KR102144722B1 - Catalyst complex for hydrogen production using 3-dimensional polymer and method for producing the same - Google Patents

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KR102144722B1 KR1020180094226A KR20180094226A KR102144722B1 KR 102144722 B1 KR102144722 B1 KR 102144722B1 KR 1020180094226 A KR1020180094226 A KR 1020180094226A KR 20180094226 A KR20180094226 A KR 20180094226A KR 102144722 B1 KR102144722 B1 KR 102144722B1
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Abstract

본 명세서는 하기 일반식 (1)로 표시되는 1 내지 99몰%의 단량체 a 및 하기 일반식 (3)으로 표시되는 1 내지 99몰%의 단량체 b를 포함하는 담지체; 및 금속 원자를 포함하는 수소생성용 촉매 복합체에 대하여 개시한다.
[일반식 (1)]

Figure 112020021633326-pat00033

[일반식 (3)]
Figure 112020021633326-pat00035

상기 일반식 (1) 및 (3)에서, Ra1 내지 Ra6과 Rb1 내지 Rb6은 각각 탄소(C)이고,
상기 일반식 (1)에서, X1 내지 X6은 각각 독립적으로 산소 또는 아민기로 선택되고,
상기 일반식 (3)에서, Y1 내지 Y6은 X1 내지 X6와 이민결합을 형성하는 것을 전제로 각각 종속적으로 산소 또는 아민기로 선택된다(XA, YA가 산소일 때, RaA-XA, RbA-YA는 카르보닐기이고, A는 1 내지 6 이하의 자연수).The present specification provides a carrier comprising 1 to 99 mol% of monomer a represented by the following general formula (1) and 1 to 99 mol% of monomer b represented by the following general formula (3); And a catalyst complex for generating hydrogen containing a metal atom.
[General Formula (1)]
Figure 112020021633326-pat00033

[General Formula (3)]
Figure 112020021633326-pat00035

In the general formulas (1) and (3), Ra 1 to Ra 6 and Rb 1 to Rb 6 are each carbon (C),
In the general formula (1), X 1 to X 6 are each independently selected from an oxygen or amine group,
In the general formula (3), Y 1 to Y 6 are each independently selected as an oxygen or amine group on the premise of forming an imine bond with X 1 to X 6 (when X A and Y A are oxygen, R aA -X A , R bA -Y A is a carbonyl group, and A is a natural number of 1 to 6 or less).

Description

3차원 고분자를 활용한 수소생성용 촉매 복합체 및 그 제조방법 {Catalyst complex for hydrogen production using 3-dimensional polymer and method for producing the same}Catalyst complex for hydrogen production using 3-dimensional polymer and method for producing the same}

본 발명은 질소가 함유된 3차원 고분자 구조체와 금속을 이용한 촉매의 제조 및 이를 이용한 수소생성방법에 관한 것이다.The present invention relates to the production of a catalyst using a three-dimensional polymer structure containing nitrogen and a metal, and a hydrogen generation method using the same.

수소는 청정에너지 자원으로 평가받으며, 대체 에너지로써 수소연료전지차, 연료전지, 등 많은 에너지 변환 및 저장 장치 분야에서 필요로 하는 기체이다. 물의 전기분해를 이용한 수소발생반응(Hydrogen evolution reaction, HER)은 깨끗하게 수소 기체를 얻을 수 있는 방법이지만 제조비용측면에서 화석연료 개질을 통해 얻는 것 보다 비싸기 때문에 상용화에 어려움이 있다. 실제 산업 분야에 적용하기 위해선 우수한 내구성, 고효율, 가격경쟁력이 요구되며 촉매는 반드시 최소한의 과전압과 빠른 반응으로 진행하는 것이 필수 조건이다. 그러나 현재 수소발생반응에 이용되는 촉매는 안정성이 낮아 반응 후 촉매 소실과 전극을 자주 교체해야 하는 한계를 가지고 있다.Hydrogen is evaluated as a clean energy resource, and as an alternative energy, it is a gas required in many energy conversion and storage fields such as hydrogen fuel cell vehicles and fuel cells. Hydrogen evolution reaction (HER) using water electrolysis is a method to obtain hydrogen gas cleanly, but it is difficult to commercialize it because it is more expensive than that obtained through fossil fuel reforming in terms of manufacturing cost. In order to be applied to the actual industrial field, excellent durability, high efficiency, and price competitiveness are required, and it is essential that the catalyst proceeds with minimum overvoltage and rapid reaction. However, the catalyst used in the present hydrogen generation reaction has a low stability and thus has limitations in that the catalyst is lost and the electrode must be frequently replaced after the reaction.

산성 환경에서 가장 효율적인 촉매로는 백금 기반 촉매가 알려져 있으며, 양성자와의 강한 결합으로 빠른 반응 속도를 보여주고 있다. 하지만 백금과 같은 귀금속은 비산성 환경에서 안정성이 낮아 백금수요가 많은 산업에서는 부담이 커질 수밖에 없다. 최근 이러한 문제를 해결하기 위해 비금속 기반 촉매가 연구되고 있으나, 산성 환경에 부식의 문제를 가지고 있고, 백금에 비해 높은 과전압으로 낮은 성능과, 비용 및 생산성 측면에서 문제점이 있다(Nat. Commun., 2014, 5, 3783, Nat. Mater., 2012, 11, 802-807). 귀금속 기반 촉매 중에서는 루테늄, 이리듐을 기반으로 한 촉매들이 백금과 버금가는 성능을 보여주고 있으나 여전히 안정성에 관한 문제는 해결되지 않고 있다. Platinum-based catalysts are known as the most efficient catalysts in an acidic environment, and they show fast reaction rates due to strong binding with protons. However, precious metals such as platinum have low stability in a fugitive environment, which inevitably increases the burden in industries with high demand for platinum. Recently, a nonmetal-based catalyst has been studied to solve this problem, but it has a problem of corrosion in an acidic environment, and has a problem in terms of low performance, cost and productivity due to high overvoltage compared to platinum (Nat. Commun., 2014) , 5, 3783, Nat. Mater., 2012, 11, 802-807). Among the noble metal-based catalysts, ruthenium and iridium-based catalysts show comparable performance to platinum, but the stability problem has not been solved.

안정성을 개선하기 위해 최근 2차원 고분자 구조체에 나노 사이즈의 금속 입자들을 담지 시키는 연구들이 활발히 일어나고 있다(Nat. Nanotech., 2017, 12, 441-447, J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 1737-1742). 그러나 2차원 구조체는 안정성을 제공하지만 동시에 촉매 활성 공간 일부를 상쇄시키는 단점을 가지고 있다. 안정성을 개선함과 동시에 촉매 활성 공간 또한 유지한다면 소량으로도 오랫동안 사용할 수 있는 장점을 가지게 되므로 이러한 기술 해결이 필요한 시점이다.In order to improve the stability, studies of loading nano-sized metal particles on a two-dimensional polymer structure are actively taking place (Nat. Nanotech., 2017, 12, 441-447, J. Am. Chem. Soc., 2018, 140 , 1737-1742). However, the two-dimensional structure provides stability, but at the same time has the disadvantage of offsetting part of the catalytic active space. If the stability is improved and the catalytic active space is maintained at the same time, since it has the advantage that it can be used for a long time even in a small amount, it is time to solve this technology.

따라서, 현재에는 촉매 활성 공간을 확보하면서도, 촉매 활성 안정성이 우수한 수소생산촉매에 대한 개발이 요구되고 있다.Accordingly, there is a need for development of a hydrogen production catalyst having excellent catalytic activity stability while securing a catalytic activity space.

또한, 실제 산업분야에서 응용하기 위하여, 광범위한 pH 범위에서 우수한 촉매 활성 및 안정성을 가지는 수소생산촉매에 대한 개발이 요구되고 있다.In addition, for practical application in industrial fields, development of a hydrogen production catalyst having excellent catalytic activity and stability in a wide range of pH is required.

한국등록특허 제10-1803738호Korean Patent Registration No. 10-1803738

본 발명의 목적은 촉매 활성 공간을 확보하면서도, 촉매 활성 안정성이 우수한 수소생산촉매를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a hydrogen production catalyst having excellent catalytic activity stability while securing a catalytic activity space.

본 발명의 목적은 실제 산업분야에서 응용하기 위하여, 광범위한 pH 범위에서 우수한 촉매 활성 및 안정성을 가지는 수소생산촉매를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a hydrogen production catalyst having excellent catalytic activity and stability in a wide range of pH ranges for practical application in industrial fields.

상술한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 명세서는 하기 일반식 (1)~(2) 중 하나로 표시되는 1 내지 99몰%의 단량체 a 및 하기 일반식 (3)~(5) 중 하나로 표시되는 1 내지 99몰%의 단량체 b를 포함하는 담지체; 및 금속 원자를 포함하는 촉매 복합체에 대하여 개시한다.As a means for achieving the above object, the present specification includes 1 to 99 mol% of monomer a represented by one of the following general formulas (1) to (2) and 1 represented by one of the following general formulas (3) to (5) A carrier comprising to 99 mol% of monomer b; And a catalyst composite comprising a metal atom.

[일반식 (1)][General Formula (1)]

Figure 112018079668043-pat00001
Figure 112018079668043-pat00001

[일반식 (2)][General Formula (2)]

Figure 112018079668043-pat00002
Figure 112018079668043-pat00002

[일반식 (3)][General Formula (3)]

Figure 112018079668043-pat00003
Figure 112018079668043-pat00003

[일반식 (4)][General Formula (4)]

Figure 112018079668043-pat00004
Figure 112018079668043-pat00004

[일반식 (5)][General formula (5)]

Figure 112018079668043-pat00005
Figure 112018079668043-pat00005

상기 일반식 (1)~(2)에서, X1 내지 X6은 각각 독립적으로 산소 또는 아민기로 선택되고,In the general formulas (1) to (2), X 1 to X 6 are each independently selected as an oxygen or amine group,

상기 일반식 (3)~(5)에서, Y1 내지 Y6은 X1 내지 X6와 이민결합을 형성하는 것을 전제로 각각 종속적으로 산소 또는 아민기로 선택된다(XA , YA가 산소일 때, RaA-XA, RbA-YA는 카르보닐기이고, A는 1 내지 6 이하의 자연수).In the general formulas (3) to (5), Y 1 to Y 6 are each independently selected as an oxygen or amine group on the premise of forming an imine bond with X 1 to X 6 (X A , Y A is oxygen. Wherein R aA -X A , R bA -Y A is a carbonyl group, and A is a natural number of 1 to 6 or less).

본 발명의 각 촉매 복합체에 있어서, 일반식 (1)~(2)에서, X1 내지 X6은 모두 산소 또는 아민기로 선택되고, 일반식 (3)~(5)에서, Y1 내지 Y6은 X1 내지 X6와 이민결합을 형성하는 것을 전제로 모두 종속적으로 산소 또는 아민기로 선택되는 것이 바람직하다.In each catalyst composite of the present invention, in general formulas (1) to (2), X 1 to X 6 are all selected from oxygen or amine groups, and in general formulas (3) to (5), Y 1 to Y 6 It is preferable that X 1 to X 6 are all independently selected as an oxygen or amine group on the premise of forming an imine bond.

본 발명의 각 촉매 복합체에 있어서, 담지체는 단량체 a 및 단량체 b가 반복 반응하여 형성된 케이지형 공극을 포함하는 것이 바람직하다.In each of the catalyst composites of the present invention, it is preferable that the support includes cage-like voids formed by repeatedly reacting monomers a and b.

본 발명의 각 촉매 복합체에 있어서, 금속 원자는 이리듐(Ir), 세륨(Ce), 철(Fe), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 코말트(Co), 니켈(Ni), 금(Au), 은(Ag), 망간(Mn), 아연(Zn), 구리(Cu) 및 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것이 바람직하다.In each catalyst composite of the present invention, the metal atoms are iridium (Ir), cerium (Ce), iron (Fe), rhodium (Rh), palladium (Pd), comalt (Co), nickel (Ni), gold ( Au), silver (Ag), manganese (Mn), zinc (Zn), copper (Cu) and molybdenum (Mo) is preferably at least one selected from the group consisting of.

본 발명의 각 촉매 복합체에 있어서, pH 농도 0이상 14이하에서, 촉매 활성이 유지되는 것이 바람직하다.In each of the catalyst composites of the present invention, it is preferable that the catalytic activity is maintained at a pH concentration of 0 or more and 14 or less.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 본 명세서는 a) 금속 전구체, 하기 일반식 (1)~(2) 중 하나로 표시되는 1 내지 99몰%의 단량체 a 및 하기 일반식 (3)~(5) 중 하나로 표시되는 1 내지 99몰%의 단량체 b를 유기 용매에 용해시키는 단계; b) 상기 a)단계 용액에 환원제를 첨가하여 침전물을 수득하는 단계;를 포함하는 촉매 복합체의 제조방법에 대하여 개시한다.In addition, as a means for achieving the above-described object, the present specification includes a) a metal precursor, 1 to 99 mol% of monomer a represented by one of the following general formulas (1) to (2), and the following general formulas (3) to ( 5) dissolving 1 to 99 mol% of monomer b represented by one of them in an organic solvent; b) adding a reducing agent to the solution in step a) to obtain a precipitate; and a method for producing a catalyst composite comprising:

[일반식 (1)][General Formula (1)]

Figure 112018079668043-pat00006
Figure 112018079668043-pat00006

[일반식 (2)][General Formula (2)]

Figure 112018079668043-pat00007
Figure 112018079668043-pat00007

[일반식 (3)][General Formula (3)]

Figure 112018079668043-pat00008
Figure 112018079668043-pat00008

[일반식 (4)][General Formula (4)]

Figure 112018079668043-pat00009
Figure 112018079668043-pat00009

[일반식 (5)][General formula (5)]

Figure 112018079668043-pat00010
Figure 112018079668043-pat00010

상기 일반식 (1)~(2)에서, X1 내지 X6은 각각 독립적으로 산소 또는 아민기로 선택되고,In the general formulas (1) to (2), X 1 to X 6 are each independently selected as an oxygen or amine group,

상기 일반식 (3)~(5)에서, Y1 내지 Y6은 X1 내지 X6와 이민결합을 형성하는 것을 전제로 각각 종속적으로 산소 또는 아민기로 선택된다(XA , YA가 산소일 때, RaA-XA, RbA-YA는 카르보닐기이고, A는 1 내지 6 이하의 자연수).In the general formulas (3) to (5), Y 1 to Y 6 are each independently selected as an oxygen or amine group on the premise of forming an imine bond with X 1 to X 6 (X A , Y A is oxygen. Wherein R aA -X A , R bA -Y A is a carbonyl group, and A is a natural number of 1 to 6 or less).

본 발명의 각 촉매 복합체의 제조방법에 있어서, a)단계의 금속 전구체는 이리듐(Ir), 세륨(Ce), 철(Fe), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 코말트(Co), 니켈(Ni), 금(Au), 은(Ag), 망간(Mn), 아연(Zn), 구리(Cu) 및 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 것이 바람직하다.In the method for preparing each catalyst composite of the present invention, the metal precursors in step a) are iridium (Ir), cerium (Ce), iron (Fe), rhodium (Rh), palladium (Pd), comalt (Co), It is preferable to include at least one metal selected from the group consisting of nickel (Ni), gold (Au), silver (Ag), manganese (Mn), zinc (Zn), copper (Cu), and molybdenum (Mo).

