2 and Ce 0 prepared according to Examples 1-7 . 90 Ag 0 . 02 Cu 0 . The results of XRD analysis of 08 O 2 are shown.
Figure 1c shows the results of XRD analysis of Ag and Cu co-doped cerium oxide prepared according to Examples 1-1 to 1-5 and Ru and Cu co-doped cerium oxide prepared according to Example 2.
2A shows CeO 2 prepared according to Comparative Example 1, Ce 0.95 Cu 0.05 O 2-δ prepared according to Comparative Example 2-1, and Ce 0 prepared according to Example 1-1 . 95 Ag 0 . 01 Cu 0 . 04 O 2 , TEM image of Ce 0.95 Ru 0.01 Cu 0.04 O 2-δ prepared according to Example 2.
2B shows Ce 0 prepared according to Example 1-1 . 95 Ag 0 . 01 Cu 0 . This is a SEM-EDS image of 04 O 2 .
3A shows Ce 0 prepared according to Comparative Example 2-1 . 95 Cu 0 . 05 shows the results of Raman spectrum analysis of O 2 .
3B shows Ce 0 prepared according to Example 1-1 . 95 Ag 0 . 01 Cu 0 . 04 The results of Raman spectrum analysis of O 2 are shown.
Figure 3c is Ce 0 prepared according to Example 2 . 95 Ru 0 . 01 Cu 0 . 04 The results of Raman spectrum analysis of O 2 are shown.
Figure 3d shows the results of Raman spectrum analysis of CeO 2 prepared according to Comparative Example 1.
4A shows Ce 0 prepared according to Example 1-1 . 95 Ag 0 . 01 Cu 0 . The results of XPS analysis of Ce 0.95 Cu 0.05 O 2-δ prepared according to 04 O 2 and Comparative Example 2-1 are shown.
4B shows Ce 0 prepared according to Example 1-1 . 95 Ag 0 . 01 Cu 0 . The results of XPS analysis of Ce 0.95 Cu 0.05 O 2-δ prepared according to 04 O 2 and Comparative Example 2-1 are shown.
4C shows Ce 0 prepared according to Example 1-1 . 95 Ag 0 . 01 Cu 0 . The results of XPS analysis of Ce 0.95 Cu 0.05 O 2-δ prepared according to 04 O 2 and Comparative Example 2-1 are shown.
4D shows Ce 0 prepared according to Example 1-1 . 95 Ag 0 . 01 Cu 0 . The results of XPS analysis of 04 O 2 are shown.
4E is Ce 0 prepared according to Example 1-1 . 95 Ag 0 . 01 Cu 0 . The results of XPS analysis of 04 O 2 are shown.
5A shows Ce 0 prepared according to Example 1-1 . 95 Ag 0 . 01 Cu 0 . 04 O 2 , Ce 0 prepared according to Example 2 . 95 Ru 0 . 01 Cu 0 . 04 O 2 , CeO 2 prepared according to Comparative Example 1, Ce 0.95 Cu 0.05 O 2-δ prepared according to Comparative Example 2-1 adsorbed oxygen on the catalyst surface, and then confirmed the desorption capacity of oxygen. It is shown.
5B shows Ce 0 prepared according to Example 1-1 . 95 Ag 0 . 01 Cu 0 . 04 O 2 , Ce 0 prepared according to Example 2 . 95 Ru 0 . 01 Cu 0 . 04 O 2 , CeO 2 prepared according to Comparative Example 1, Ce 0.95 Cu 0.05 O 2-δ prepared according to Comparative Example 2-1 is a graph showing the H 2 consumption (H 2 Consumption).
6A shows Ce 0 prepared according to Example 1-1 . 95 Ag 0 . 01 Cu 0 . 04 O 2 , Ce 0 prepared according to Comparative Example 1-1 . 95 Cu 0 . 05 O 2 , Ce 0 prepared according to Example 2 . 95 Ru 0 . 01 Cu 0 . It is a graph showing the result of CO conversion using 04 O 2 .
6B is a graph showing activation energy calculated using FIG. 6A.
6C shows Ce 0 prepared according to Example 1-1 . 95 Ag 0 . 01 Cu 0 . 04 O 2 , Ce 0 prepared according to Comparative Example 1-1 . 95 Cu 0 . 05 O 2 , Ce 0 prepared according to Example 2 . 95 Ru 0 . 01 Cu 0 . It is a graph showing the catalytic reaction rate according to the temperature of 04 O 2 .

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains may easily practice.

그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, the following description is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and when it is determined that a detailed description of known technologies related to the present invention may obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. .

본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, operation, component, or combination thereof described in the specification exists, or that one or more other features or It should be understood that the existence or addition possibilities of numbers, steps, actions, elements, or combinations thereof are not excluded in advance.

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 공도핑(co-doped) 세륨 산화물을 제공한다.The present invention provides a co-doped cerium oxide represented by Formula 1 below.

[화학식 1][Formula 1]

M1 xM2 yCe1 -(x+y)O2-δ M 1 x M 2 y Ce 1- (x + y) O 2-δ

상기 화학식 1에서In Chemical Formula 1

M1 및 M2는 서로 다르고, 각각 독립적으로 전이금속이고,M 1 and M 2 are different from each other, each independently a transition metal,

x는 0<x≤0.2이고, y는 0<y≤0.2이고, δ는 0≤δ≤0.4이다.x is 0 <x≤0.2, y is 0 <y≤0.2, and δ is 0≤δ≤0.4.

상기 공도핑(co-doped) 세륨 산화물이 상기 화학식 1에서,In the above Chemical Formula 1, the co-doped cerium oxide is

M1은 은(Ag), 루테늄(Ru), 코발트(Co) 또는 망간(Mn), 바람직하게는 은(Ag) 또는 루테늄(Ru), 보다 바람직하게는 은(Ag)이고,M 1 is silver (Ag), ruthenium (Ru), cobalt (Co) or manganese (Mn), preferably silver (Ag) or ruthenium (Ru), more preferably silver (Ag),

M2는 구리(Cu) 또는 철(Fe), 바람직하게는 구리(Cu)일 수 있다.M 2 may be copper (Cu) or iron (Fe), preferably copper (Cu).