본 발명의 각 촉매 복합체의 제조방법에 있어서, a)단계의 단량체 a 및 단량체 b는 1:2~2:1의 몰비로 용해되는 것이 바람직하다.In the method for preparing each catalyst composite of the present invention, the monomer a and the monomer b in step a) are preferably dissolved in a molar ratio of 1:2 to 2:1.

본 발명의 각 촉매 복합체의 제조방법에 있어서, a)단계의 유기 용매는 N,N-다이메틸포름아마이드(N,N-dimethylforamide, DEF), N,N-다이메틸아세트아마이드(N,N-dimethylacetamide, DMAC), 다이메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide, DMSO), 헥사메틸포스포르아마이드(hexamethylphosphoramide, HMPA), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone, NMP)으로 이루어진 군에서 하나 이상 포함하는 것이 바람직하다.In the method for preparing each catalyst complex of the present invention, the organic solvent in step a) is N,N-dimethylforamide (DEF), N,N-dimethylacetamide (N,N- It is preferable to include at least one from the group consisting of dimethylacetamide, DMAC), dimethylsulfoxide (DMSO), hexamethylphosphoramide (HMPA), and N-methylpyrrolidone (NMP). .

본 발명의 각 촉매 복합체의 제조방법에 있어서, b)단계의 환원제는 수소화붕소리튬(LiBH4), 수소화알루미늄리튬(LiAlH4), 수소화붕소나트륨(NaBH4) 또는 하이드라진(hydrazine)으로 이루어진 군에서 하나 이상 포함하는 것이 바람직하다. In the method for preparing each catalyst composite of the present invention, the reducing agent in step b) is from the group consisting of lithium borohydride (LiBH 4 ), lithium aluminum hydride (LiAlH 4 ), sodium borohydride (NaBH 4 ), or hydrazine. It is preferable to include one or more.

본 발명의 각 촉매 복합체의 제조방법에 있어서, b)단계에서 침전물은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 멤브레인을 이용하여 여과함으로써 수득되는 것이 바람직하다.In the method for preparing each catalyst composite of the present invention, the precipitate in step b) is preferably obtained by filtering using a polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane.

본 발명의 각 촉매 복합체의 제조방법에 있어서, b)단계에서 환류가 이루어지는 것이 바람직하다.In the method for preparing each catalyst composite of the present invention, it is preferable that reflux is performed in step b).

본 발명의 각 촉매 복합체의 제조방법에 있어서, a)단계와 b)단계 사이에 150~200℃에서 환류가 이루어지는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.In the method for preparing each catalyst composite of the present invention, it is preferable to further include a step in which reflux is performed at 150 to 200°C between steps a) and b).

본 발명의 각 촉매 복합체의 제조방법에 있어서, b)단계 이후 비활성기체 분위기 하에서 700~900℃에서 1~3시간 동안 열처리하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.In the method for preparing each catalyst composite of the present invention, after step b), heat treatment at 700 to 900° C. for 1 to 3 hours in an inert gas atmosphere; it is preferable to further include.

본 발명은 3차원 고분자 담지체의 케이지형 공극이 금속 원자가 균일한 분포로 담지체에 담지되도록 함으로써, 촉매 활성 및 안정성이 우수한 촉매 복합체를 제공한다.The present invention provides a catalyst composite having excellent catalytic activity and stability by allowing the cage-like voids of the three-dimensional polymer carrier to be supported on the carrier in a uniform distribution of metal atoms.

또한, 본 발명은 광범위한 pH 범위에서 우수한 촉매 활성 및 안정성을 가지는 촉매 복합체를 제공한다.In addition, the present invention provides a catalyst composite having excellent catalytic activity and stability in a wide range of pH.

도 1은 본 발명 촉매 복합체의 제조과정 간략도이다.
도 2a는 본 발명 담지체의 양의 x,y,z축에서 바라본 평면도이다.
도 2b는 본 발명 담지체의 x-y 평면도이다.
도 2c는 본 발명 담지체의 y-z 평면도이다.
도 3a는 본 발명 촉매 복합체의 양의 x,y,z축에서 바라본 평면도이다.
도 3b는 본 발명 촉매 복합체의 x-y 평면도이다.
도 3c는 본 발명 촉매 복합체의 y-z 평면도이다.
도 4a는 실시예 1의 SEM 이미지이다. (스케일바 : 2㎛)
도 4b는 실시예 1의 SEM 이미지이다. (스케일바 : 0.5㎛)
도 5는 실시예 1의 X선 회절 패턴이다.
도 6는 실시예 1의 질소-흡착-탈착 등온선이다.
도 7은 실시예 1의 기공크기분포 그래프이다.
도 8은 실시예 1의 AR-TEM 이미지이다. (스케일바 : 4nm)
도 9은 왼쪽부터 차례대로 각각 실시예 1의 HAADF이미지와 EDX이미지(C,Ir,N)이다.
도 10a는 산성환경(pH 0~0.3)에서의 실시예 1 및 각 비교예들의 수소환원반응에 대한 분극 곡선(polarization curve) 그래프이다.
도 10b는 도 10a의 확대 그래프이다.
도 10c는 도 10a의 결과로부터 실시예 1 및 각 비교예들의 타펠 기울기(Tafel slope) 그래프(Tafel plot)를 나타낸 것이다.
도 10d는 도 10a의 결과로부터 실시예 1 및 각 비교예들의 과전압과 교환 전류 밀도를 비교한 그래프이다.
도 10e는 산성환경(pH 0~0.3)에서, 10,000번의 수소발생 테스트 이후의 실시예 1 및 각 비교예들의 수소환원반응에 대한 분극 곡선 그래프이다.
도 10f는 도 10e의 수소발생 테스트 이후에 실시예 1의 구조가 안정하게 유지되어 있음을 확인하기 위한 이미지이다. 왼쪽부터 차례대로 각각 10,000번의 수소발생 테스트를 거친 실시예 1의 HAADF이미지와 EDX이미지(C,Ir,N)이다.
도 10g는 산성환경(pH 0~0.3)에서, 실시예 1과 비교예 1,2 및 공지된 촉매들의 과전압을 비교하기 위한 표이다 (황산 수용액 0.5M).
도 10h는 산성환경(pH 0~0.3)에서, 실시예 1과 각 비교예 1,2 및 공지된 수소발생반응 촉매들의 과전압 및 TOF를 비교하기 위한 표이다 (황산 수용액 0.5M).
도 11a는 염기성환경(pH 14)에서의 실시예 1 및 각 비교예들의 수소환원반응에 대한 분극 곡선(polarization curve) 그래프이다.
도 11b는 도 11a의 확대 그래프이다.
도 11c는 도 11a의 결과로부터 실시예 1 및 각 비교예들의 타펠 기울기(Tafel slope) 그래프(Tafel plot)를 나타낸 것이다.
도 11d는 도 11a의 결과로부터 실시예 1 및 각 비교예들의 과전압과 교환 전류 밀도를 비교한 그래프이다.
도 11e는 염기성환경(pH 14)에서, 10,000번의 수소발생 테스트 이후의 실시예 1 및 각 비교예들의 수소환원반응에 대한 분극 곡선 그래프이다.
도 11f는 도 11e의 수소발생 테스트 이후에 실시예 1의 구조가 안정하게 유지되어 있음을 확인하기 위한 이미지이다. 왼쪽부터 차례대로 각각 10,000번의 수소발생 테스트를 거친 실시예 1의 HAADF이미지와 EDX이미지(C,Ir,N)이다.
도 11g는 염기성환경(pH 14)에서, 실시예 1과 비교예 1,2 및 공지된 촉매들의 과전압을 비교하기 위한 표이다 (수산화칼륨 수용액 1.0M).
도 11h는 염기성환경(pH 14)에서, 실시예 1과 각 비교예 1,2 및 공지된 수소발생반응 촉매들의 과전압 및 TOF를 비교하기 위한 표이다 (수산화칼륨 수용액 1.0M).
1 is a simplified diagram of the manufacturing process of the catalyst composite of the present invention.
2A is a plan view as viewed from the x, y, and z axes of the present invention carrier.
2B is an xy plan view of the carrier of the present invention.
2C is a yz plan view of the carrier of the present invention.
3A is a plan view as viewed from the x, y, and z axes of the amount of the catalyst composite of the present invention.
3B is an xy plan view of the catalyst composite of the present invention.
3C is a plan view yz of the catalyst composite of the present invention.
4A is an SEM image of Example 1. (Scale bar: 2㎛)
4B is an SEM image of Example 1. (Scale bar: 0.5㎛)
5 is an X-ray diffraction pattern of Example 1. FIG.
6 is a nitrogen-adsorption-desorption isotherm of Example 1.
7 is a graph of pore size distribution in Example 1.
8 is an AR-TEM image of Example 1. (Scale bar: 4nm)
9 is a HAADF image and an EDX image (C, Ir, N) of Example 1 in turn from the left.
10A is a graph of polarization curves for hydrogen reduction reactions of Example 1 and Comparative Examples in an acidic environment (pH 0 to 0.3).
10B is an enlarged graph of FIG. 10A.
FIG. 10C shows a Tafel slope graph of Example 1 and each of the comparative examples from the results of FIG. 10A.
10D is a graph comparing overvoltage and exchange current density in Example 1 and each of the comparative examples from the results of FIG. 10A.
10E is a polarization curve graph for the hydrogen reduction reaction of Example 1 and Comparative Examples after 10,000 hydrogen generation tests in an acidic environment (pH 0 to 0.3).
10F is an image for confirming that the structure of Example 1 is stably maintained after the hydrogen generation test of FIG. 10E. It is the HAADF image and the EDX image (C,Ir,N) of Example 1, each of which was tested 10,000 times in order from the left.
10g is a table for comparing overvoltages of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, and known catalysts in an acidic environment (pH 0 to 0.3) (aqueous sulfuric acid solution of 0.5M).
10H is a table for comparing the overvoltage and TOF of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, and known hydrogen generation reaction catalysts in an acidic environment (pH 0 to 0.3) (sulfuric acid aqueous solution 0.5M).
11A is a graph of polarization curves for hydrogen reduction reactions of Example 1 and Comparative Examples in a basic environment (pH 14).
11B is an enlarged graph of FIG. 11A.
FIG. 11C shows a Tafel slope graph of Example 1 and each of the comparative examples from the results of FIG. 11A.
11D is a graph comparing overvoltage and exchange current density in Example 1 and each of the comparative examples from the results of FIG. 11A.
11E is a polarization curve graph for the hydrogen reduction reaction of Example 1 and Comparative Examples after 10,000 hydrogen generation tests in a basic environment (pH 14).
11F is an image for confirming that the structure of Example 1 is stably maintained after the hydrogen generation test of FIG. 11E. It is the HAADF image and the EDX image (C,Ir,N) of Example 1, each of which was tested 10,000 times in order from the left.
11G is a table for comparing overvoltages of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 and known catalysts in a basic environment (pH 14) (aqueous potassium hydroxide solution of 1.0M).
11H is a table for comparing the overvoltage and TOF of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 and known hydrogen generation reaction catalysts in a basic environment (pH 14) (aqueous potassium hydroxide solution of 1.0M).

본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific examples. So, for example, a singular expression includes a plural expression unless the context clearly has to be singular. In addition, terms such as "include" or "include" used in the present application are used to clearly refer to the existence of features, steps, functions, components, or combinations thereof described in the specification, but other features It should be noted that it is not used to preliminarily exclude the presence of elements, steps, functions, components, or combinations thereof.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다.Meanwhile, unless otherwise defined, all terms used in this specification should be viewed as having the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Therefore, unless clearly defined in the specification, specific terms should not be interpreted in an excessively ideal or formal meaning.

또한, 본 명세서의 "약", "실질적으로" 등은 언급한 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. In addition, "about", "substantially" and the like in the present specification are used at or close to the numerical value when manufacturing and material tolerances specific to the stated meaning are presented, and are accurate to aid understanding of the present invention. Or absolute figures are used to prevent unfair use of the stated disclosure by unconscionable infringers.

또한, 본 명세서의 "CON"은 본 발명의 제조방법에 따라 제조되는 3차원 고분자 담지체로서, 실시예에 기재된 제조방법에 따라 제조되는 고분자 담지체를 포함하여 명세서 내용 전체 맥락으로부터 통상의 기술자가 이해할 수 있는 범위 내에서 금속원자를 담지할 수 있는 3차원 고분자 담지체로 확대 해석될 수도 있다.In addition, "CON" in the present specification is a three-dimensional polymer carrier manufactured according to the manufacturing method of the present invention, including the polymer carrier manufactured according to the manufacturing method described in Examples, It may be interpreted as a three-dimensional polymer carrier capable of carrying metal atoms within an understandable range.

또한, 본 명세서에서 "단량체 a"는 담지체(CON)의 단량체로서, 이하의 일반식 (1)~(2) 중 하나로 표현될 수 있다.In addition, in the present specification, "monomer a" is a monomer of a carrier (CON) and may be represented by one of the following general formulas (1) to (2).

[일반식 (1)][General Formula (1)]

Figure 112018079668043-pat00011
Figure 112018079668043-pat00011

[일반식 (2)][General Formula (2)]

Figure 112018079668043-pat00012
Figure 112018079668043-pat00012

일반식 (1)~(2)에서, X1 내지 X6은 각각 독립적으로 산소 또는 아민기로 선택된다(XA가 산소일 때, RaA-XA는 카르보닐기이고, A는 1 내지 6 이하의 자연수).In the general formulas (1) to (2), X 1 to X 6 are each independently selected from oxygen or an amine group (when X A is oxygen, R aA -X A is a carbonyl group, and A is 1 to 6 or less Natural number).

또한, 본 명세서에서 "단량체 b"는 담지체(CON)의 단량체로서, 이하의 일반식 (3)~(5) 중 하나로 표현될 수 있다. In addition, in the present specification, "monomer b" is a monomer of a carrier (CON), and may be represented by one of the following general formulas (3) to (5).

[일반식 (3)][General Formula (3)]

Figure 112018079668043-pat00013
Figure 112018079668043-pat00013

[일반식 (4)][General Formula (4)]

Figure 112018079668043-pat00014
Figure 112018079668043-pat00014

[일반식 (5)][General formula (5)]

Figure 112018079668043-pat00015
Figure 112018079668043-pat00015

일반식 (3)~(5)에서, Y1 내지 Y6은 X1 내지 X6와 이민결합을 형성하는 것을 전제로 각각 종속적으로 산소 또는 아민기로 선택된다(YA가 산소일 때, RbA-YA는 카르보닐기이고, A는 1 내지 6 이하의 자연수).In the general formulas (3) to (5), Y 1 to Y 6 are each independently selected as an oxygen or amine group on the premise of forming an imine bond with X 1 to X 6 (when Y A is oxygen, R bA -Y A is a carbonyl group, A is a natural number of 1 to 6 or less).

또한, 본 명세서에서 "케이지형 공극"은 단량체 a의 가장자리에 단량체 b가 달라붙으면서 세 방향으로 대칭성을 가지며 성장한 결과, 형성되는 담지체(CON) 내에 형성되는 공극으로서, 금속 원자를 사방에서 둘러싸서 단단하게 고정시킬 수 있는 공극이다.In addition, in the present specification, "cage-type voids" are voids formed in the carrier (CON) formed as a result of growth with symmetry in three directions as the monomer b adheres to the edge of the monomer a, surrounding metal atoms in all directions. It is a void that can be tightly fixed by being wrapped.

이하 본 발명의 과제해결수단에 대해 구체적으로 상술한다. Hereinafter, the problem solving means of the present invention will be described in detail.

<본 발명의 촉매 복합체><Catalyst composite of the present invention>

본 발명의 촉매 복합체는 1 내지 99몰%의 단량체 a 및 1 내지 99몰%의 단량체 b를 포함하는 담지체 및 금속 원자를 포함할 수 있다. 이하에서는 본 발명 촉매 복합체의 각 구성에 대하여 상세히 서술한다.The catalyst composite of the present invention may include a support including 1 to 99 mol% of monomer a and 1 to 99 mol% of monomer b and a metal atom. Hereinafter, each configuration of the catalyst composite of the present invention will be described in detail.

담지체(CON)Carrier (CON)

본 발명에 있어서, 담지체(CON)은 일반식 (1)~(2) 중 하나로 표시되는 단량체 a 및 일반식 (3)~(5) 중 하나로 표시되는 단량체 b의 반응물일 수 있다.In the present invention, the carrier (CON) may be a reactant of a monomer a represented by one of formulas (1) to (2) and a monomer b represented by one of formulas (3) to (5).

본 발명에 있어서, 하기 일반식 (1)~(2) 중 하나로 표시되는 단량체 a는 비시클로(bicyclo)단위를 포함할 수 있다. 단량체 a의 X1 내지 X6은 각각 독립적으로 산소 또는 아민기로 선택될 수 있으나, 바람직하게는 단량체 a의 X1 내지 X6은 모두 산소 또는 아민기로 선택되어 단량체 a가 C3v의 대칭성을 가질 수 있다 (XA가 산소일 때 RaA-XA는 카르보닐기이며, A는 1 내지 6 이하의 자연수).In the present invention, the monomer a represented by one of the following general formulas (1) to (2) may contain a bicyclo unit. X 1 to X 6 of the monomer a may each independently be selected with an oxygen or amine group, but preferably all of X 1 to X 6 of the monomer a may be selected with an oxygen or amine group so that the monomer a may have a C 3v symmetry. Yes (when X A is oxygen, R aA -X A is a carbonyl group, and A is a natural number of 1 to 6 or less).

[일반식 (1)][General Formula (1)]

Figure 112018079668043-pat00016
Figure 112018079668043-pat00016

[일반식 (2)][General Formula (2)]

Figure 112018079668043-pat00017
Figure 112018079668043-pat00017

그러나, 단량체 a는 이상과 같은 단량체 a의 일반식 (1)~(2) 중 하나로 표현되는 화합물에 제한되어 해석되지 않고, 단량체 a는 단량체 b의 작용기와 시프 염기(Schiff base) 반응을 통하여 이민결합으로 고리화되는 것을 전제로, 비시클로(bicyclo) 단위를 포함하면서, 대칭성을 가진 다양한 고리구조의 화합물로 표현될 수 있다. However, monomer a is not interpreted as being limited to the compound represented by one of the general formulas (1) to (2) of monomer a as described above, and monomer a is imine through a Schiff base reaction with the functional group of monomer b. Assuming that it is cyclized by a bond, it can be expressed as a compound of various cyclic structures having symmetry while including a bicyclo unit.

본 발명 단량체 a의 일 예로서, 단량체 a는 이하의 화학식 (1)로 표현될 수 있다 (트립티센 헥사아민(triptycene hexamine, THA), 분자량 344.42g/mole).As an example of the present invention monomer a, the monomer a may be represented by the following formula (1) (triptycene hexamine (THA), molecular weight 344.42 g/mole).

[화학식 (1)][Formula (1)]

Figure 112018079668043-pat00018
Figure 112018079668043-pat00018

본 발명에 있어서, 단량체 b는 하기 일반식 (3)~(5) 중 하나로 표시될 수 있다. 단량체 b의 Y1 내지 Y6은 X1 내지 X6와 이민결합을 형성하는 것을 전제로 각각 종속적으로 산소 또는 아민기로 선택될 수 있다. 단량체 b는 바람직하게는, 상기 단량체 a의 X1 내지 X6이 모두 산소 또는 아민기로 선택되는 경우에, 단량체 b의 Y1 내지 Y6은 X1 내지 X6와 이민결합을 형성하는 것을 전제로 모두 산소 또는 아민기로 선택될 수 있다(YA가 산소일 때, RbA-YA는 카르보닐기이고, A는 1 내지 6 이하의 자연수).In the present invention, the monomer b may be represented by one of the following general formulas (3) to (5). Y 1 to Y 6 of the monomer b may be independently selected as an oxygen or amine group on the premise that X 1 to X 6 and an imine bond are formed. Monomer b is preferably, when all of X 1 to X 6 of the monomer a are selected as oxygen or amine groups, on the premise that Y 1 to Y 6 of the monomer b forms an imine bond with X 1 to X 6 All may be selected from oxygen or amine groups (when Y A is oxygen, R bA -Y A is a carbonyl group, and A is a natural number of 1 to 6 or less).

[일반식 (3)][General Formula (3)]

Figure 112018079668043-pat00019
Figure 112018079668043-pat00019

[일반식 (4)][General Formula (4)]

Figure 112018079668043-pat00020
Figure 112018079668043-pat00020

[일반식 (5)][General formula (5)]

Figure 112018079668043-pat00021
Figure 112018079668043-pat00021

그러나, 단량체 b는 이상과 같은 단량체 b의 일반식 (3)~(5) 중 하나로 표현되는 화합물에 제한되어 해석되지 않고, 단량체 a의 작용기와 시프 염기(Schiff base) 반응을 통하여 이민결합으로 고리화되는 것을 전제로, C6, C9, C12의 고리화합물 또는 헥세인(hexane) 단위를 포함하면서, 대칭성을 가진 다양한 고리구조의 화합물로 표현될 수 있다. However, the monomer b is not limited to the compound represented by one of the general formulas (3) to (5) of the monomer b as described above and is not interpreted, and is a ring as an imine bond through the functional group of the monomer a and Schiff base reaction. It may be expressed as a cyclic compound of C 6 , C 9 , C 12 or a compound of various cyclic structures having symmetry while including a hexane unit.

본 발명 단량체 b의 일 예로서, 단량체 b는 이하의 화학식 (2)로 표현될 수 있다 (헥사케토사이클로헥세인 (hexaketocyclohexane, HKH), 분자량 168.06g/mole).As an example of the present invention monomer b, the monomer b may be represented by the following formula (2) (hexaketocyclohexane (HKH), molecular weight 168.06 g/mole).

[화학식 (2)][Formula (2)]

Figure 112018079668043-pat00022
Figure 112018079668043-pat00022

본 발명의 담지체(CON)는 단량체 a와 단량체 b를 반복하여 반응시킨 유기 구조체일 수 있다. 단량체 a 및 단량체 b는 비가역 반응을 통해 담지체(CON)을 형성할 수 있으며, 두 분자가 반응을 시작하면, 단량체 a의 가장자리에 단량체 b가 달라붙으면서 세 방향으로 대칭성을 가지며 성장한다. 반응이 이루어지는 단량체 a 및 단량체 b의 카르보닐기, 아민기는 시프 염기(Schiff base) 반응을 통하여 이민결합으로 고리화될 수 있다. The carrier (CON) of the present invention may be an organic structure obtained by repeatedly reacting monomer a and monomer b. The monomer a and the monomer b may form a carrier (CON) through an irreversible reaction, and when the two molecules start the reaction, the monomer b adheres to the edge of the monomer a and grows with symmetry in three directions. The carbonyl group and the amine group of the monomers a and b in which the reaction is performed may be cyclized by an imine bond through a Schiff base reaction.

본 명세서의 도 2a 내지 2c는 각각 본 발명 담지체(CON)의 양의 x,y,z축에서 바라본 평면도, x-y 평면도, y-z 평면도이다. 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명의 담지체(CON)는 모든 결합이 육각형 고리 모양으로 구성되어 구조적으로 안정하다. 또한, 본 발명의 담지체(CON)는 유기 구조체로서, 안정성 측면에서 공지된 다른 담지체에 비하여 우수할 수 있다. 본 발명의 담지체(CON)은 수소발생반응 촉매의 담지체로서 물에 반응하지 않고 높은 내열성을 갖는다.2A to 2C of the present specification are a plan view, an x-y plan, and a y-z plan view as viewed from the positive x, y, and z axes of the present invention carrier CON. 2A to 2C, the carrier (CON) of the present invention is structurally stable because all bonds are formed in a hexagonal ring shape. Further, the carrier (CON) of the present invention is an organic structure and may be superior to other known carriers in terms of stability. The carrier (CON) of the present invention does not react with water and has high heat resistance as a carrier for a hydrogen generation reaction catalyst.

본 발명의 담지체(CON)는 다공성의 유기 구조체로서 수소 기체의 흡착이 안정적으로 이루어져 기체 흡착 능력이 우수하다. 또한, 담지체(CON)에 포함되어 있는 규칙적으로 배열된 질소 원자로 인해, 수소 기체의 흡착, 탈착이 효율적으로 이루어질 수 있다.The carrier (CON) of the present invention is a porous organic structure, and has excellent gas adsorption ability by stably adsorbing hydrogen gas. In addition, due to the regularly arranged nitrogen atoms included in the carrier CON, adsorption and desorption of hydrogen gas can be efficiently performed.

본 발명의 담지체(CON)는 케이지형 공극을 포함할 수 있고, 담지체(CON)의 케이지형 공극에는 금속 원자가 담지되어 촉매 복합체를 형성할 수 있다. The carrier (CON) of the present invention may include cage-type voids, and metal atoms are supported in the cage-like voids of the carrier (CON) to form a catalyst composite.

본 발명의 케이지형 공극은 단량체 a의 가장자리에 단량체 b가 달라붙으면서 세 방향으로 대칭성을 가지며 성장한 결과, 형성되는 담지체(CON) 내에 형성되는 공극으로서, 금속 원자를 사방에서 둘러싸서 단단하게 고정시킬 수 있는 공극이다. Cage-type pores of the present invention are pores formed in a carrier (CON) formed as a result of growth with symmetry in three directions as monomer b adheres to the edge of monomer a, and is tightly fixed by surrounding metal atoms in all directions. It is a void that can be made.

본 발명의 케이지형 공극은 금속 전구체의 환류 과정에서 금속 원자의 핵을 형성하여, 금속 원자가 균일하게 분포로 담지체(CON)에 담지시키기 위한 앵커링 자리(anchoring site)를 제공할 수 있다. The cage-type voids of the present invention form nuclei of metal atoms in the process of refluxing a metal precursor, thereby providing an anchoring site for carrying the metal atoms on the carrier CON in a uniform distribution.

또한, 본 발명의 케이지형 공극은 질소를 포함하고 있어 금속 원자를 더욱 단단하게 고정할 수 있다. 바람직하게는, 금속 원자를 담지체의 케이지형 공극에 더더욱 단단하게 고정하기 위하여, 케이지형 공극은 질소를 더 많이 포함할 수 있다. 케이지형 공극에 질소를 더 많이 포함하기 위하여, 담지체(CON)의 단량체인 단량체 a 및 단량체 b는 고리의 탄소가 한 개 또는 그 이상이 질소로 치환될 수 있다.In addition, since the cage-like voids of the present invention contain nitrogen, metal atoms can be more rigidly fixed. Preferably, in order to more rigidly fix the metal atoms in the cage-like voids of the carrier, the cage-like voids may contain more nitrogen. In order to contain more nitrogen in the cage-like pores, the monomer a and the monomer b, which are monomers of the carrier (CON), may have one or more carbons of the ring substituted with nitrogen.

금속 원자Metal atom

본 발명의 금속 원자는 본 발명의 담지체(CON)에 담지되어, 금속 원자가 담지체(CON)에 담지된 촉매 복합체를 형성할 수 있다. The metal atom of the present invention is supported on the carrier (CON) of the present invention, and thus a catalyst complex in which the metal atom is supported on the carrier (CON) may be formed.

본 발명의 금속 원자는 그 구성에 있어서 일반적으로 수소발생반응 촉매에 이용되는 금속을 포함할 수 있다. 이하에서는 본 발명의 금속 원자의 예시를 열거하나 이에 반드시 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 금속 원자는 이리듐(Ir), 세륨(Ce), 철(Fe), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 코말트(Co), 니켈(Ni), 금(Au), 은(Ag), 망간(Mn), 아연(Zn), 구리(Cu) 및 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 포함할 수 있다.The metal atom of the present invention may include a metal generally used in a hydrogen generation reaction catalyst in its configuration. Hereinafter, examples of the metal atoms of the present invention are listed, but are not necessarily limited thereto. Metal atoms of the present invention are iridium (Ir), cerium (Ce), iron (Fe), rhodium (Rh), palladium (Pd), comalt (Co), nickel (Ni), gold (Au), silver (Ag ), manganese (Mn), zinc (Zn), copper (Cu), and molybdenum (Mo) may include at least one selected from the group consisting of.

본 발명의 금속 원자는 금속 전구체가 환류되어 형성될 수 있다. 금속 전구체는 담지체(CON)의 케이지형 공극에서 환류되면서 금속 원자의 핵을 형성하고, 그 결과 금속 원자는 균일한 분포로 담지체의 케이지형 공극에 담지될 수 있다.The metal atom of the present invention may be formed by refluxing a metal precursor. The metal precursors form nuclei of metal atoms while refluxing in the cage-like voids of the carrier CON, and as a result, the metal atoms can be supported in the cage-like voids of the carrier with uniform distribution.

촉매 복합체Catalyst complex

본 발명의 촉매 복합체는 금속 원자가 담지체(CON)에 담지된 촉매 복합체일 수 있다. 도 3a 내지 도 3c는 본 발명 촉매 복합체를 다양한 각도에서 바라본 평면도이다. 도 3a는 본 발명 촉매 복합체의 양의 x,y,z축에서 바라본 평면도이다. 도 3b는 본 발명 촉매 복합체의 x-y 평면도이다. 도 3c는 본 발명 촉매 복합체의 y-z 평면도이다.The catalyst composite of the present invention may be a catalyst composite in which a metal atom is supported on a carrier (CON). 3A to 3C are plan views as viewed from various angles of the catalyst composite of the present invention. 3A is a plan view as viewed from the x, y, and z axes of the amount of the catalyst composite of the present invention. 3B is an x-y plan view of the catalyst composite of the present invention. 3C is a y-z plan view of the catalyst composite of the present invention.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 본 발명의 담지체(CON)의 케이지형 공극에 금속 원자가 담지된 형태를 알 수 있다. 본 발명 촉매 복합체는 담지체(CON)의 케이지형 공극에 금속 원자를 담지한다. 담지체(CON)는 금속 원자의 외면을 감싸는 케이지형 공극을 제공한다. 케이지형 공극은 금속 전구체의 환류 과정에서 금속 원자의 핵을 형성하여, 금속 원자를 담지체에 균일한 분포로 담지시킬 수 있다. 금속 원자가 담지체(CON)에 균일하게 분포되어 담지되며, 케이지형 공극은 질소를 함유하여 금속 원자를 강하게 고정할 수 있으므로, 본 발명의 촉매 복합체는 촉매 활성 및 안정성이 우수하다.Referring to FIGS. 3A to 3C, it can be seen a form in which a metal atom is supported in the cage-like voids of the carrier CON of the present invention. The catalyst composite of the present invention supports a metal atom in the cage-like voids of the carrier (CON). The carrier CON provides a cage-like void surrounding the outer surface of the metal atom. Cage-type voids form nuclei of metal atoms in the process of refluxing the metal precursor, so that the metal atoms can be supported in a uniform distribution on the carrier. Since the metal atoms are uniformly distributed and supported on the carrier (CON), and the cage-type pores contain nitrogen to strongly fix the metal atoms, the catalyst composite of the present invention has excellent catalytic activity and stability.