상기 공도핑(co-doped) 세륨 산화물은 일산화탄소(CO)의 산화반응에 촉매로 사용하기 위한 것일 수 있다. The co-doped cerium oxide may be for use as a catalyst in the oxidation reaction of carbon monoxide (CO).

상기 일산화탄소는 연소 배기가스에 포함될 수 있다.The carbon monoxide may be included in the combustion exhaust gas.

이하, 본 발명의 공도핑(co-doped) 세륨 산화물의 제조방법에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a co-doped cerium oxide of the present invention will be described.

본 발명은 (a) 세륨 전구체 및 2종의 전이금속 전구체를 포함하는 전구체 수용액을 준비하는 단계; (b) 에틸렌디아민테트라아세트산(Ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA)과 암모니아를 포함하는 EDTA 수용액을 제조하는 단계; (c) 상기 전구체 수용액, 상기 EDTA 수용액 및 구연산을 혼합하고 반응시켜 상기 EDTA의 착물(Complex)을 포함하는 EDTA 착물 수용액을 제조하는 단계; (d) 상기 EDTA 착물 수용액을 건조시키는 단계; 및 (e) 건조된 상기 단계(d)의 결과물을 열처리로 소결하여 화학식 1로 표시되는 공도핑(co-doped) 세륨 산화물을 제조하는 단계;를 포함하는 공도핑(co-doped) 세륨 산화물의 제조방법을 제공한다.The present invention (a) preparing a precursor aqueous solution containing a cerium precursor and two types of transition metal precursors; (b) preparing an EDTA aqueous solution containing ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) and ammonia; (c) preparing an aqueous EDTA complex solution containing the complex of the EDTA by mixing and reacting the precursor aqueous solution, the EDTA aqueous solution, and citric acid; (d) drying the EDTA complex aqueous solution; And (e) preparing the co-doped cerium oxide represented by Chemical Formula 1 by sintering the dried product of step (d) by heat treatment; Provide a manufacturing method.

[화학식 1][Formula 1]

M1 xM2 yCe1 -(x+y)O2-δ M 1 x M 2 y Ce 1- (x + y) O 2-δ

상기 화학식 1에서In Chemical Formula 1

M1 및 M2는 서로 다르고, 각각 독립적으로 전이금속이고,M 1 and M 2 are different from each other, each independently a transition metal,

x는 0<x≤0.2이고, y는 0<y≤0.2이고, δ는 0≤δ≤0.4이다.x is 0 <x≤0.2, y is 0 <y≤0.2, and δ is 0≤δ≤0.4.

먼저, 세륨 전구체 및 2종의 전이금속 전구체를 포함하는 전구체 수용액을 준비한다(단계 a).First, a precursor aqueous solution containing a cerium precursor and two types of transition metal precursors is prepared (step a).

상기 세륨 전구체는 세륨 질산염 수화물(Ce(NO3)3ㆍ6H2O) 및 염화세륨 수화물(CeCl3ㆍ7H2O)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 세륨 질산염 수화물(Ce(NO3)3ㆍ6H2O)을 포함할 수 있다. The cerium precursor may include at least one selected from the group consisting of cerium nitrate hydrate (Ce (NO 3 ) 3 ㆍ 6H 2 O) and cerium chloride hydrate (CeCl 3 ㆍ 7H 2 O), preferably cerium nitrate Hydrate (Ce (NO 3 ) 3 ㆍ 6H 2 O).

상기 2종의 전이금속 전구체는 은 전구체 및 구리 전구체이고, 상기 공도핑(co-doped) 세륨 산화물이 상기 화학식 1에서, M1은 은(Ag)이고, M2는 구리(Cu)일 수 있다.The two types of transition metal precursors are silver precursors and copper precursors, and the co-doped cerium oxide may be M 1 in silver (Ag) and M 2 in copper (Cu). .

상기 은 전구체는 질산은(AgNO3), 염화은(AgCl) 및 과염소산은(AgClO4)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 질산은(AgNO3)을 포함할 수 있다.The silver precursor may include one or more selected from the group consisting of silver nitrate (AgNO 3 ), silver chloride (AgCl), and silver perchlorate (AgClO 4 ), preferably silver nitrate (AgNO 3 ).

상기 구리 전구체는 구리 질산염 수화물(CuN2O6ㆍ3H2O), 수산화구리(Cu(OH)2) 및 염화구리 수화물(CuCl2ㆍ2H2O)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 구리 질산염 수화물(CuN2O6ㆍ3H2O)을 포함할 수 있다.The copper precursor may include at least one selected from the group consisting of copper nitrate hydrate (CuN 2 O 6 ㆍ 3H 2 O), copper hydroxide (Cu (OH) 2 ) and copper chloride hydrate (CuCl 2 ㆍ 2H 2 O). It may, preferably, include copper nitrate hydrate (CuN 2 O 6 ㆍ 3H 2 O).

다음으로, to the next, 에틸렌디아민테트라아세트산Ethylenediaminetetraacetic acid (( EthylenediaminetetraaceticEthylenediaminetetraacetic acid, EDTA)과 암모니아를 포함하는  acid, EDTA) and ammonia EDTAEDTA 수용액을 제조한다(단계 b). Prepare an aqueous solution (step b).

다음으로, 상기 전구체 수용액, 상기 Next, the aqueous precursor solution, the EDTAEDTA 수용액 및 구연산을 혼합하고 반응시켜 상기  The aqueous solution and citric acid were mixed and reacted to EDTA의EDTA 착물(Complex)을Complex 포함하는  Containing EDTAEDTA 착물Complex 수용액을 제조한다(단계 c). Prepare an aqueous solution (step c).

다음으로, 상기 Next, above EDTAEDTA 착물Complex 수용액을  Aqueous solution 건조시킨다Dry it (단계 d).(Step d).