또한, 본 발명의 촉매 복합체는 다공성의 담지체(CON)에 금속 원자를 담지하여 수소 기체의 흡착, 탈착이 유리하므로, 수소발생반응 촉매로서의 성능이 우수하다. 이하에서는 본 발명의 촉매 복합체의 제조방법에 대하여 서술한다.In addition, the catalyst composite of the present invention is advantageous in adsorption and desorption of hydrogen gas by supporting metal atoms on the porous support (CON), and thus has excellent performance as a catalyst for hydrogen evolution. Hereinafter, a method for producing the catalyst composite of the present invention will be described.

<본 발명의 촉매 복합체의 제조방법><Method for producing the catalyst composite of the present invention>

본 발명의 촉매 복합체의 제조방법은 a) 금속 전구체, 1 내지 99몰%의 단량체 a 및 1 내지 99몰%의 단량체 b를 유기 용매에 용해시키는 단계; 및 b) 상기 a)단계 용액에 환원제를 첨가하여 침전물을 수득하는 단계;를 포함할 수 있다.The method for preparing the catalyst composite of the present invention comprises: a) dissolving a metal precursor, 1 to 99 mol% of monomer a and 1 to 99 mol% of monomer b in an organic solvent; And b) obtaining a precipitate by adding a reducing agent to the solution in step a).

이하에서는 본 발명 촉매 복합체의 제조방법의 각 단계에 대하여 상세히 서술한다.Hereinafter, each step of the method for producing a catalyst composite according to the present invention will be described in detail.

a)단계 : 금속 전구체, 1 내지 a) step: metal precursor, 1 to 99몰%의99 mol% 단량체 a 및 1 내지 Monomers a and 1 to 99몰%의99 mol% 단량체 b를 유기 용매에 용해시키는 단계; Dissolving monomer b in an organic solvent;

본 발명의 금속 전구체는 그 구성에 있어서 일반적으로 수소발생반응 촉매에 이용되는 금속을 포함할 수 있다. 이하에서는 본 발명의 금속 전구체에 포함될 수 있는 금속을 열거하나 이에 반드시 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 금속 전구체는 이리듐(Ir), 세륨(Ce), 철(Fe), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 코말트(Co), 니켈(Ni), 금(Au), 은(Ag), 망간(Mn), 아연(Zn), 구리(Cu) 및 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다. The metal precursor of the present invention may include a metal generally used for a hydrogen generation reaction catalyst in its configuration. Hereinafter, metals that may be included in the metal precursor of the present invention are listed, but the present invention is not limited thereto. Metal precursors of the present invention are iridium (Ir), cerium (Ce), iron (Fe), rhodium (Rh), palladium (Pd), comalt (Co), nickel (Ni), gold (Au), silver (Ag ), manganese (Mn), zinc (Zn), copper (Cu), and molybdenum (Mo) may include at least one metal selected from the group consisting of.

본 발명의 금속 전구체는 상술한 금속의 염으로서 유기 용매에 용해될 수 있으면 되고, 구성에 있어서 제한되지 않는다. 이하에서는 본 발명의 금속 전구체에 포함될 수 있는 금속의 염을 열거하나 이에 반드시 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 금속 전구체는 상술한 금속의 불화염, 염화염, 질산염, 황산염, 암모늄염, 아세트산염 및 탄산염으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.The metal precursor of the present invention is not limited in its constitution as long as it can be dissolved in an organic solvent as a salt of the metal described above. Hereinafter, salts of metals that may be included in the metal precursor of the present invention are listed, but are not necessarily limited thereto. The metal precursor of the present invention may further include one or more selected from the group consisting of the above-described metal fluoride, chloride, nitrate, sulfate, ammonium salt, acetate, and carbonate.

본 발명의 a)단계에서, 1 내지 99몰%의 단량체 a 및 1 내지 99몰%의 단량체 b를 유기 용매에 용해시킬 수 있으나, 바람직하게는 단량체 a 및 단량체 b는 1:2~2:1의 몰비로 용해될 수 있다. In step a) of the present invention, 1 to 99 mol% of monomer a and 1 to 99 mol% of monomer b may be dissolved in an organic solvent, but preferably, monomer a and monomer b are 1:2 to 2:1 It can be dissolved in a molar ratio of

본 발명의 a)단계에서, 금속 전구체, 단량체 a 및 단량체 b가 용매에 용해될 수 있으면 되고, 용매의 구성에 대해서는 제한되지 않는다. 본 발명 용매의 예시로서, N,N-다이메틸포름아마이드(N,N-dimethylforamide, DEF), N,N-다이메틸아세트아마이드(N,N-dimethylacetamide, DMAC), 다이메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide, DMSO), 헥사메틸포스포르아마이드(hexamethylphosphoramide, HMPA), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone, NMP) 등을 들 수 있다. In step a) of the present invention, the metal precursor, the monomer a and the monomer b may be dissolved in the solvent, and the composition of the solvent is not limited. As an example of the solvent of the present invention, N,N-dimethylformamide (N,N-dimethylforamide, DEF), N,N-dimethylacetamide (N,N-dimethylacetamide, DMAC), dimethylsulfoxide, DMSO), hexamethylphosphoramide (HMPA), and N-methylpyrrolidone (NMP).

본 발명의 a)단계와 b)단계 사이에 150~200℃에서 환류가 이루어질 수 있다. 환류는 2~5시간 동안 이루어질 수 있다. 환류 후 70~90℃로 냉각시키는 단계를 더 포함할 수 있다.Reflux may be performed at 150 to 200°C between step a) and step b) of the present invention. Reflux can be made for 2 to 5 hours. It may further include the step of cooling to 70 ~ 90 ℃ after reflux.

본 발명의 a)단계에서, 단량체 a 및 단량체 b는 비가역 반응을 통해 담지체(CON)을 형성할 수 있으며, 반응이 이루어지는 단량체 a 및 단량체 b의 카르보닐기 또는 아민기는 시프 염기(Schiff base) 반응을 통하여 이민결합으로 고리화될 수 있다.In step a) of the present invention, the monomer a and the monomer b may form a carrier (CON) through an irreversible reaction, and the carbonyl group or amine group of the monomer a and the monomer b undergoes a Schiff base reaction. It can be cyclized through an imine bond.

b)단계 : a)단계 용액에 환원제를 첨가하여 침전물을 수득하는 단계b) Step: Step a) to obtain a precipitate by adding a reducing agent to the solution

본 발명에 있어서, b)단계는 a)단계 용액에 환원제를 첨가하여 침전물을 수득하는 단계일 수 있다. b)단계에서 금속 원자가 담지체(CON)에 담지된, 촉매 복합체인 침전물을 수득할 수 있다. 이하에서는 b)단계의 각 구성에 대하여 서술한다.In the present invention, step b) may be a step of obtaining a precipitate by adding a reducing agent to the solution of step a). In step b), a precipitate which is a catalyst complex in which a metal atom is supported on a carrier (CON) can be obtained. Hereinafter, each configuration of step b) will be described.

본 발명의 b)단계에 있어서, 환원제는 금속 전구체를 환류시켜 금속 나노 입자를 형성할 수 있는 것을 전제로 그 구성은 제한되지 않는다. 환원제의 예시로서, 수소화붕소리튬(LiBH4), 수소화알루미늄리튬(LiAlH4), 수소화붕소나트륨(NaBH4) 또는 하이드라진(hydrazine) 등을 들 수 있다. 바람직하게는 수소화붕소나트륨(NaBH4)을 들 수 있다.In step b) of the present invention, the composition is not limited on the premise that the reducing agent can form metal nanoparticles by refluxing the metal precursor. Examples of the reducing agent include lithium borohydride (LiBH 4 ), lithium aluminum hydride (LiAlH 4 ), sodium borohydride (NaBH 4 ), or hydrazine. Sodium borohydride (NaBH 4 ) is preferably used.

본 발명 b)단계의 환류는 150~200℃에서 2~4시간 동안 이루어질 수 있다. 환류 후 20~30℃로 냉각시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The reflux of step b) of the present invention may be performed at 150 to 200° C. for 2 to 4 hours. It may further include the step of cooling to 20 ~ 30 ℃ after reflux.

본 발명 b)단계의 침전물인 촉매 복합체는 열처리 전에 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 멤브레인을 이용하여 여과함으로써 수득할 수 있다. 상기 여과하는 과정 후에 본 발명의 일 예로서 아세톤과 메탄올 용매로 각각 2~4일 동안 속슬렛 추출하여 불순물 및 저분자 물질을 제거하는 과정을 더 포함할 수 있다. 수득된 최종산물들은 동결건조법을 이용하여 용매를 제거할 수 있다.The catalyst composite, which is the precipitate of step b) of the present invention, can be obtained by filtration using a polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane before heat treatment. After the filtering process, as an example of the present invention, a process of removing impurities and low molecular weight substances by Soxhlet extraction with acetone and methanol solvents for 2 to 4 days, respectively, may be further included. The obtained final products can be removed from the solvent using a lyophilization method.

본 발명의 b)단계 이후에, 비활성기체 분위기 하에서 700~900℃에서 1~3시간 동안 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.After step b) of the present invention, it may further include a step of heat treatment for 1 to 3 hours at 700 ~ 900 ℃ in an inert gas atmosphere.

본 발명의 b)단계에 있어서, 금속 전구체는 환류되어 금속 원자로서 담지체(CON)에 담지된다. 담지체(CON)의 케이지형 공극은 앵커링 자리(anchoring site)를 제공하여, 금속 전구체의 환류 과정에서 금속 원자의 핵을 형성하여, 금속 원자가 균일한 분포로 담지체(CON)에 담지될 수 있게 한다.In step b) of the present invention, the metal precursor is refluxed and supported on the carrier CON as a metal atom. The cage-like voids of the carrier (CON) provide an anchoring site to form a nucleus of metal atoms in the process of refluxing the metal precursor, so that the metal atoms can be supported on the carrier (CON) with a uniform distribution. do.

도 1은 본 발명 촉매 복합체의 제조과정을 요약한 간략도이다. 도 1을 참조하면, 단량체 a의 일 예인 트립티센 헥사아민(triptycene hexamine, THA) 및 단량체 b의 일 예인 헥사케토사이클로헥세인 (hexaketocyclohexane, HKH)으로 본 발명의 3차원 고분자 구조체인 담지체(CON)를 합성한다. 금속 전구체는 환원제로 금속 원자로 환류될 수 있다. 본 발명 담지체(CON)의 케이지형 공극은 금속 전구체의 환류 과정에서 금속 원자의 핵을 형성하여, 금속 원자가 균일한 분포로 담지체(CON)에 담지될 수 있도록 한다. 본 발명의 일 예로서 최종산물은 도 1의 화살표 우측에 있는 담지체(CON)에 금속 원자가 담지된 촉매 복합체일 수 있다. 1 is a simplified diagram summarizing the manufacturing process of the catalyst composite of the present invention. Referring to FIG. 1, a carrier (CON ) Is synthesized. The metal precursor may be refluxed to a metal atom with a reducing agent. The cage-type pores of the carrier CON of the present invention form nuclei of metal atoms during the reflux process of the metal precursor, so that the metal atoms can be supported on the carrier CON in a uniform distribution. As an example of the present invention, the final product may be a catalyst complex in which a metal atom is supported on a carrier (CON) on the right of the arrow in FIG. 1.

{실시예}{Example}

이하에서는 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 제공되는 것으로서, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 사상이 반드시 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, this is provided so that those skilled in the art can easily implement the present invention, and the present invention may be implemented in various different forms, and the spirit of the present invention is necessarily limited to the embodiments. no.

실시예 1 : 촉매 복합체(Ir@CON)의 제조Example 1: Preparation of catalyst composite (Ir@CON)

질소 분위기 하에서 염화이리듐(IrCl3, 1.5g)을 N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone, NMP) 70 ml를 얼음통 안에 설치된 플라스크에 섞어준다. 교반된 용액에 트립티센 헥사아민 헥사하이드로클로라이드(triptycene hexaamine hexahydrochloride, THA, 2 g)와 헥사케토사이클로헥세인 옥타하이드레이트(hexaketocyclohexane octahydrate, HKH, 1.108 g)을 첨가한다. 상온으로 온도를 올려주고, 2시간 동안 계속해서 교반시킨 뒤 온도를 올리기 위해 오일통으로 교체해준다. 천천히 175℃까지 온도를 올린 후, 3시간 동안 교반시킨다. 고분자 반응이 끝나면 80℃로 식히고, 수소화붕소나트늄 용액(NaBH4, 60 ml, 10 wt% in NMP)을 천천히 떨어뜨려준다. 혼합물은 다시 175℃로 올려준 뒤 3시간 동안 교반하고, 실온으로 식힌 후 아세톤(acetone)에 부어 침전시킨다. 검은색 침전물들은 적절한 필터지에 여과하여 아세톤과 메탄올(methanol) 용매로 각각 3일씩 속슬렛 추출기(Soxhlet extractor)에 불순물 및 저분자 물질 제거과정을 시행한다. 수거된 최종산물들은 동결건조법을 이용하여 용매를 제거하고 700-900℃ 범위 내에서 2시간 동안 비활성기체 분위기 하에서 열처리를 진행한다. In a nitrogen atmosphere, iridium chloride (IrCl3, 1.5g) and 70 ml of N-methylpyrrolidone (NMP) are mixed in a flask installed in an ice bucket. To the stirred solution, triptycene hexaamine hexahydrochloride (THA, 2 g) and hexaketocyclohexane octahydrate (HKH, 1.108 g) were added. Raise the temperature to room temperature, stir continuously for 2 hours, and then replace it with an oil tank to raise the temperature. After slowly raising the temperature to 175°C, the mixture was stirred for 3 hours. After the polymer reaction is over, cool to 80° C., and slowly drop a sodium borohydride solution (NaBH4, 60 ml, 10 wt% in NMP). The mixture was again raised to 175°C, stirred for 3 hours, cooled to room temperature, and poured into acetone to precipitate. The black precipitates are filtered with an appropriate filter paper, and impurities and low molecular weight substances are removed in a Soxhlet extractor for 3 days each with acetone and methanol solvents. The collected final products are subjected to a lyophilization method to remove the solvent and heat treatment in an inert gas atmosphere within the range of 700-900°C for 2 hours.

비교예 1 : 그래핀/이리듐 촉매(Ir/C)의 제조Comparative Example 1: Preparation of graphene/iridium catalyst (Ir/C)

카본 블랙에 이리듐(Ir)을 담지시킨 그래핀/이리듐(Ir) 촉매이다. 이리듐은 그래핀/이리듐(Ir) 촉매 총 중량을 기준으로 20 중량% 담지되었다.It is a graphene/iridium (Ir) catalyst in which iridium (Ir) is supported on carbon black. Iridium was supported by 20% by weight based on the total weight of the graphene/iridium (Ir) catalyst.

비교예 2 : 그래핀/백금 촉매(Pt/C)의 제조Comparative Example 2: Preparation of graphene/platinum catalyst (Pt/C)

카본 블랙에 백금(Pt)을 담지시킨 그래핀/백금(Pt) 촉매이다. 백금은 그래핀/백금(Pt) 촉매 총 중량을 기준으로 20 중량% 담지되었다.It is a graphene/platinum (Pt) catalyst in which platinum (Pt) is supported on carbon black. Platinum was supported in 20% by weight based on the total weight of the graphene/platinum (Pt) catalyst.

<물리적 특성 분석><Physical Characteristic Analysis>

도 4a 및 4b는 각각 스케일바가 2㎛, 0.5㎛인 실시예 1의 SEM(Scanning electron microscopy) 이미지이다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 실시예 1 촉매 복합체는 구형의 형태로 대략적으로 약 0.8 내지 2㎛의 직경을 가진다. 4A and 4B are SEM (Scanning Electron Microscopy) images of Example 1 in which scale bars are 2 μm and 0.5 μm, respectively. 4A and 4B, the catalyst composite of Example 1 of the present invention has a diameter of approximately 0.8 to 2 μm in a spherical shape.

도 5는 실시예 1의 X선 회절 패턴(X-ray diffraction, XRD)이다. PDF #06-0598(이리듐(Ir) JCPDS Card No.06-0598)의 피크와 실시예 1의 X선 회절 패턴을 비교함으로써 실시예 1 촉매 복합체에 이리듐(Ir)이 담지되어 있음을 알 수 있다. 또한, 셰러 방정식(Scherrer equation)을 이용하면, 담지된 이리듐(Ir)의 평균 입경이 약 2.0nm이다.5 is an X-ray diffraction pattern (XRD) of Example 1. FIG. By comparing the peak of PDF #06-0598 (Iridium (Ir) JCPDS Card No.06-0598) and the X-ray diffraction pattern of Example 1, it can be seen that iridium (Ir) is supported on the catalyst composite of Example 1 . In addition, when the Scherrer equation is used, the average particle diameter of supported iridium (Ir) is about 2.0 nm.

도 6은 실시예 1의 질소-흡착-탈착 등온선이다. 도 6을 참조하면, 실시예 1의 브루나우어-에메트-텔러(BET) 표면은 약 193.4m2/g이고, 약 110cm3/g의 총 기공 부피를 가지며, 평균 직경 약 2.29nm의 기공을 포함한다. 6 is a nitrogen-adsorption-desorption isotherm of Example 1. 6, the Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface of Example 1 is about 193.4 m 2 /g, has a total pore volume of about 110 cm 3 /g, and has an average diameter of about 2.29 nm. Includes.

도 7은 실시예 1의 기공크기분포 그래프이다. 도 7을 참조하면, 실시예 1의 기공크기분포는 약 0.82nm를 중심으로 하나의 주요 피크를 가짐을 알 수 있다.7 is a graph of pore size distribution in Example 1. Referring to FIG. 7, it can be seen that the pore size distribution of Example 1 has one major peak around 0.82 nm.

도 8은 실시예 1의 AR-TEM(Atomic-resolution transmission electron microscopy) 이미지이다 (스케일바 : 4nm). 도 8을 참조하면, 이리듐(Ir)의 평균 입경은 약 1.3 내지 2.3nm이고, 실시예 1의 비표면적 값은 약 193.36m2/g이다.8 is an Atomic-resolution transmission electron microscopy (AR-TEM) image of Example 1 (scale bar: 4 nm). Referring to FIG. 8, the average particle diameter of iridium (Ir) is about 1.3 to 2.3 nm, and the specific surface area value of Example 1 is about 193.36 m 2 /g.

도 9는 주사 투과 전자 현미경 이미지(Scanning transmission electron microscopy)에서, 왼쪽부터 차례대로 각각 실시예 1의 HAADF(high-angle annular dark field)이미지와 EDX(energy dispersive X-ray spectroscopy)이미지(C(탄소), Ir(이리듐), N(질소))이다 (스케일바 : 10nm). 도 9를 참조하면, 이리듐(Ir)이 담지체(CON)에 균일하게 담지되어 있음을 알 수 있다.9 is a scanning transmission electron microscopy image (HAADF (high-angle annular dark field) image and EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy) image (C (carbon ), Ir (iridium), N (nitrogen)) (scale bar: 10 nm). Referring to FIG. 9, it can be seen that iridium (Ir) is uniformly supported on the carrier CON.

실시예 1의 구조적 특성 확인 - 측정 결과의 분석Confirmation of structural properties of Example 1-Analysis of measurement results

도 4a, 도 4b, 도 5, 도 8을 참조하면, 본 발명 실시예 1(Ir@CON)은 구형의 형태로 대략적으로 약 0.8 내지 2㎛의 직경을 가진다. 실시예 1은 이리듐(Ir)을 담지하고 있으며, 담지된 이리듐(Ir)의 평균 입경은 약 1.3 내지 2.3nm이다.4A, 4B, 5, and 8, Example 1 (Ir@CON) of the present invention has a diameter of approximately 0.8 to 2 μm in a spherical shape. In Example 1, iridium (Ir) is supported, and the average particle diameter of the supported iridium (Ir) is about 1.3 to 2.3 nm.

도 6, 도 7, 도 8을 참조하면, 본 발명 실시예 1(Ir@CON)의 비표면적값은 약 193.4m2/g이다. 또한, 총 기공 부피는 약 110cm3/g, 기공의 평균 직경은 약 2.29nm, 기공크기분포의 주요 피크의 중심은 약 0.82nm이다. 6, 7, and 8, the specific surface area value of Example 1 (Ir@CON) of the present invention is about 193.4 m 2 /g. In addition, the total pore volume is about 110 cm 3 /g, the average pore diameter is about 2.29 nm, and the center of the main peak of the pore size distribution is about 0.82 nm.

도 9를 참조하면, 본 발명 실시예 1에 담지되는 이리듐(Ir)은 담지체(CON)에 균일하게 담지되어 있음을 알 수 있고, 이로 인해 실시예 1은 우수한 촉매 활성 및 안정성을 가진다.Referring to FIG. 9, it can be seen that the iridium (Ir) supported in Example 1 of the present invention is uniformly supported on the carrier (CON), and thus Example 1 has excellent catalytic activity and stability.

<전기화학적 특성 분석 - 수소발생성능 분석><Electrochemical Characteristics Analysis-Hydrogen Generation Performance Analysis>

포텐셜스텟(Potentiostat)이 장착 된 회전 디스크 전극(RDE)을 사용하여 전극 셀에서 전기 화학적 활성 및 안정성을 측정 하였다. Ag/AgCl(3.0M aq. NaCl)전극과 흑연 막대를 각각 기준 전극과 상대 전극으로 사용하였고, 각각의 촉매 물질을 올린 회전 디스크 전극을 작용 전극으로 사용하였다. 전기화학적 테스트를 위해 5mg 촉매와 10㎕ 나피온(Nafion) 용액을 1 mL 물 및 분석 등급의 에탄올(v/v, 1/1) 용액에 균질 한 잉크를 형성하기 위한 초음파 처리를 하였다. 만들어진 전극 촉매 현탁액(10㎕)을 면적 0.196 cm-2 (로딩량 ~0.50 ㎎/cm2)의 회전 디스크 전극 (RDE)에 올린 후, 전기화학적 테스트 전에 실온에서 건조시켰다. Electrochemical activity and stability were measured in the electrode cell using a rotating disk electrode (RDE) equipped with a potential stat. An Ag/AgCl (3.0M aq. NaCl) electrode and a graphite rod were used as a reference electrode and a counter electrode, respectively, and a rotating disk electrode loaded with each catalyst material was used as a working electrode. For the electrochemical test, 5 mg catalyst and 10 μl Nafion solution were subjected to ultrasonic treatment to form a homogeneous ink in 1 mL water and an analytical grade ethanol (v/v, 1/1) solution. The prepared electrode catalyst suspension (10 µl) was placed on a rotating disk electrode (RDE) having an area of 0.196 cm -2 (loading amount -0.50 mg/cm 2 ), and then dried at room temperature before electrochemical testing.

분극 곡선(Polarization curve)Polarization curve

도 10a는 산성환경(pH 0~0.3)에서의 실시예 1 및 각 비교예들의 수소환원반응에 대한 분극 곡선(polarization curve) 그래프이다 (황산 수용액 0.5M, 스캔 속도 5mV/s). 도 10a에서는 실시예 1 및 각 비교예들의 분극 곡선이 가역 수소 전극 (RHE, reversible hydrogen potential) 대비 도시된다. 도 10a의 그래프에서 가로축은 전위(V (vs RHE))이며, 세로축은 전류 밀도(mA/cm2)가 된다. 도 10b는 도 10a의 확대 그래프이다.Figure 10a is a polarization curve for the hydrogen reduction reaction of Example 1 and each comparative example in an acidic environment (pH 0 ~ 0.3) (a sulfuric acid solution 0.5M, scan rate 5mV/s). In FIG. 10A, the polarization curves of Example 1 and each of the comparative examples are shown compared to a reversible hydrogen potential (RHE). In the graph of FIG. 10A, the horizontal axis represents the potential (V (vs RHE)), and the vertical axis represents the current density (mA/cm 2 ). 10B is an enlarged graph of FIG. 10A.

실시예 1 및 각 비교예의 촉매 활성은 도 10a 및 도 10b에서 동일한 크기의 전류 밀도(mA/cm2)를 생산하기 위한 전위(V (vs RHE))의 값으로부터 비교할 수 있다. 도 10a 및 도 10b를 참조하여 촉매 활성이 우수한 순대로 정렬하면 실시예 1, 비교예 2, 비교예 1 순으로 정렬할 수 있다.The catalytic activity of Example 1 and each of the comparative examples can be compared from the value of the potential (V (vs RHE)) to produce a current density (mA/cm 2 ) of the same size in FIGS. 10A and 10B. 10A and 10B, if the catalytic activity is sorted in the order of excellent catalytic activity, it can be sorted in the order of Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 1.

도 11a는 염기성환경(pH 14)에서의 실시예 1 및 각 비교예들의 수소환원반응에 대한 분극 곡선(polarization curve) 그래프이다 (수산화칼륨 수용액 1.0M, 스캔 속도 5mV/s). 도 11a에서는 실시예 1 및 각 비교예들의 분극 곡선이 가역 수소 전극 (RHE, reversible hydrogen potential) 대비 도시된다. 도 11a의 그래프에서 가로축은 전위(V (vs RHE))이며, 세로축은 전류 밀도(mA/cm2)가 된다. 도 11b는 도 11a의 확대 그래프이다.11A is a polarization curve graph for the hydrogen reduction reaction of Example 1 and each of the comparative examples in a basic environment (pH 14) (a solution of potassium hydroxide 1.0M, a scan speed of 5mV/s). In FIG. 11A, the polarization curves of Example 1 and each of the comparative examples are shown compared to a reversible hydrogen potential (RHE). In the graph of FIG. 11A, the horizontal axis represents the potential (V (vs RHE)), and the vertical axis represents the current density (mA/cm 2 ). 11B is an enlarged graph of FIG. 11A.

실시예 1 및 각 비교예의 촉매 활성은 도 11a 및 도 11b에서 동일한 크기의 전류 밀도(mA/cm2)를 생산하기 위한 전위(V (vs RHE))의 값으로부터 비교할 수 있다. 도 11a 및 도 11b를 참조하여 촉매 활성이 우수한 순대로 정렬하면 실시예 1, 비교예 2, 비교예 1 순으로 정렬할 수 있다.The catalytic activity of Example 1 and each of the comparative examples can be compared from the value of the potential (V (vs RHE)) to produce a current density (mA/cm 2 ) of the same size in FIGS. 11A and 11B. 11A and 11B, if the catalytic activity is sorted in the order of excellent catalytic activity, it can be sorted in the order of Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 1.

타펠 기울기(Tafel slope)Tafel slope

도 10c는 도 10a(산성환경, pH 0~0.3)의 결과로부터 실시예 1 및 각 비교예들의 타펠 기울기(Tafel slope) 그래프(Tafel plot)를 나타낸 것이다. 타펠 기울기는 전극 활성도의 기준이 되며, 전류가 10배 증가하기 위한 필요한 전압을 나타낸다. 도 10c의 그래프에서 가로축은 전류 밀도(mA/cm2)의 로그(log) 스케일이며, 세로축은 전위(V(vs RHE))가 된다.10C shows a Tafel slope graph of Example 1 and each of the comparative examples from the results of FIG. 10A (acid environment, pH 0 to 0.3). The Tafel slope is the criterion of the electrode activity and represents the voltage required to increase the current 10 times. In the graph of FIG. 10C, the horizontal axis represents the logarithmic scale of the current density (mA/cm 2 ), and the vertical axis represents the potential (V(vs RHE)).

도 10c를 참조하면, 실시예 1의 타펠 기울기는 약 27mV/decade로 측정되었다. 비교예 1 및 비교예 2의 타펠 기울기는 약 30mV/decade, 29mV/decade로 각각 측정되었다.Referring to FIG. 10C, the Tapel slope of Example 1 was measured to be about 27mV/decade. Tapel slopes of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were measured as about 30mV/decade and 29mV/decade, respectively.

실시예 1의 타펠 기울기값은 비교예 1 및 비교예 2와 비교하여 낮은 값으로, 실시예 1은 각 비교예에 비하여 촉매 활성이 우수함을 알 수 있다.The Tafel slope value of Example 1 is a lower value compared to Comparative Examples 1 and 2, and it can be seen that Example 1 has excellent catalytic activity compared to each of Comparative Examples.

도 11c는 도 11a(염기성환경, pH 14)의 결과로부터 실시예 1 및 각 비교예들의 타펠 기울기(Tafel slope) 그래프(Tafel plot)를 나타낸 것이다. 타펠 기울기는 전극 활성도의 기준이 되며, 전류가 10배 증가하기 위한 필요한 전압을 나타낸다. 도 11c의 그래프에서 가로축은 전류 밀도(mA/cm2)의 로그(log) 스케일이며, 세로축은 전위(V(vs RHE))가 된다.11C shows a Tafel slope graph of Example 1 and each of the comparative examples from the results of FIG. 11A (basic environment, pH 14). The Tafel slope is the criterion of the electrode activity and represents the voltage required to increase the current 10 times. In the graph of FIG. 11C, the horizontal axis is the logarithmic scale of the current density (mA/cm 2 ), and the vertical axis is the potential (V(vs RHE)).

도 11c를 참조하면, 실시예 1의 타펠 기울기는 약 29mV/decade로 측정되었다. 비교예 1 및 비교예 2의 타펠 기울기는 약 32mV/decade, 37mV/decade로 각각 측정되었다.Referring to FIG. 11C, the Tafel slope of Example 1 was measured to be about 29mV/decade. Tapel slopes of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were measured as about 32mV/decade and 37mV/decade, respectively.

실시예 1의 타펠 기울기값은 비교예 1 및 비교예 2와 비교하여 낮은 값으로, 실시예 1은 각 비교예에 비하여 촉매 활성이 우수함을 알 수 있다.The Tafel slope value of Example 1 is a lower value compared to Comparative Examples 1 and 2, and it can be seen that Example 1 has excellent catalytic activity compared to each of Comparative Examples.