상기 단계(d)의 결과물을 400 내지 470℃에서 불순물을 증발시키는 단계(d');를 추가로 포함할 수 있다.The step (d ′) of evaporating impurities at 400 to 470 ° C. may be further included.

마지막으로, 건조된 상기 단계(d)의 결과물을 열처리로 소결하여 상기 화학식 1로 표시되는 Finally, the resultant of the dried step (d) is sintered by heat treatment to be represented by Chemical Formula 1 공도핑Co-doping (co-doped) 세륨 산화물을 제조한다(단계 e).(co-doped) cerium oxide is prepared (step e).

단계 (e)의 소결이 450 내지 700℃에서 수행될 수 있다.The sintering in step (e) can be performed at 450 to 700 ° C.

[실시예] [Example]

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described. However, this is for illustrative purposes, and the scope of the present invention is not limited thereby.

실시예 1: Ag 및 Cu가 공도핑(co-doped)된 세륨 산화물 제조Example 1: Preparation of cerium oxide co-doped with Ag and Cu

실시예Example 1-1:  1-1: Ce:Ag:Cu의Ce: Ag: Cu 몰비Mole ratio = = 0.95:0.01:0.040.95: 0.01: 0.04

세륨 전구체인 세륨 질산염 수화물(Ce(NO3)3ㆍ6H2O), 은 전구체인 질산은(AgNO3) 및 구리 전구체인 구리 질산염 수화물(CuN2O6ㆍ3H2O)을 그들의 금속원소인 Ce:Ag:Cu의 몰비율이 0.95:0.01:0.04가 되도록 100mL의 증류수에 용해시켜 수용액을 제조하였다.Ce cerium nitrate hydrate (Ce (NO 3 ) 3 ㆍ 6H 2 O), silver precursor silver nitrate (AgNO 3 ) and copper precursor copper nitrate hydrate (CuN 2 O 6 ㆍ 3H 2 O) are their metal elements, Ce An aqueous solution was prepared by dissolving in 100 mL of distilled water so that the molar ratio of: Ag: Cu was 0.95: 0.01: 0.04.

EDTA(Ethylenediaminetetraacetic acid)와 암모니아수를 혼합하여 EDTA 용액을 제조한 후 상기 EDTA 용액과 상기 수용액과 구연산 30mL을 혼합하여 혼합 용액을 제조하였다. 상기 혼합 용액이 pH 10이 되도록 암모니아를 첨가하여 적정하였다. 상기 혼합 용액의 온도를 80℃로 유지시키기 위해 158℃의 평판에서 가열시켜 EDTA 착물을 제조하였다. An EDTA solution was prepared by mixing EDTA (Ethylenediaminetetraacetic acid) with ammonia water, and then the EDTA solution, the aqueous solution, and 30 mL of citric acid were mixed to prepare a mixed solution. Ammonia was added and titrated so that the mixed solution was at pH 10. In order to maintain the temperature of the mixed solution at 80 ° C, an EDTA complex was prepared by heating on a plate at 158 ° C.

상기 EDTA 착물을 히팅 멘틀에서 450℃로 열처리하여 불순물을 증발시키고, 소성로에서 500℃에서 3시간 동안 가열하여 소결시켜 공도핑 세륨 산화물인 Ce0.95Ag0.01Cu0.04O2-δ를 제조하였다. 여기서 2-δ는 도핑되는 금속의 종류 및 양에 의존하여 결정되는 값이며 금속양이온과 산소음이온이 전기적으로 중성을 갖는 산소 음이온의 몰비이고, 실험적으로 정확한 δ값을 측정하는 것은 어렵다. The EDTA complex was heat-treated at 450 ° C in a heating mantle to evaporate impurities, and sintered by heating at 500 ° C for 3 hours in a kiln to prepare Ce 0.95 Ag 0.01 Cu 0.04 O 2-δ , a co-doped cerium oxide. Here, 2-δ is a value determined depending on the type and amount of the metal to be doped. The metal cation and oxygen anion are electrically molar ratios of oxygen anions, and it is difficult to experimentally measure an accurate δ value.

실시예Example 1-2:  1-2: Ce:Ag:Cu의Ce: Ag: Cu 몰비Mole ratio = = 0.95:0.015:0.0350.95: 0.015: 0.035

실시예 1-1에서 Ce:Ag:Cu의 몰비율을 0.95:0.01:0.04로 하는 대신에 0.95:0.015:0.035로 하는 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 Ce0.95Ag0.015Cu0.035O2-δ를 제조하였다. Ce 0.95 Ag 0.015 Cu 0.035 in the same manner as in Example 1-1, except that in Example 1-1, the molar ratio of Ce: Ag: Cu was 0.95: 0.01: 0.04 instead of 0.95: 0.015: 0.035. O 2-δ was prepared.

실시예Example 1-3:  1-3: Ce:Ag:Cu의Ce: Ag: Cu 몰비Mole ratio = = 0.95:0.02:0.030.95: 0.02: 0.03

실시예 1-1에서 Ce:Ag:Cu의 몰비율을 0.95:0.01:0.04로 하는 대신에 0.95:0.02:0.03으로 하는 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 Ce0.95Ag0.02Cu0.03O2-δ를 제조하였다.Ce 0.95 Ag 0.02 Cu 0.03 in the same manner as in Example 1-1, except that the molar ratio of Ce: Ag: Cu in Example 1-1 was 0.95: 0.02: 0.03 instead of 0.95: 0.01: 0.04. O 2-δ was prepared.

실시예Example 1-4:  1-4: Ce:Ag:Cu의Ce: Ag: Cu 몰비Mole ratio = = 0.95:0.025:0.0250.95: 0.025: 0.025

실시예 1-1에서 Ce:Ag:Cu의 몰비율을 0.95:0.01:0.04로 하는 대신에 0.95:0.025:0.025로 하는 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 Ce0.95Ag0.025Cu0.025O2-δ를 제조하였다.Ce 0.95 Ag 0.025 Cu 0.025 in the same manner as in Example 1-1, except that in Example 1-1, the molar ratio of Ce: Ag: Cu was 0.95: 0.01: 0.04 instead of 0.95: 0.025: 0.025. O 2-δ was prepared.