과전압과 교환 전류 밀도Overvoltage and exchange current density

도 10d는 도 10a(산성환경, pH 0~0.3)의 결과로부터 실시예 1 및 각 비교예들의 과전압(mV)과 교환 전류 밀도(mA/cm2)를 비교한 그래프이다. 도 10d의 그래프에서 가로축은 실시예 1 및 각 비교예이며, 왼쪽의 세로축은 과전압(mV, 계산 지점 : 10mA/cm2)이고, 오른쪽의 세로축은 교환 전류 밀도(mA/cm2)이다.10D is a graph comparing the overvoltage (mV) and the exchange current density (mA/cm 2 ) of Example 1 and each of the comparative examples from the results of FIG. 10A (acid environment, pH 0 to 0.3). In the graph of FIG. 10D, the horizontal axis represents Example 1 and each comparative example, the vertical axis on the left is the overvoltage (mV, calculation point: 10mA/cm 2 ), and the vertical axis on the right is the exchange current density (mA/cm 2 ).

도 10d의 왼쪽 세로축을 참조하면, 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 과전압은 각각 약 13.4 mV(vs RHE), 20.2 mV(vs RHE), 17.8 mV(vs RHE)이다. 상기 결과로부터 실시예 1의 과전압은 비교예 1 및 비교예 2와 비교하여 낮은 값으로, 실시예 1은 각 비교예에 비하여 수소발생반응시에 전력손실이 적음을 알 수 있다.Referring to the left vertical axis of FIG. 10D, the overvoltages of Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 are about 13.4 mV (vs RHE), 20.2 mV (vs RHE), and 17.8 mV (vs RHE), respectively. From the above results, it can be seen that the overvoltage of Example 1 is a lower value compared to Comparative Examples 1 and 2, and that Example 1 has less power loss during hydrogen generation reaction compared to each of Comparative Examples.

또한, 도 10d의 오른쪽 세로축을 참조하면, 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 교환 전류 밀도(mA/cm2)는 각각 약 1.15mA/cm2, 0.76mA/cm2 , 0.51mA/cm2이다. 상기 결과로부터 실시예 1의 교환 전류 밀도는 비교예 1 및 비교예 2와 비교하여 높은 값으로, 실시예 1은 각 비교예에 비하여 전자 교환이 많아 수소발생반응이 잘 일어남을 알 수 있다.In addition, referring to the right vertical axis of FIG. 10D, the exchange current density (mA/cm 2 ) of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 is about 1.15 mA/cm 2 , 0.76 mA/cm 2 , and 0.51 mA/ cm 2 From the above results, it can be seen that the exchange current density of Example 1 is higher than that of Comparative Examples 1 and 2, and Example 1 has more electron exchange than each of Comparative Examples, so that hydrogen generation reaction occurs well.

도 10d로부터 실시예 1의 촉매 활성이 비교예 1 및 비교예 2보다 우수함을 알 수 있다.It can be seen from FIG. 10D that the catalytic activity of Example 1 is superior to that of Comparative Examples 1 and 2.

도 11d는 도 11a(염기성환경, pH 14)의 결과로부터 실시예 1 및 각 비교예들의 과전압(mV)과 교환 전류 밀도(mA/cm2)를 비교한 그래프이다. 도 11d의 그래프에서 가로축은 실시예 1 및 각 비교예이며, 왼쪽의 세로축은 과전압(mV, 계산 지점 : 10mA/cm2)이고, 오른쪽의 세로축은 교환 전류 밀도(mA/cm2)이다.11D is a graph comparing the overvoltage (mV) and the exchange current density (mA/cm 2 ) of Example 1 and each of the comparative examples from the results of FIG. 11A (basic environment, pH 14). In the graph of FIG. 11D, the horizontal axis represents Example 1 and each comparative example, the vertical axis on the left is the overvoltage (mV, calculation point: 10mA/cm 2 ), and the vertical axis on the right is the exchange current density (mA/cm 2 ).

도 11d의 왼쪽 세로축을 참조하면, 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 과전압은 각각 약 12.9 mV(vs RHE), 28.3 mV(vs RHE), 22.5 mV(vs RHE)이다. 상기 결과로부터 실시예 1의 과전압은 비교예 1 및 비교예 2와 비교하여 낮은 값으로, 실시예 1은 각 비교예에 비하여 수소발생반응시에 전력손실이 적음을 알 수 있다.Referring to the left vertical axis of FIG. 11D, the overvoltages in Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2 are about 12.9 mV (vs RHE), 28.3 mV (vs RHE), and 22.5 mV (vs RHE), respectively. From the above results, it can be seen that the overvoltage of Example 1 is a lower value compared to Comparative Examples 1 and 2, and that Example 1 has less power loss during hydrogen generation reaction compared to each of Comparative Examples.

또한, 도 11d의 오른쪽 세로축을 참조하면, 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 교환 전류 밀도(mA/cm2)는 각각 약 1.40mA/cm2, 0.66mA/cm2 , 1.29mA/cm2이다. 상기 결과로부터 실시예 1의 교환 전류 밀도는 비교예 1 및 비교예 2와 비교하여 높은 값으로, 실시예 1은 각 비교예에 비하여 전자 교환이 많아 수소발생반응이 잘 일어남을 알 수 있다.In addition, referring to the right vertical axis of FIG. 11D, the exchange current density (mA/cm 2 ) of Example 1, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 is about 1.40 mA/cm 2 , 0.66 mA/cm 2 , and 1.29 mA/ cm 2 From the above results, it can be seen that the exchange current density of Example 1 is higher than that of Comparative Examples 1 and 2, and Example 1 has more electron exchange than each of Comparative Examples, so that hydrogen generation reaction occurs well.

도 11d로부터 실시예 1의 촉매 활성이 비교예 1 및 비교예 2보다 우수함을 알 수 있다.It can be seen from FIG. 11D that the catalytic activity of Example 1 is superior to that of Comparative Examples 1 and 2.

10,000번의 수소발생 테스트10,000 hydrogen generation tests

도 10e는 산성환경(pH 0~0.3)에서의 10,000번의 수소발생 테스트 후, 실시예 1 및 각 비교예의 수소환원반응에 대한 분극 곡선 그래프이다. (황산 수용액 0.5M, 스캔 속도 : 5mV/s) 도 10e에서 initial 곡선은 수소발생 테스트를 거치지 않은 촉매의 분극 곡선이며, 10,000 cycles 곡선은 10,000번의 수소발생 테스트를 거친 촉매의 분극 곡선이다. 도 10e에서 가로축은 전위(V (vs RHE))이며, 세로축은 전류 밀도(mA/cm2)가 된다.10E is a graph of polarization curves for hydrogen reduction reactions of Example 1 and Comparative Examples after 10,000 hydrogen generation tests in an acidic environment (pH 0 to 0.3). (Sulfuric acid aqueous solution 0.5M, scan rate: 5mV/s) In FIG. 10e, the initial curve is the polarization curve of the catalyst that has not been tested for hydrogen generation, and the 10,000 cycles curve is the polarization curve of the catalyst that has undergone 10,000 hydrogen generation tests. In FIG. 10E, the horizontal axis represents the potential (V (vs RHE)), and the vertical axis represents the current density (mA/cm 2 ).

실시예 1 및 각 비교예의 촉매 활성은 동일한 크기의 전류 밀도(mA/cm2)를 생산하기 위한 전위(V(vs RHE))의 값으로부터 비교할 수 있다. 즉, 그래프 상에서 수소발생 테스트 이후에 분극 곡선이 좌측으로 이동하여, 동일한 크기의 전류 밀도(mA/cm2)를 생산하기 위한 전위 (V(vs RHE))의 값이 커질수록, 촉매 활성이 더 떨어졌다고 볼 수 있다. 촉매 활성이 떨어지는 정도가 클수록 촉매 활성 안정성이 떨어진다고 해석할 수 있다.The catalytic activity of Example 1 and each of the comparative examples can be compared from the value of the potential (V(vs RHE)) to produce the same-sized current density (mA/cm 2 ). That is, after the hydrogen generation test on the graph, the polarization curve moves to the left, and the higher the value of the potential (V(vs RHE)) for producing the same size current density (mA/cm 2 ), the more catalytic activity becomes. It can be seen that it fell. It can be interpreted that the higher the degree of decrease in catalytic activity, the lower the catalytic activity stability.

도 10e에서 실시예 1의 initial 분극 곡선은 비교예 1 및 비교예 2의 initial 분극 곡선보다 우측에 위치하여, 산성환경에서 실시예 1이 각 비교예보다 촉매 활성이 우수함을 알 수 있다. 또한, 실시예 1의 10,000 cycles 분극 곡선은 수소발생 테스트를 거쳤음에도 비교예 1 및 비교예 2의 initial 분극 곡선과 거의 일치하여, 산성환경에서 실시예 1의 촉매 활성이 비교예 1 및 비교예 2보다 월등히 우수함을 알 수 있다. 도 10e로부터 실시예 1은 수소발생반응이 거듭 반복해서 일어나는 경우에도 산성환경에서의 촉매 활성이 비교예 1 및 비교예 2보다 우수함을 알 수 있다.In FIG. 10E, the initial polarization curve of Example 1 is located to the right of the initial polarization curves of Comparative Examples 1 and 2, and it can be seen that Example 1 has better catalytic activity than each Comparative Example in an acidic environment. In addition, the 10,000 cycles polarization curve of Example 1 almost coincides with the initial polarization curves of Comparative Examples 1 and 2 even though the hydrogen generation test was carried out, and the catalytic activity of Example 1 in an acidic environment was found in Comparative Examples 1 and 2 It can be seen that it is far superior. From FIG. 10E, it can be seen that Example 1 exhibits superior catalytic activity in an acidic environment than Comparative Examples 1 and 2 even when the hydrogen generation reaction occurs repeatedly.

또한, 도 10e에서 실시예 1의 initial 분극 곡선과 10,000 cycles 분극 곡선간의 간극이 비교예 2의 initial 분극 곡선과 10,000 cycles 분극 곡선간의 간극보다 훨씬 작으므로, 산성환경에서 실시예 1의 촉매 활성 안정성이 비교예 2보다 우수함을 알 수 있다.In addition, since the gap between the initial polarization curve of Example 1 and the 10,000 cycles polarization curve in FIG. 10E is much smaller than the gap between the initial polarization curve of Comparative Example 2 and the 10,000 cycles polarization curve, the catalytic activity stability of Example 1 in an acidic environment It can be seen that it is superior to Comparative Example 2.

도 10f는 도 10e의 수소발생 테스트 이후에 실시예 1의 구조가 안정하게 유지되어 있음을 확인하기 위한 이미지이다. 도 10f는 주사 투과 전자 현미경 이미지(Scanning transmission electron microscopy)에서의, 왼쪽부터 차례대로 각각 10,000번의 수소발생 테스트를 거친 실시예 1의 HAADF(high-angle annular dark field)이미지와 EDX(energy dispersive X-ray spectroscopy)이미지(C(탄소), Ir(이리듐), N(질소))이다 (스케일바 : 200nm).10F is an image for confirming that the structure of Example 1 is stably maintained after the hydrogen generation test of FIG. 10E. 10F is a high-angle annular dark field (HAADF) image and EDX (energy dispersive X-) of Example 1, each of which was subjected to a hydrogen generation test of 10,000 times sequentially from the left in a scanning transmission electron microscopy image. ray spectroscopy) images (C (carbon), Ir (iridium), N (nitrogen)) (scale bar: 200 nm).

도 10f를 참조하면, 산성환경에서 10,000번의 수소발생 테스트 이후에도 이리듐(Ir)이 담지체(CON)에 균일하게 담지되어 있음을 확인할 수 있어, 실시예 1의 촉매 복합체가 수소발생반응이 거듭 반복해서 일어나는 경우에도 촉매 활성이 안정적으로 유지됨을 알 수 있다. Referring to FIG. 10F, it can be seen that iridium (Ir) is uniformly supported on the carrier (CON) even after 10,000 hydrogen generation tests in an acidic environment, so that the catalyst complex of Example 1 is repeatedly subjected to hydrogen generation reaction. It can be seen that the catalytic activity is stably maintained even when it occurs.

도 11e는 염기성환경(pH 14)에서의 10,000번의 수소발생 테스트 후, 실시예 1 및 각 비교예의 수소환원반응에 대한 분극 곡선 그래프이다. (수산화칼륨 수용액 1.0M, 스캔 속도 : 5mV/s) 도 11e에서 initial 곡선은 수소발생 테스트를 거치지 않은 촉매의 분극 곡선이며, 10,000 cycles 곡선은 10,000번의 수소발생 테스트를 거친 촉매의 분극 곡선이다. 도 11e에서 가로축은 전위(V (vs RHE))이며, 세로축은 전류 밀도(mA/cm2)가 된다.11E is a graph of polarization curves for hydrogen reduction reactions of Example 1 and Comparative Examples after 10,000 hydrogen generation tests in a basic environment (pH 14). (Potassium hydroxide aqueous solution 1.0M, scan rate: 5mV/s) In FIG. In FIG. 11E, the horizontal axis represents the potential (V (vs RHE)), and the vertical axis represents the current density (mA/cm 2 ).

실시예 1 및 각 비교예의 촉매 활성은 동일한 크기의 전류 밀도(mA/cm2)를 생산하기 위한 전위(V(vs RHE))의 값으로부터 비교할 수 있다. 즉, 그래프 상에서 수소발생 테스트 이후에 분극 곡선이 좌측으로 이동하여, 동일한 크기의 전류 밀도(mA/cm2)를 생산하기 위한 전위 (V(vs RHE))의 값이 커질수록, 촉매 활성이 더 떨어졌다고 볼 수 있다. 촉매 활성이 떨어지는 정도가 클수록 촉매 활성 안정성이 떨어진다고 해석할 수 있다.The catalytic activity of Example 1 and each of the comparative examples can be compared from the value of the potential (V(vs RHE)) to produce the same-sized current density (mA/cm 2 ). In other words, after the hydrogen generation test on the graph, the polarization curve moves to the left, and the higher the value of the potential (V(vs RHE)) to produce the same size current density (mA/cm 2 ), the more catalytic activity becomes. It can be seen that it fell. It can be interpreted that the greater the degree to which the catalytic activity falls, the lower the catalytic activity stability is.

도 11e에서 실시예 1의 initial 분극 곡선은 비교예 1 및 비교예 2의 initial 분극 곡선보다 우측에 위치하여, 염기성환경에서 실시예 1이 각 비교예보다 촉매 활성이 우수함을 알 수 있다. 또한, 실시예 1의 10,000 cycles 분극 곡선은 수소발생 테스트를 거쳤음에도 비교예 1 및 비교예 2의 initial 분극 곡선보다 우측에 위치하여, 염기성환경에서 실시예 1의 촉매 활성이 비교예 1 및 비교예 2보다 월등히 우수함을 알 수 있다. 도 11e로부터 실시예 1은 수소발생반응이 거듭 반복해서 일어나는 경우에도 염기성환경에서의 촉매 활성이 비교예 1 및 비교예 2보다 우수함을 알 수 있다.In FIG. 11E, the initial polarization curve of Example 1 is located to the right of the initial polarization curves of Comparative Examples 1 and 2, and it can be seen that Example 1 has better catalytic activity than each Comparative Example in a basic environment. In addition, the 10,000 cycles polarization curve of Example 1 was located to the right of the initial polarization curves of Comparative Examples 1 and 2 even though the hydrogen generation test was performed, so that the catalytic activity of Example 1 in a basic environment was found in Comparative Examples 1 and Comparative Examples. It can be seen that it is far superior to 2. From FIG. 11E, it can be seen that Example 1 exhibits superior catalytic activity in a basic environment than Comparative Examples 1 and 2 even when the hydrogen generation reaction occurs repeatedly.

또한, 도 11e에서 실시예 1의 initial 분극 곡선과 10,000 cycles 분극 곡선간의 간극이 비교예 1 및 비교예 2의 initial 분극 곡선과 10,000 cycles 분극 곡선간의 간극보다 훨씬 작으므로, 염기성환경에서 실시예 1의 촉매 활성 안정성이 비교예 1 및 비교예 2보다 우수함을 알 수 있다.In addition, since the gap between the initial polarization curve of Example 1 and the 10,000 cycles polarization curve of Example 1 in FIG. 11E is much smaller than the gap between the initial polarization curve of Comparative Examples 1 and 2 and the 10,000 cycles polarization curve, It can be seen that the catalytic activity stability is better than that of Comparative Example 1 and Comparative Example 2.

도 11f는 도 11e의 수소발생 테스트 이후에 실시예 1의 구조가 안정하게 유지되어 있음을 확인하기 위한 이미지이다. 도 11f는 주사 투과 전자 현미경 이미지(Scanning transmission electron microscopy)에서의, 왼쪽부터 차례대로 각각 10,000번의 수소발생 테스트를 거친 실시예 1의 HAADF(high-angle annular dark field)이미지와 EDX(energy dispersive X-ray spectroscopy)이미지(C(탄소), Ir(이리듐), N(질소))이다 (스케일바 : 200nm).11F is an image for confirming that the structure of Example 1 is stably maintained after the hydrogen generation test of FIG. 11E. 11F is a high-angle annular dark field (HAADF) image and EDX (energy dispersive X-) of Example 1, each subjected to a hydrogen generation test of 10,000 times sequentially from the left in a scanning transmission electron microscopy image. ray spectroscopy) images (C (carbon), Ir (iridium), N (nitrogen)) (scale bar: 200 nm).

도 11f를 참조하면, 염기성환경에서 10,000번의 수소발생 테스트 이후에도 이리듐(Ir)이 담지체(CON)에 균일하게 담지되어 있음을 확인할 수 있어, 실시예 1의 촉매 복합체가 수소발생반응이 거듭 반복해서 일어나는 경우에도 안정적으로 유지됨을 알 수 있다. Referring to FIG. 11F, it can be seen that iridium (Ir) is uniformly supported on the carrier (CON) even after 10,000 hydrogen generation tests in a basic environment, so that the catalyst complex of Example 1 is repeatedly subjected to a hydrogen generation reaction. It can be seen that it remains stable even when it occurs.

공지된 촉매들과의 촉매 성능 비교Comparison of catalyst performance with known catalysts

도 10g는 산성환경(pH 0~0.3)에서, 실시예 1과 비교예 1,2 및 공지된 촉매들의 과전압을 비교하기 위한 표이다 (황산 수용액 0.5M). 10g is a table for comparing overvoltages of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, and known catalysts in an acidic environment (pH 0 to 0.3) (aqueous sulfuric acid solution of 0.5M).

도 10g를 참조하면, 실시예 1이 표에 기재된 촉매들 중 가장 낮은 과전압을 가져, 수소발생반응시에 전력손실이 가장 적음을 알 수 있다. Referring to FIG. 10G, it can be seen that Example 1 has the lowest overvoltage among the catalysts listed in the table, and thus the power loss is the least during hydrogen generation reaction.

도 10h는 산성환경(pH 0~0.3)에서, 실시예 1과 비교예 1,2 및 공지된 수소발생반응 촉매들의 과전압 및 TOF(Turnover Frequency)를 비교하기 위한 표이다 (황산 수용액 0.5M). 도 10h의 세로축은 초당 활성 사이트에서의 수소분자 생산량인 TOF (H2/s)를 나타내고, 가로축은 과전압(V)을 나타낸다. 과전압(V)이 낮을수록 수소발생반응에 대한 소비전력이 적음을 의미하고, TOF 값이 클수록 수소발생반응에 대한 촉매 활성이 우수한 것을 의미한다.10H is a table for comparing the overvoltage and Turnover Frequency (TOF) of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, and known hydrogen generation reaction catalysts in an acidic environment (pH 0 to 0.3) (sulfuric acid aqueous solution 0.5M). The vertical axis of FIG. 10H represents TOF (H 2 /s), which is the production amount of hydrogen molecules at the active site per second, and the horizontal axis represents the overvoltage (V). The lower the overvoltage (V), the less power consumption for the hydrogen generation reaction is, and the higher the TOF value, the better the catalytic activity for the hydrogen generation reaction.

과전압이 25mV에서, 실시예 1과 비교예 1,2의 TOF의 값은 각각 약 0.66H2/s, 0.91H2/s, 0.67H2/s로서 크게 차이가 나지 않아, 실시예 1의 촉매 활성이 비교예 1 및 비교예 2와 비슷함을 알 수 있다. 또한, 도 10h 상에서 실시예 1은 공지된 수소발생반응 촉매들에 비하여 우측에 위치하여, 과전압이 작으므로 소비전력이 적음을 알 수 있다.The voltage at 25mV, in Example 1, a value of the TOF of Comparative Examples 1 and 2 is about 0.66H 2 / s, 0.91H 2 / s, 0.67H do not differ significantly as 2 / s, respectively, the catalyst of Example 1 It can be seen that the activity is similar to that of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. In addition, it can be seen from FIG. 10H that Example 1 is located on the right side compared to the known hydrogen generation reaction catalysts, and thus the overvoltage is small, so that the power consumption is small.

이상의 도 10g 및 도 10h로부터, 실시예 1은 과전압이 작으면서도, TOF 값이 크므로 비교예 1,2 및 공지된 수소발생반응 촉매들에 비하여 촉매 성능이 우수함을 알 수 있다.From FIGS. 10G and 10H above, it can be seen that the catalytic performance of Example 1 is superior to that of Comparative Examples 1 and 2 and known hydrogen generation reaction catalysts because the overvoltage is small and the TOF value is large.

도 11g는 염기성환경(pH 14)에서, 실시예 1과 비교예 1,2 및 공지된 촉매들의 과전압을 비교하기 위한 표이다 (수산화칼륨 수용액 1.0M). 11G is a table for comparing overvoltages of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 and known catalysts in a basic environment (pH 14) (aqueous potassium hydroxide solution of 1.0M).

도 11g를 참조하면, 실시예 1이 표에 기재된 촉매들 중 가장 낮은 과전압을 가져, 수소발생반응시에 전력손실이 가장 적음을 알 수 있다. Referring to FIG. 11G, it can be seen that Example 1 has the lowest overvoltage among the catalysts listed in the table, and thus the power loss during hydrogen generation reaction is the least.

도 11h는 염기성환경(pH 14)에서, 실시예 1과 각 비교예 1,2 및 공지된 수소발생반응 촉매들의 과전압 및 TOF(Turnover Frequency)를 비교하기 위한 표이다 (수산화칼륨 수용액 1.0M). 도 11h의 세로축은 초당 활성 사이트에서의 수소분자 생산량인 TOF (H2/s)를 나타내고, 가로축은 과전압(V)을 나타낸다. 과전압(V)이 낮을수록 수소발생반응에 대한 소비전력이 적음을 의미하고, TOF 값이 클수록 수소발생반응에 대한 촉매 활성이 우수한 것을 의미한다.11H is a table for comparing the overvoltage and turnover frequency (TOF) of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, and known hydrogen generation reaction catalysts in a basic environment (pH 14) (aqueous potassium hydroxide solution of 1.0M). The vertical axis of FIG. 11H represents TOF (H 2 /s), which is the production amount of hydrogen molecules at the active site per second, and the horizontal axis represents the overvoltage (V). The lower the overvoltage (V), the less power consumption for the hydrogen generation reaction is, and the higher the TOF value, the better the catalytic activity for the hydrogen generation reaction.

과전압이 25mV에서, 실시예 1과 비교예 1,2의 TOF의 값은 각각 약 0.20H2/s, 0.24H2/s, 0.25H2/s로서 크게 차이가 나지 않아, 실시예 1의 촉매 활성이 비교예 1 및 비교예 2와 비슷함을 알 수 있다. 또한, 도 11h 상에서 실시예 1은 공지된 수소발생반응 촉매들에 비하여 과전압이 작고, TOF값이 크므로, 실시예 1의 촉매 활성이 우수함을 알 수 있다.The voltage at 25mV, in Example 1, a value of the TOF of Comparative Examples 1 and 2 is about 0.20H 2 / s, 0.24H 2 / s, 0.25H do not differ significantly as 2 / s, respectively, the catalyst of Example 1 It can be seen that the activity is similar to that of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. In addition, it can be seen from FIG. 11H that Example 1 has a lower overvoltage and a higher TOF value than that of known hydrogen generation reaction catalysts, so that the catalytic activity of Example 1 is excellent.

이상의 도 11g 및 도 11h로부터, 실시예 1은 과전압이 작으면서도, TOF 값이 크므로 비교예 1,2 및 공지된 수소발생반응 촉매들에 비하여 촉매 성능이 우수함을 알 수 있다.From FIGS. 11G and 11H above, it can be seen that Example 1 has a low overvoltage and a large TOF value, so that the catalyst performance is superior to that of Comparative Examples 1 and 2 and known hydrogen generation reaction catalysts.

<실시예 1 및 각 비교예의 평가><Evaluation of Example 1 and each comparative example>

촉매 활성Catalyst activity

도 9를 참조하면, 본 발명 실시예 1에 담지되는 이리듐(Ir)은 담지체(CON)에 균일하게 담지되어 있음을 알 수 있고, 이로 인해 본 발명의 촉매 복합체는 우수한 촉매 활성을 가진다.Referring to FIG. 9, it can be seen that the iridium (Ir) supported in Example 1 of the present invention is uniformly supported on the carrier (CON), and thus the catalyst composite of the present invention has excellent catalytic activity.

도 10a 내지 도 10d를 참조하면, 산성환경(pH 0~0.3)에서의 실시예 1의 촉매 활성이 각 비교예보다 우수하다 (황산 수용액 0.5M). 이로부터 본 발명의 촉매 복합체는 산성환경에서 우수한 촉매 활성을 가짐을 알 수 있다.10A to 10D, the catalytic activity of Example 1 in an acidic environment (pH 0 to 0.3) is better than that of each comparative example (0.5M sulfuric acid aqueous solution). From this, it can be seen that the catalyst composite of the present invention has excellent catalytic activity in an acidic environment.

도 11a 내지 도 11d를 참조하면, 염기성환경(pH 14)에서의 실시예 1의 촉매 활성이 비교예보다 우수하다 (수산화칼륨 수용액 1.0M). 이로부터 본 발명의 촉매 복합체는 염기성환경에서 우수한 촉매 활성을 가짐을 알 수 있다.11A to 11D, the catalytic activity of Example 1 in a basic environment (pH 14) is better than that of the comparative example (aqueous potassium hydroxide solution of 1.0 M). From this, it can be seen that the catalyst complex of the present invention has excellent catalytic activity in a basic environment.

산성환경인 도 10a 내지 도 10d와 염기성환경인 도 11a 내지 도 11d의 결과를 비교하면, 실시예 1의 촉매 활성이 산성환경, 염기성환경 모두에서 비교예 1,2보다 우수하다. 이로부터 본 발명의 촉매 복합체의 촉매 활성은 광범위한 pH범위에서 우수함을 알 수 있다.When comparing the results of FIGS. 10A to 10D in an acidic environment and FIGS. 11A to 11D in a basic environment, the catalytic activity of Example 1 is superior to Comparative Examples 1 and 2 in both acidic and basic environments. From this, it can be seen that the catalytic activity of the catalyst composite of the present invention is excellent in a wide range of pH.

또한, 도 10g를 참조하면, 산성환경(pH 0~0.3)에서의 실시예 1의 과전압이 낮으면서도 TOF값은 크므로 비교예 1,2 및 공지된 수소발생반응 촉매들에 비하여 촉매 성능이 우수함을 알 수 있다 (황산 수용액 0.5M).In addition, referring to FIG. 10G, since the overvoltage of Example 1 in the acidic environment (pH 0 to 0.3) is low and the TOF value is large, the catalyst performance is superior compared to Comparative Examples 1 and 2 and known hydrogen generation reaction catalysts. Can be seen (0.5M sulfuric acid aqueous solution).

도 11g를 참조하면, 염기성환경(pH 14)에서의 실시예 1의 과전압이 낮으면서도 TOF값은 크므로 비교예 1,2 및 공지된 수소발생반응 촉매들에 비하여 촉매 성능이 우수함을 알 수 있다 (수산화칼륨 수용액 1.0M).Referring to FIG. 11G, it can be seen that the catalytic performance of Example 1 in a basic environment (pH 14) is low and the TOF value is large, so that the catalyst performance is superior to that of Comparative Examples 1 and 2 and known hydrogen generation reaction catalysts. (1.0M potassium hydroxide aqueous solution).

도 10g 및 도 11g를 참조하면, 산성환경, 염기성환경 모두에서 실시예 1은 과전압이 낮으면서도 TOF값은 크므로 비교예 1,2 및 공지된 수소발생반응 촉매들에 비하여 촉매 성능이 광범위한 pH범위에서 우수함을 알 수 있다.Referring to FIGS. 10G and 11G, in both acidic and basic environments, since Example 1 has a low overvoltage and a large TOF value, the catalyst performance is in a broader pH range compared to Comparative Examples 1 and 2 and known hydrogen generation reaction catalysts. You can see excellence in

촉매 활성 안정성Catalyst activity stability

도 10e는 산성환경(pH 0~0.3)에서, 10,000번의 수소발생 테스트 이후의 실시예 1 및 각 비교예들의 수소환원반응에 대한 분극 곡선 그래프이다 (황산 수용액 0.5M). 도 10f는 도 10e의 수소발생 테스트 이후에 실시예 1의 구조가 안정하게 유지되어 있음을 확인하기 위한 이미지이다. 왼쪽부터 차례대로 각각 10,000번의 수소발생 테스트를 거친 실시예 1의 HAADF이미지와 EDX이미지(C,Ir,N)이다.10E is a polarization curve graph for the hydrogen reduction reaction of Example 1 and Comparative Examples after 10,000 hydrogen generation tests in an acidic environment (pH 0 to 0.3) (sulfuric acid aqueous solution 0.5M). 10F is an image for confirming that the structure of Example 1 is stably maintained after the hydrogen generation test of FIG. 10E. It is the HAADF image and the EDX image (C,Ir,N) of Example 1, each of which was tested 10,000 times in order from the left.

도 10e를 참조하면, 실시예 1의 initial 분극 곡선과 10,000 cycles 분극 곡선 간의 간극이 각 비교예보다 작으므로, 촉매 활성 안정성이 우수함을 알 수 있다.Referring to FIG. 10E, since the gap between the initial polarization curve of Example 1 and the 10,000 cycles polarization curve is smaller than that of each comparative example, it can be seen that the catalytic activity stability is excellent.