실시예Example 1-5:  1-5: Ce:Ag:Cu의Ce: Ag: Cu 몰비Mole ratio = = 0.95:0.03:0.020.95: 0.03: 0.02

실시예 1-1에서 Ce:Ag:Cu의 몰비율을 0.95:0.01:0.04로 하는 대신에 0.95:0.03:0.02로 하는 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 Ce0.95Ag0.03Cu0.02O2-δ를 제조하였다.Ce 0.95 Ag 0.03 Cu 0.02 in the same manner as in Example 1-1, except that the molar ratio of Ce: Ag: Cu in Example 1-1 was 0.95: 0.03: 0.02 instead of 0.95: 0.01: 0.04. O 2-δ was prepared.

실시예Example 1-6:  1-6: Ce:Ag:Cu의Ce: Ag: Cu 몰비Mole ratio = = 0.90:0.01:0.090.90: 0.01: 0.09

실시예 1-1에서 Ce:Ag:Cu의 몰비율을 0.95:0.01:0.04로 하는 대신에 0.90:0.01:0.09로 하는 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 Ce0.90Ag0.01Cu0.09O2-δ를 제조하였다. Ce 0.90 Ag 0.01 Cu 0.09 in the same manner as in Example 1-1, except that the molar ratio of Ce: Ag: Cu in Example 1-1 was 0.90: 0.01: 0.09 instead of 0.95: 0.01: 0.04. O 2-δ was prepared.

실시예Example 1-7:  1-7: Ce:Ag:Cu의Ce: Ag: Cu 몰비Mole ratio = = 0.90:0.02:0.080.90: 0.02: 0.08

실시예 1-1에서 Ce:Ag:Cu의 몰비율을 0.95:0.01:0.04로 하는 대신에 0.90:0.02:0.08로 하는 것을 제외하고는 실시예 1-1과 동일한 방법으로 Ce0.90Ag0.02Cu0.08O2-δ를 제조하였다.Ce 0.90 Ag 0.02 Cu 0.08 in the same manner as in Example 1-1, except that the molar ratio of Ce: Ag: Cu in Example 1-1 was 0.90: 0.02: 0.08 instead of 0.95: 0.01: 0.04. O 2-δ was prepared.

실시예Example 2:  2: RuRu 및 Cu가  And Cu 공도핑된Co-doped 세륨 산화물( Cerium oxide ( Ce:Ru:Cu의Ce: Ru: Cu 몰비Mole ratio = 0.95:0.01:0.04) 제조= 0.95: 0.01: 0.04) Preparation

세륨 전구체인 세륨 질산염 수화물(Ce(NO3)3ㆍ6H2O), 루테늄 전구체인 염화루테늄 수화물(RuCl3ㆍxH2O)(x는 1 내지 9의 정수 중 어느 하나이다) 및 구리 전구체인 구리 질산염 수화물(CuN2O6ㆍ3H2O)을 그들의 금속원소인 Ce:Ru:Cu의 몰비율이 0.95:0.01:0.04가 되도록 100mL의 증류수에 용해시켜 수용액을 제조하였다.Cerium precursor cerium nitrate hydrate (Ce (NO 3 ) 3 ㆍ 6H 2 O), ruthenium precursor ruthenium chloride hydrate (RuCl 3 ㆍ xH 2 O) (x is any integer from 1 to 9) and copper precursor copper An aqueous solution was prepared by dissolving nitrate hydrate (CuN 2 O 6 ㆍ 3H 2 O) in 100 mL of distilled water so that their metal element Ce: Ru: Cu molar ratio was 0.95: 0.01: 0.04.

EDTA(Ethylenediaminetetraacetic acid)와 암모니아수를 혼합하여 EDTA 용액을 제조한 후 상기 EDTA 용액과 상기 수용액과 구연산 30mL을 혼합하여 혼합 용액을 제조하였다. 상기 혼합 용액이 pH 10이 되도록 암모니아를 첨가하여 적정하였다. 상기 혼합 용액의 온도를 80℃로 유지시키기 위해 158℃의 평판에서 가열시켜 EDTA 착물을 제조하였다. An EDTA solution was prepared by mixing EDTA (Ethylenediaminetetraacetic acid) with ammonia water, and then the EDTA solution, the aqueous solution, and 30 mL of citric acid were mixed to prepare a mixed solution. Ammonia was added and titrated so that the mixed solution was at pH 10. In order to maintain the temperature of the mixed solution at 80 ° C, an EDTA complex was prepared by heating on a plate at 158 ° C.

상기 EDTA 착물을 히팅 멘틀에서 450℃로 열처리하여 불순물을 증발시키고, 소성로에서 500℃에서 3시간 동안 가열하여 소결시켜 공도핑 세륨 산화물인 Ce0.95Ru0.01Cu0.04O2-δ를 제조하였다.The EDTA complex was heat-treated at 450 ° C in a heating mantle to evaporate impurities, and sintered by heating at 500 ° C for 3 hours in a kiln to prepare Ce 0.95 Ru 0.01 Cu 0.04 O 2-δ , a co-doped cerium oxide.

비교예 1: 세륨 산화물(CeOComparative Example 1: Cerium oxide (CeO 22 ) 제조) Produce

세륨 전구체인 세륨 질산염 수화물(Ce(NO3)3ㆍ6H2O)을 금속원소인 Ce의 몰비율이 1이 되도록 100mL의 증류수에 용해시켜 수용액을 제조하였다.An aqueous solution was prepared by dissolving cerium nitrate hydrate (Ce (NO 3 ) 3 ㆍ 6H 2 O), a cerium precursor, in 100 mL of distilled water so that the molar ratio of Ce, a metal element, was 1.

EDTA(Ethylenediaminetetraacetic acid)와 암모니아수를 혼합하여 EDTA 용액을 제조한 후 상기 EDTA 용액과 상기 수용액과 구연산 30mL을 혼합하여 혼합 용액을 제조하였다. 상기 혼합 용액이 pH 10이 되도록 암모니아를 첨가하여 적정하였다. 상기 혼합 용액의 온도를 80℃로 유지시키기 위해 158℃의 평판에서 가열시켜 EDTA 착물을 제조하였다. An EDTA solution was prepared by mixing EDTA (Ethylenediaminetetraacetic acid) with ammonia water, and then the EDTA solution, the aqueous solution, and 30 mL of citric acid were mixed to prepare a mixed solution. Ammonia was added and titrated so that the mixed solution was at pH 10. In order to maintain the temperature of the mixed solution at 80 ° C, an EDTA complex was prepared by heating on a plate at 158 ° C.

상기 EDTA 착물을 히팅 멘틀에서 450℃로 열처리하여 불순물을 증발시키고, 소성 박스에서 500℃에서 3시간 동안 가열하여 소결시켜 세륨 산화물인 CeO2를 제조하였다.The EDTA complex was heat-treated at 450 ° C in a heating mantle to evaporate impurities, and sintered by heating at 500 ° C for 3 hours in a firing box to prepare CeO 2 as a cerium oxide.

비교예 2: Cu가 단일 도핑된 세륨 산화물 제조Comparative Example 2: Preparation of a cerium oxide doped with a single Cu

비교예Comparative example 2-1:  2-1: Ce:Cu의Ce: Cu 몰비Mole ratio = = 0.95:0.050.95: 0.05

세륨 전구체인 세륨 질산염 수화물(Ce(NO3)3ㆍ6H2O) 및 구리 전구체인 구리 질산염 수화물(CuN2O6ㆍ3H2O)을 그들의 금속원소인 Ce:Cu의 몰비율이 0.95:0.05가 되도록 100mL의 증류수에 용해시켜 수용액을 제조하였다.The cerium precursor cerium nitrate hydrate (Ce (NO 3 ) 3 ㆍ 6H 2 O) and the copper precursor copper nitrate hydrate (CuN 2 O 6 ㆍ 3H 2 O) have a molar ratio of Ce: Cu as their metal element of 0.95: 0.05. Dissolved in 100 mL of distilled water to prepare an aqueous solution.

EDTA(Ethylenediaminetetraacetic acid)와 암모니아수를 혼합하여 EDTA 용액을 제조한 후 상기 EDTA 용액과 상기 수용액과 구연산 30mL을 혼합하여 혼합 용액을 제조하였다. 상기 혼합 용액이 pH 10이 되도록 암모니아를 첨가하여 적정하였다. 상기 혼합 용액의 온도를 80℃로 유지시키기 위해 158℃의 평판에서 가열시켜 EDTA 착물을 제조하였다.An EDTA solution was prepared by mixing EDTA (Ethylenediaminetetraacetic acid) with ammonia water, and then the EDTA solution, the aqueous solution, and 30 mL of citric acid were mixed to prepare a mixed solution. Ammonia was added and titrated so that the mixed solution was at pH 10. In order to maintain the temperature of the mixed solution at 80 ° C, an EDTA complex was prepared by heating on a plate at 158 ° C.

상기 EDTA 착물을 히팅 멘틀에서 450℃로 열처리하여 불순물을 증발시키고, 소성로에서 500℃에서 3시간 동안 가열하여 소결시켜 Cu가 단일 도핑된 세륨 산화물인 Ce0.95Cu0.05O2-δ를 제조하였다.The EDTA complex was heat-treated at 450 ° C in a heating mantle to evaporate impurities, and sintered by heating at 500 ° C for 3 hours in a kiln to prepare Ce 0.95 Cu 0.05 O 2-δ , which is a single doped cerium oxide.

비교예 2-2: Ce:Cu의 몰비= 0.9:0.1Comparative Example 2-2: molar ratio of Ce: Cu = 0.9: 0.1

비교예 2-1에서 Ce:Cu의 몰비율을 0.95:0.05로 하는 대신에 0.9:0.1로 하는 것을 제외하고는 비교예 2-1과 동일한 방법으로 Ce0.9Cu0.1O2-δ를 제조하였다.Ce 0.9 Cu 0.1 O 2-δ was prepared in the same manner as in Comparative Example 2-1, except that the molar ratio of Ce: Cu in Comparative Example 2-1 was 0.9: 0.1 instead of 0.95: 0.05.

비교예 2-3: Ce:Cu의 몰비= 0.8:0.2Comparative Example 2-3: molar ratio of Ce: Cu = 0.8: 0.2

비교예 2-1에서 Ce:Cu의 몰비율을 0.95:0.05로 하는 대신에 0.8:0.2로 하는 것을 제외하고는 비교예 2-1과 동일한 방법으로 Ce0 . 8Cu0 . 2O2 를 제조하였다.Comparative Example 2-1 Ce: 0.8 instead of 0.05: 0.95 molar ratio of Cu in the same manner as in Comparative Example 2-1 except that a 0.2 Ce 0. 8 Cu 0 . 2 O 2 was prepared.

[시험예][Test Example]

시험예 1: XRD(X-ray diffraction) 분석Test Example 1: X-ray diffraction (XRD) analysis

세륨 산화물의 표면에 격자 치환 물질의 산화물 형성을 확인하기 위해 XRD 분석을 수행하였다.XRD analysis was performed to confirm the oxide formation of the lattice substitution material on the surface of the cerium oxide.

도 1a는 비교예 2에 따라 제조된 Cu가 단일 도핑된 세륨 산화물의 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다. 도 1a를 참조하면, Cu 물질을 세륨 산화물에 혼입시켰을 때, 20mol% 미만까지 격자 치환 물질의 산화물 형성이 보이지 않는 것을 확인할 수 있었다.Figure 1a shows the results of XRD analysis of a single doped cerium oxide Cu prepared according to Comparative Example 2. Referring to FIG. 1A, when the Cu material was incorporated into cerium oxide, it was confirmed that the oxide formation of the lattice substitution material was not seen to less than 20 mol%.