도 10f를 참조하면, 10,000번의 수소발생 테스트 이후에도 이리듐(Ir)이 담지체(CON)에 균일하게 담지되어 있는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 10F, it can be seen that iridium (Ir) is uniformly supported on the carrier CON even after 10,000 hydrogen generation tests.

도 10e 및 도 10f를 참조하면, 실시예 1은 수소발생반응이 거듭 반복해서 일어나는 경우에도 촉매 활성이 안정적으로 잘 유지된다. 이로부터 본 발명의 촉매 복합체는 촉매 활성 안정성이 우수함을 알 수 있다.Referring to FIGS. 10E and 10F, in Example 1, the catalytic activity is stably maintained well even when the hydrogen generation reaction occurs repeatedly. From this, it can be seen that the catalyst composite of the present invention has excellent catalytic activity stability.

도 11e는 염기성환경(pH 14)에서, 10,000번의 수소발생 테스트 이후의 실시예 1 및 각 비교예들의 수소환원반응에 대한 분극 곡선 그래프이다 (수산화칼륨 수용액 1.0M). 도 11f는 도 11e의 수소발생 테스트 이후에 실시예 1의 구조가 안정하게 유지되어 있음을 확인하기 위한 이미지이다. 왼쪽부터 차례대로 각각 10,000번의 수소발생 테스트를 거친 실시예 1의 HAADF이미지와 EDX이미지(C,Ir,N)이다.11E is a polarization curve graph for the hydrogen reduction reaction of Example 1 and Comparative Examples after 10,000 hydrogen generation tests in a basic environment (pH 14) (aqueous potassium hydroxide solution of 1.0M). 11F is an image for confirming that the structure of Example 1 is stably maintained after the hydrogen generation test of FIG. 11E. It is the HAADF image and the EDX image (C,Ir,N) of Example 1, each of which was tested 10,000 times in order from the left.

도 11e를 참조하면, 실시예 1의 initial 분극 곡선과 10,000 cycles 분극 곡선 간의 간극이 각 비교예보다 작으므로, 촉매 활성 안정성이 우수함을 알 수 있다.Referring to FIG. 11E, since the gap between the initial polarization curve of Example 1 and the 10,000 cycles polarization curve is smaller than that of each comparative example, it can be seen that the catalytic activity stability is excellent.

도 11f를 참조하면, 10,000번의 수소발생 테스트 이후에도 이리듐(Ir)이 담지체(CON)에 균일하게 담지되어 있는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 11F, it can be confirmed that iridium (Ir) is uniformly supported on the carrier CON even after 10,000 hydrogen generation tests.

도 11e 및 도 11f를 참조하면, 실시예 1은 수소발생반응이 거듭 반복해서 일어나는 경우에도 촉매 활성이 안정적으로 잘 유지된다. 이로부터 본 발명의 촉매 복합체는 촉매 활성 안정성이 우수함을 알 수 있다.Referring to FIGS. 11E and 11F, in Example 1, the catalytic activity is stably maintained well even when the hydrogen generation reaction occurs repeatedly. From this, it can be seen that the catalyst composite of the present invention has excellent catalytic activity stability.

또한, 수소발생촉매는 광범위한 pH범위에서도 촉매 활성을 유지하는 것이 중요하다. 산성환경인 도 10a 내지 도 10f와 염기성환경인 도 11a 내지 도 11f의 결과를 비교하면, 실시예 1의 촉매 활성 및 촉매 활성 안정성이 산성환경, 염기성환경 모두에서 비교예 1,2보다 우수하다. 이로부터 본 발명의 촉매 복합체의 촉매 활성 안정성은 광범위한 pH범위에서 우수함을 알 수 있다.In addition, it is important that the hydrogen generating catalyst maintains catalytic activity even in a wide pH range. When comparing the results of FIGS. 10A to 10F in an acidic environment and FIGS. 11A to 11F in a basic environment, the catalytic activity and stability of the catalytic activity of Example 1 are superior to those of Comparative Examples 1 and 2 in both acidic and basic environments. From this, it can be seen that the catalytic activity stability of the catalyst composite of the present invention is excellent in a wide pH range.

Claims (16)

하기 일반식 (1)로 표시되는 1 내지 99몰%의 단량체 a 및 하기 일반식 (3)으로 표시되는 1 내지 99몰%의 단량체 b를 포함하는 담지체; 및 금속 원자를 포함하는 수소생성용 촉매 복합체:
[일반식 (1)]
Figure 112020021633326-pat00023


[일반식 (3)]
Figure 112020021633326-pat00025


상기 일반식 (1) 및 (3)에서, Ra1 내지 Ra6과 Rb1 내지 Rb6은 각각 탄소(C)이고,
상기 일반식 (1)에서, X1 내지 X6은 각각 독립적으로 산소 또는 아민기로 선택되고,
상기 일반식 (3)에서, Y1 내지 Y6은 X1 내지 X6와 이민결합을 형성하는 것을 전제로 각각 종속적으로 산소 또는 아민기로 선택된다(XA, YA가 산소일 때, RaA-XA, RbA-YA는 카르보닐기이고, A는 1 내지 6 이하의 자연수).
A carrier comprising 1 to 99 mol% of monomer a represented by the following general formula (1) and 1 to 99 mol% of monomer b represented by the following general formula (3); And a catalyst complex for hydrogen generation comprising a metal atom:
[General Formula (1)]
Figure 112020021633326-pat00023


[General Formula (3)]
Figure 112020021633326-pat00025


In the general formulas (1) and (3), Ra 1 to Ra 6 and Rb 1 to Rb 6 are each carbon (C),
In the general formula (1), X 1 to X 6 are each independently selected from an oxygen or amine group,
In the general formula (3), Y 1 to Y 6 are each independently selected as an oxygen or amine group on the premise of forming an imine bond with X 1 to X 6 (when X A and Y A are oxygen, R aA -X A , R bA -Y A is a carbonyl group, and A is a natural number of 1 to 6 or less).
제1항에 있어서,
상기 일반식 (1)에서, X1 내지 X6은 모두 산소 또는 아민기로 선택되고,
상기 일반식 (3)에서, Y1 내지 Y6은 상기 X1 내지 X6와 이민결합을 형성하는 것을 전제로 모두 종속적으로 산소 또는 아민기로 선택되는 것을 특징으로 하는 수소생성용 촉매 복합체.
The method of claim 1,
In the general formula (1), X 1 to X 6 are all selected from oxygen or amine groups,
In the general formula (3), Y 1 to Y 6 are all dependently selected from oxygen or amine groups on the premise of forming an imine bond with X 1 to X 6 .
제1항에 있어서,
상기 담지체는 상기 단량체 a 및 상기 단량체 b가 반복 반응하여 형성된 케이지형 공극을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소생성용 촉매 복합체.
The method of claim 1,
The support is a catalyst composite for hydrogen generation, characterized in that it comprises a cage-like void formed by repeatedly reacting the monomer a and the monomer b.
제1항에 있어서,
상기 금속 원자는 이리듐(Ir), 세륨(Ce), 철(Fe), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 코말트(Co), 니켈(Ni), 금(Au), 은(Ag), 망간(Mn), 아연(Zn), 구리(Cu) 및 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 수소생성용 촉매 복합체.
The method of claim 1,
The metal atoms are iridium (Ir), cerium (Ce), iron (Fe), rhodium (Rh), palladium (Pd), comalt (Co), nickel (Ni), gold (Au), silver (Ag), Manganese (Mn), zinc (Zn), copper (Cu) and molybdenum (Mo) at least one selected from the group consisting of a catalyst composite for hydrogen generation.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
pH 농도 0이상 14이하에서, 촉매 활성이 유지되는 것을 특징으로 하는 수소생성용 촉매 복합체.
The method according to any one of claims 1 to 4,
A catalyst composite for hydrogen generation, characterized in that the catalytic activity is maintained at a pH concentration of 0 or more and 14 or less.
a) 금속 전구체, 하기 일반식 (1)로 표시되는 1 내지 99몰%의 단량체 a 및 하기 일반식 (3)으로 표시되는 1 내지 99몰%의 단량체 b를 유기 용매에 용해시키는 단계;
b) 상기 a)단계 용액에 환원제를 첨가하여 침전물을 수득하는 단계;를 포함하는 수소생성용 촉매 복합체의 제조방법:
[일반식 (1)]
Figure 112020021633326-pat00028


[일반식 (3)]
Figure 112020021633326-pat00030


상기 일반식 (1) 및 (3)에서, Ra1 내지 Ra6과 Rb1 내지 Rb6은 각각 탄소(C)이고,
상기 일반식 (1)에서, X1 내지 X6은 각각 독립적으로 산소 또는 아민기로 선택되고,
상기 일반식 (3)에서, Y1 내지 Y6은 X1 내지 X6와 이민결합을 형성하는 것을 전제로 각각 종속적으로 산소 또는 아민기로 선택된다(XA, YA가 산소일 때, RaA-XA, RbA-YA는 카르보닐기이고, A는 1 내지 6 이하의 자연수).
a) dissolving a metal precursor, 1 to 99 mol% of monomer a represented by the following general formula (1) and 1 to 99 mol% of a monomer b represented by the following general formula (3) in an organic solvent;
b) adding a reducing agent to the solution in step a) to obtain a precipitate; method for producing a catalyst composite for generating hydrogen comprising:
[General Formula (1)]
Figure 112020021633326-pat00028


[General Formula (3)]
Figure 112020021633326-pat00030


In the general formulas (1) and (3), Ra 1 to Ra 6 and Rb 1 to Rb 6 are each carbon (C),
In the general formula (1), X 1 to X 6 are each independently selected from an oxygen or amine group,
In the general formula (3), Y 1 to Y 6 are each independently selected as an oxygen or amine group on the premise of forming an imine bond with X 1 to X 6 (when X A and Y A are oxygen, R aA -X A , R bA -Y A is a carbonyl group, and A is a natural number of 1 to 6 or less).
제6항에 있어서,
상기 a)단계의 상기 금속 전구체는 이리듐(Ir), 세륨(Ce), 철(Fe), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 코말트(Co), 니켈(Ni), 금(Au), 은(Ag), 망간(Mn), 아연(Zn), 구리(Cu) 및 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소생성용 촉매 복합체의 제조방법.
The method of claim 6,
The metal precursor in step a) is iridium (Ir), cerium (Ce), iron (Fe), rhodium (Rh), palladium (Pd), comalt (Co), nickel (Ni), gold (Au), Silver (Ag), manganese (Mn), zinc (Zn), copper (Cu) and molybdenum (Mo), characterized in that it comprises at least one metal selected from the group consisting of a method for producing a catalyst composite for hydrogen generation.
제6항에 있어서,
상기 a)단계의 상기 단량체 a 및 상기 단량체 b는 1:2~2:1의 몰비로 용해되는 것을 특징으로 하는 수소생성용 촉매 복합체의 제조방법.
The method of claim 6,
The monomer a and the monomer b in step a) are dissolved in a molar ratio of 1:2 to 2:1.
제6항에 있어서,
상기 a)단계의 유기 용매는 N,N-다이메틸포름아마이드(N,N-dimethylforamide, DEF), N,N-다이메틸아세트아마이드(N,N-dimethylacetamide, DMAC), 다이메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide, DMSO), 헥사메틸포스포르아마이드(hexamethylphosphoramide, HMPA), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone, NMP)으로 이루어진 군에서 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 수소생성용 촉매 복합체의 제조방법.
The method of claim 6,
The organic solvent in step a) is N,N-dimethylformamide (N,N-dimethylforamide, DEF), N,N-dimethylacetamide (N,N-dimethylacetamide, DMAC), dimethylsulfoxide. , DMSO), hexamethylphosphoramide (HMPA), and N-methylpyrrolidone (NMP). A method for producing a catalyst complex for hydrogen generation, comprising at least one from the group consisting of.
제6항에 있어서,
상기 b)단계의 환원제는 수소화붕소리튬(LiBH4), 수소화알루미늄리튬(LiAlH4), 수소화붕소나트륨(NaBH4) 또는 하이드라진(hydrazine)으로 이루어진 군에서 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 수소생성용 촉매 복합체의 제조방법.
The method of claim 6,
The reducing agent of step b) for generating hydrogen, characterized in that it contains at least one from the group consisting of lithium borohydride (LiBH 4 ), lithium aluminum hydride (LiAlH 4 ), sodium borohydride (NaBH 4 ) or hydrazine Method for producing a catalyst composite.
제6항에 있어서,
상기 b)단계에서 상기 침전물은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 멤브레인을 이용하여 여과함으로써 수득되는 것을 특징으로 하는 수소생성용 촉매 복합체의 제조방법.
The method of claim 6,
In step b), the precipitate is obtained by filtration using a polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane.
제6항에 있어서,
상기 b)단계에서 환류가 이루어지는 것을 특징으로 하는 수소생성용 촉매 복합체의 제조방법.
The method of claim 6,
A method for producing a catalyst composite for hydrogen generation, characterized in that reflux is performed in step b).
제6항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 a)단계와 b)단계 사이에 150~200℃에서 환류가 이루어지는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소생성용 촉매 복합체의 제조방법.
The method according to any one of claims 6 to 12,
A method of producing a catalyst composite for hydrogen generation, further comprising a step of refluxing at 150 to 200°C between steps a) and b).
제13항에 있어서,
상기 b)단계 이후 비활성기체 분위기 하에서 700~900℃에서 1~3시간 동안 열처리하는 단계;를 더 포함하는 수소생성용 촉매 복합체의 제조방법.
The method of claim 13,
After step b), heat-treating at 700 to 900° C. for 1 to 3 hours in an inert gas atmosphere.
제1항에 있어서,
상기 단량체 a는 하기 화학식 (1)로 표시되는 트립티센 헥사아민 헥사하이드로클로라이드(triptycene hexaamine hexahydrochloride, THA)이고,
상기 단량체 b는 하기 화학식 (2)로 표시되는 헥사케토사이클로헥세인 옥타하이드레이트(hexaketocyclohexane octahydrate, HKH)인 것을 특징으로 하는 수소생성용 촉매 복합체.
[화학식 (1)]
Figure 112020021633326-pat00068


[화학식 (2)]
Figure 112020021633326-pat00069

The method of claim 1,
The monomer a is triptycene hexaamine hexahydrochloride (THA) represented by the following formula (1),
The monomer b is a catalyst complex for hydrogen generation, characterized in that hexaketocyclohexane octahydrate (HKH) represented by the following formula (2).
[Formula (1)]
Figure 112020021633326-pat00068


[Formula (2)]
Figure 112020021633326-pat00069

제6항에 있어서,
상기 단량체 a는 하기 화학식 (1)로 표시되는 트립티센 헥사아민 헥사하이드로클로라이드(triptycene hexaamine hexahydrochloride, THA)이고,
상기 단량체 b는 하기 화학식 (2)로 표시되는 헥사케토사이클로헥세인 옥타하이드레이트(hexaketocyclohexane octahydrate, HKH)인 것을 특징으로 하는 수소생성용 촉매 복합체의 제조방법.
[화학식 (1)]
Figure 112020021633326-pat00070


[화학식 (2)]
Figure 112020021633326-pat00071

The method of claim 6,
The monomer a is triptycene hexaamine hexahydrochloride (THA) represented by the following formula (1),
The monomer b is hexaketocyclohexane octahydrate (HKH) represented by the following formula (2).
[Formula (1)]
Figure 112020021633326-pat00070


[Formula (2)]
Figure 112020021633326-pat00071

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