도 1b는 실시예 1-6에 따라 제조된 Ce0 . 90Ag0 . 01Cu0 . 09O2 및 실시예 1-7에 따라 제조된 Ce0 . 90Ag0 . 02Cu0 . 08O2 의 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다. 도 1a에서 10mol% Cu 물질을 세륨 산화물에 혼입시켰을 때, 격자 치환 물질의 산화물을 형성하지 않았기 때문에, AgCu 공도핑 조합을 전체 10mol% 농도 비율로 제조하였다. 그러나, 도 1b를 참조하면, 은(Ag) 1mol% 농도로 제조하여도 은 산화물을 확인할 수 있었다.1B shows Ce 0 prepared according to Examples 1-6 . 90 Ag 0 . 01 Cu 0 . 09 O 2 and Ce 0 prepared according to Examples 1-7 . 90 Ag 0 . 02 Cu 0 . The results of XRD analysis of 08 O 2 are shown. When the 10 mol% Cu material in FIG. 1A was incorporated into cerium oxide, the AgCu co-doping combination was prepared at a total concentration ratio of 10 mol% because no oxide of the lattice substitution material was formed. However, referring to FIG. 1B, silver oxide was confirmed even when prepared at a concentration of 1 mol% silver (Ag).

도 1c는 실시예 1-1 내지 1-5의 Ag 및 Cu가 공도핑된 세륨 산화물 및 실시예 2의 Ru 및 Cu가 공도핑된 세륨 산화물의 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다. 도 1c를 참조하면, AgCu 조합은 Ag 1mol%, Cu 4mol% 농도일 때, RuCu 조합은 Ru 1mol%, Cu 4mol% 농도일 때 촉매 표면 위에 산화물을 형성하지 않는다는 것을 확인할 수 있었다.1C shows the results of XRD analysis of cerium oxides co-doped with Ag and Cu of Examples 1-1 to 1-5 and cerium oxides co-doped with Ru and Cu of Example 2. Referring to FIG. 1C, it was confirmed that the AgCu combination did not form an oxide on the catalyst surface when the Ag 1 mol% and Cu 4 mol% concentrations, and the RuCu combination had the Ru 1 mol% and Cu 4 mol% concentrations.

시험예 2: TEM 및 SEM-EDS 이미지 분석Test Example 2: TEM and SEM-EDS image analysis

도 2a는 비교예 1의 CeO2, 실시예 1-1의 Ce0 . 95Ag0 . 01Cu0 . 04O2 , 실시예 2의 Ce0.95Ru0.01Cu0.04O2-δ 및 비교예 2-1의 Ce0 . 95Cu0 . 05O2 의 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지이다. 도 2b는 실시예 1-1에 따라 제조된 Ce0 . 95Ag0 . 01Cu0 . 04O2 의 SEM-EDS(Scanning Electron Microscopy with Energy Dispersive Spectroscopy) 이미지이다. 도 2a 및 2b를 참조하면, 격자 치환 물질이 촉매 표면에 균일하게 분포되어 있는 것을 확인할 수 있었다.Figure 2a is CeO 2 of Comparative Example 1, Ce 0 of Example 1-1 . 95 Ag 0 . 01 Cu 0 . 04 O 2 , Ce 0.95 Ru 0.01 Cu 0.04 O 2-δ of Example 2 and Ce 0 of Comparative Example 2-1 . 95 Cu 0 . 05 This is a Transmission Electron Microscopy (TEM) image of O 2 . 2B shows Ce 0 prepared according to Example 1-1 . 95 Ag 0 . 01 Cu 0 . This is an SEM-EDS (Scanning Electron Microscopy with Energy Dispersive Spectroscopy) image of 04 O 2 . 2A and 2B, it was confirmed that the lattice substitution materials were uniformly distributed on the catalyst surface.

시험예 3: 라만 스펙트럼(Raman spectrum) 분석Test Example 3: Raman spectrum analysis

도 3a 내지 3d는 각각 비교예 2-1의 Ce0 . 95Cu0 . 05O2 , 실시예 1-1의 Ce0.95Ag0.01Cu0.04O2-δ, 실시예 2의 Ce0 . 95Ru0 . 01Cu0 . 04O2 및 비교예 1의 CeO2의 라만 스펙트럼 분석 결과를 나타낸 것이다. 도 3a 내지 3d를 참조하면, 600cm-1에서 보이는 피크는 촉매 표면 결함(oxygen vacancy)을 나타내는 것으로, 강도비율이 AgCu : 3.53%, Cu : 2.58%, RuCu : 1.98%로 샘플 중에서 AgCu 조합군이 가장 높은 값을 갖는 것을 확인할 수 있었다.3A to 3D are Ce 0 of Comparative Example 2-1, respectively . 95 Cu 0 . 05 O 2 , Ce 0.95 Ag 0.01 Cu 0.04 O 2-δ of Example 1-1, Ce 0 of Example 2 . 95 Ru 0 . 01 Cu 0 . It shows the results of Raman spectrum analysis of 04 O 2 and CeO 2 of Comparative Example 1. Referring to Figure 3a to 3d, the peak seen at 600cm -1 indicates the catalyst surface defects (oxygen vacancy), the strength ratio AgCu: 3.53%, Cu: 2.58%, RuCu: 1.98% AgCu combination group in the sample It was confirmed that it had the highest value.

시험예 4: XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) 분석Test Example 4: XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) analysis

도 4a 내지 4c는 실시예 1-1에 따라 제조된 Ce0 . 95Ag0 . 01Cu0 . 04O2 및 비교예 2-1에 따라 제조된 Ce0 . 95Cu0 . 05O2 의 XPS 분석 결과를 나타낸 것이고, 도 4d 및 4e는 실시예 1-1에 따라 제조된 Ce0.95Ag0.01Cu0.04O2-δ의 XPS 분석 결과를 나타낸 것이다.4A-4C show Ce 0 prepared according to Example 1-1 . 95 Ag 0 . 01 Cu 0 . 04 O 2 and Ce 0 prepared according to Comparative Example 2-1 . 95 Cu 0 . 05 shows the results of XPS analysis of O 2 , and FIGS. 4D and 4E show the results of XPS analysis of Ce 0.95 Ag 0.01 Cu 0.04 O 2-δ prepared according to Example 1-1.

도 4a를 참조하면, 도 4a는 O 1s의 결과이며, 활성에 직접적으로 참여하는 표면 산소 종(O2 -,O2 2-,O-)의 면적이 넓은 것 즉, 그에 해당하는 양은 많은 것을 확인할 수 있었다.Referring to Figure 4a, Figure 4a is a result of the O 1s, the surface oxygen species that directly participate in the activity (O 2 -, O 2 2- , O -) to large, the area of that is, the number of the corresponding amount I could confirm.

도 4b를 참조하면, 촉매 표면에 oxygen vacancy를 형성하면 산화수가 Ce4 +에서 Ce3 +로 변화함에 따라 얼마나 쉽게 또는 높은 oxygen vacancy을 형성할 수 있는지를 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 4B, when oxygen vacancy was formed on the surface of the catalyst, it was confirmed how easily or high oxygen vacancy could be formed as the oxidation number changed from Ce 4 + to Ce 3 + .

도 4c 및 4d를 참조하면, Cu 종은 대부분 Cu+로 표면에 존재하는 것을 보여주며, 금속성 Cu는 관찰되지 않음에 따라, 격자 치환이 잘 이루어진 것을 확인할 수 있었다.4C and 4D, it was confirmed that Cu species were mostly present on the surface of Cu + , and metallic Cu was not observed, so that lattice substitution was well performed.

도 4e를 참조하면, Ag 종은 대부분 Ag+로 표면에 존재하며, 금속성 Ag가 관찰되지 않는 것을 확인할 수 있었다.Referring to Figure 4e, it was confirmed that most Ag species exist on the surface of Ag + , and metallic Ag is not observed.

시험예 5: 촉매 표면의 산소 탈착 능력Test Example 5: oxygen desorption ability of the catalyst surface

도 5a는 촉매 표면에 산소를 흡착시킨 후 산소의 탈착 능력을 확인한 결과를 나타낸 것이다. 산소 탈착 온도가 낮을수록 쉽게 촉매 표면의 산소를 반응물에 제공할 수 있다는 것을 의미하며, 금속 산화물에서 산소 탈착은 반응에 매우 중요하다. 도 5a를 참조하면, AgCu 공도핑된 세륨 산화물이 다른 샘플보다 저온에서 산소를 더 효과적으로 탈착시키는 것을 확인할 수 있었다.5A shows the result of confirming the desorption capacity of oxygen after adsorbing oxygen on the catalyst surface. The lower the oxygen desorption temperature, the easier it is to provide oxygen on the surface of the catalyst to the reactant. In the metal oxide, oxygen desorption is very important for the reaction. Referring to FIG. 5A, it was confirmed that AgCu co-doped cerium oxide desorbs oxygen more effectively at a lower temperature than other samples.

시험예 6: 촉매의 활성 분석Test Example 6: Analysis of the activity of the catalyst

도 5b는 실시예 1-1의 Ce0 . 95Ag0 . 01Cu0 . 04O2 , 실시예 2의 Ce0 . 95Ru0 . 01Cu0 . 04O2 , 비교예 1의 CeO2 및 비교예 2-1의 Ce0 . 95Cu0 . 05O2 의 H2 소비(H2 Consumption)를 나타낸 그래프이다. H2가 H2O로 전환될 때 촉매 표면 산소를 이용하여 전환되는데 도 5b를 참조하면, 저온에서 H2의 소비를 통해 저온에서 높은 활성을 보여준다는 것을 확인할 수 있었다.5B shows Ce 0 of Example 1-1 . 95 Ag 0 . 01 Cu 0 . 04 O 2 , Ce 0 of Example 2 . 95 Ru 0 . 01 Cu 0 . 04 O 2 , CeO 2 of Comparative Example 1 and Ce 0 of Comparative Example 2-1 . 95 Cu 0 . 05 O 2 is a graph showing the H 2 consumption (H 2 Consumption) of -δ. When H 2 is converted to H 2 O, it is converted using catalyst surface oxygen. Referring to FIG. 5B, it was confirmed that it shows high activity at low temperature through consumption of H 2 at low temperature.

도 6a는 Ar 흐름 하에서 1% CO, 1% O2, 총 유량 100ml/min의 조건에서의 CO 전환 결과를 나타낸 그래프이고, 도 6b는 도 6a를 이용하여 계산한 활성화 에너지를 나타낸 그래프이다. 도 6a 및 6b를 참조하면, AgCu 공도핑 세륨 산화물이 가장 낮은 활성화 에너지를 갖는 것을 확인할 수 있었다.6A is a graph showing the results of CO conversion under conditions of 1% CO, 1% O 2 , and total flow rate of 100 ml / min under Ar flow, and FIG. 6B is a graph showing activation energy calculated using FIG. 6A. 6A and 6B, it was confirmed that AgCu co-doped cerium oxide has the lowest activation energy.

도 6c는 온도에 따른 촉매 반응 속도를 나타낸 그래프이다. 도 6c를 참조하면, AgCu 공도핑 세륨 산화물이 가장 높은 반응 속도를 보여주는 것을 확인할 수 있었다.6c is a graph showing the catalytic reaction rate according to temperature. Referring to Figure 6c, it was confirmed that AgCu co-doped cerium oxide shows the highest reaction rate.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and it should be interpreted that all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof are included in the scope of the present invention. do.

Claims (15)

하기 화학식 1로 표시되는 공도핑(co-doped) 세륨 산화물이고,
상기 공도핑(co-doped) 세륨 산화물이 일산화탄소(CO)의 산화반응에 촉매로 사용하기 위한 것인 세륨 산화물;
[화학식 1]
M1 xM2 yCe1-(x+y)O2-δ
상기 화학식 1에서,
M1은 은(Ag)이고, M2는 구리(Cu)이고,
x는 0<x≤0.2이고, y는 0<y≤0.2이고, δ는 0≤δ≤0.4이다.
It is a co-doped cerium oxide represented by the following formula (1),
A cerium oxide in which the co-doped cerium oxide is used as a catalyst in the oxidation reaction of carbon monoxide (CO);
[Formula 1]
M 1 x M 2 y Ce 1- (x + y) O 2-δ
In Chemical Formula 1,
M 1 is silver (Ag), M 2 is copper (Cu),
x is 0 <x≤0.2, y is 0 <y≤0.2, and δ is 0≤δ≤0.4.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 일산화탄소가 연소 배기가스에 포함된 것을 특징으로 하는 공도핑(co-doped) 세륨 산화물.
According to claim 1,
Co-doped cerium oxide, characterized in that the carbon monoxide is included in the combustion exhaust gas.
공도핑(co-doped) 세륨 산화물의 제조방법에 있어서,
상기 공도핑 세륨 산화물의 제조방법은
(a) 세륨 전구체 및 2종의 전이금속 전구체를 포함하는 전구체 수용액을 준비하는 단계;
(b) 에틸렌디아민테트라아세트산(Ethylenediaminetetraacetic acid, EDTA)과 암모니아를 포함하는 EDTA 수용액을 제조하는 단계;
(c) 상기 전구체 수용액, 상기 EDTA 수용액 및 구연산을 혼합하고 반응시켜 상기 EDTA의 착물(Complex)을 포함하는 EDTA 착물 수용액을 제조하는 단계;
(d) 상기 EDTA 착물 수용액을 건조시키는 단계; 및
(e) 건조된 상기 단계(d)의 결과물을 열처리로 소결하여 화학식 1로 표시되는 공도핑(co-doped) 세륨 산화물을 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 2종의 전이금속 전구체가 은 전구체 및 구리 전구체이고,
상기 공도핑(co-doped) 세륨 산화물이 일산화탄소(CO)의 산화반응에 촉매로 사용하기 위한 것인 공도핑(co-doped) 세륨 산화물의 제조방법:
[화학식 1]
M1 xM2 yCe1-(x+y)O2-δ
상기 화학식 1에서,
M1은 은(Ag)이고, M2는 구리(Cu)이고,
x는 0<x≤0.2이고, y는 0<y≤0.2이고, δ는 0≤δ≤0.4이다.
In the method of manufacturing a co-doped cerium oxide,
The method of manufacturing the co-doped cerium oxide
(a) preparing a precursor aqueous solution containing a cerium precursor and two transition metal precursors;
(b) preparing an EDTA aqueous solution containing ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) and ammonia;
(c) preparing an aqueous EDTA complex solution containing the complex of the EDTA by mixing and reacting the precursor aqueous solution, the EDTA aqueous solution, and citric acid;
(d) drying the EDTA complex aqueous solution; And
(e) sintering the resultant of the dried step (d) by heat treatment to prepare a co-doped cerium oxide represented by Chemical Formula 1;
The two transition metal precursors are silver precursors and copper precursors,
Method for producing co-doped cerium oxide, wherein the co-doped cerium oxide is for use as a catalyst in the oxidation reaction of carbon monoxide (CO):
[Formula 1]
M 1 x M 2 y Ce 1- (x + y) O 2-δ
In Chemical Formula 1,
M 1 is silver (Ag), M 2 is copper (Cu),
x is 0 <x≤0.2, y is 0 <y≤0.2, and δ is 0≤δ≤0.4.
제9항에 있어서,
상기 세륨 전구체는 세륨 질산염 수화물(Ce(NO3)3ㆍ6H2O) 및 염화세륨 수화물(CeCl3ㆍ7H2O)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 공도핑(co-doped) 세륨 산화물의 제조방법.
The method of claim 9,
The cerium precursor is co-doped, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of cerium nitrate hydrate (Ce (NO 3 ) 3 ㆍ 6H 2 O) and cerium chloride hydrate (CeCl 3 ㆍ 7H 2 O). -doped) Method for manufacturing cerium oxide.
삭제delete 제9항에 있어서,
상기 은 전구체가 질산은(AgNO3), 염화은(AgCl) 및 과염소산은(AgClO4)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 공도핑(co-doped) 세륨 산화물의 제조방법.
The method of claim 9,
The silver precursor is silver nitrate (AgNO 3 ), silver chloride (AgCl) and silver perchlorate (AgClO 4 ) method for producing a co-doped (co-doped) cerium oxide, characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of.
제9항에 있어서,
상기 구리 전구체가 구리 질산염 수화물(CuN2O6ㆍ3H2O), 수산화구리(Cu(OH)2) 및 염화구리 수화물(CuCl2ㆍ2H2O)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 공도핑(co-doped) 세륨 산화물의 제조방법.
The method of claim 9,
The copper precursor comprises at least one selected from the group consisting of copper nitrate hydrate (CuN 2 O 6 ㆍ 3H 2 O), copper hydroxide (Cu (OH) 2 ) and copper chloride hydrate (CuCl 2 ㆍ 2H 2 O) Method for producing a co-doped cerium oxide, characterized in that.
제9항에 있어서,
단계 (d)와 (e) 사이에
건조된 상기 단계(d)의 결과물을 400 내지 470℃에서 불순물을 증발시키는 단계(d');를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공도핑(co-doped) 세륨 산화물의 제조방법.
The method of claim 9,
Between steps (d) and (e)
Method of manufacturing a co-doped cerium oxide further comprising; evaporating the impurities of the dried product (d) at 400 to 470 ° C. (d ′).
제9항에 있어서,
단계 (e)의 소결이 450 내지 700℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 공도핑(co-doped) 세륨 산화물의 제조방법.
The method of claim 9,
Method of manufacturing a co-doped cerium oxide, characterized in that the sintering in step (e) is performed at 450 to 700 ° C.
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