KR102393974B1 - 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법 및 그 백금 나노촉매와, 그 연료전지 - Google Patents

화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법 및 그 백금 나노촉매와, 그 연료전지 Download PDF

Info

Publication number
KR102393974B1
KR102393974B1 KR1020200148474A KR20200148474A KR102393974B1 KR 102393974 B1 KR102393974 B1 KR 102393974B1 KR 1020200148474 A KR1020200148474 A KR 1020200148474A KR 20200148474 A KR20200148474 A KR 20200148474A KR 102393974 B1 KR102393974 B1 KR 102393974B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
platinum
transition metal
vapor deposition
chemical vapor
carbon black
Prior art date
Application number
KR1020200148474A
Other languages
English (en)
Inventor
노광철
장수진
이석희
Original Assignee
한국세라믹기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국세라믹기술원 filed Critical 한국세라믹기술원
Priority to KR1020200148474A priority Critical patent/KR102393974B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102393974B1 publication Critical patent/KR102393974B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0215—Coating
    • B01J37/0217—Pretreatment of the substrate before coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/42—Platinum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/06—Washing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08—Heat treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/34—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
    • B01J37/341—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation
    • B01J37/343—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation of ultrasonic wave energy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C16/0209—Pretreatment of the material to be coated by heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8842—Coating using a catalyst salt precursor in solution followed by evaporation and reduction of the precursor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
    • H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

연료전지 전극의 성능을 향상시키기 위하여 탄소 종이의 표면에 일정한 굵기의 카본 블랙이 고밀도 및 고분산으로 제조하도록 탄소 종이의 표면에 직접적으로 카본 블랙을 코팅하고, 화학기상증착법을 이용하여 나노 규모의 전이금속과 백금 입자를 동시에 고분산 상태로 코팅하면서 담지시켜 전기화학적 촉매 활성도가 향상시킬 수 있는 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법 및 그 백금 나노촉매와, 그 연료전지에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법은 (a) 카본 블랙 및 탄소 종이의 표면을 전처리한 후, 상기 탄소 종이의 표면에 카본블랙을 코팅하는 단계; (b) 백금 전구체와 전이금속 전구체를 증류수에 혼합시킨 전구체 혼합 용액을 교반하여 침전물을 생성한 후, 상기 침전물을 교반 및 건조하여 백금-전이금속 전구체를 수득하는 단계; 및 (c) 상기 탄소 종이의 표면에 코팅된 카본 블랙에 화학기상증착법으로 백금-전이금속 전구체를 기화시켜 흘려주어 전이금속을 코팅하면서, 백금 입자를 담지시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법 및 그 백금 나노촉매와, 그 연료전지{MANUFACTURING METHOD OF PLATINUM NANO-CATALYST SUPPORTING TRANSITION METAL AND PLATINUM USING CHEMICAL VAPOR DEPOSITION METHOD, AND THE PLATINUM NANO-CATALYST AND THE FUEL CELL THEREOF}
본 발명은 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법 및 그 백금 나노촉매와, 그 연료전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지 전극의 성능을 향상시키기 위하여 탄소 종이의 표면에 일정한 굵기의 카본 블랙이 고밀도 및 고분산으로 제조하도록 탄소 종이의 표면에 직접적으로 카본 블랙을 코팅하고, 화학기상증착법을 이용하여 나노 규모의 전이금속과 백금 입자를 동시에 고분산 상태로 코팅하면서 담지시켜 전기화학적 촉매 활성도가 향상시킬 수 있는 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법 및 그 백금 나노촉매와, 그 연료전지에 관한 것이다.
에너지 기술개발의 발전과 더불어 새로운 형태의 친환경적이고 에너지 효율이 높은 에너지 전달매체에 대한 연구가 활발히 지속되었는바, 그 중 최근 각광받는 것이 바로 연료전지(Fuel Cell)이다.
연료전지는 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 장치로써, 그 작동온도와 주 연료의 형태에 따라 여러 종류로 나뉘어진다. 저온에서 작동되는 고분자 전해질 연료전지와 직접 메탄올 연료전지는 전극촉매의 활성에 따라 그 성능이 좌우된다.
또한, 연료전지는 고효율 친환경에너지이고, 휴대폰과 노트북용 휴대용 전지부터 보일러 대체상품인 가정용과 산업용 및 발전용 등 산업 전반에 걸쳐 무한한 잠재시장을 확보하고 있다. 따라서, 이러한 각광받는 특성 때문에, 세계 각국은 연료전지 시장을 선점하기 위해 치열한 기술경쟁을 벌이고 있다.
통상적으로, 고분자전해질 연료전지는 집전체/연료전극/고분자전해질막/공기전극/집전체의 5층 구조로 되어 있다. 연료극에는 수소나 메탄올 등과 같은 연료가 공급되고, 공기극에는 공기 또는 산소가 공급된다. 연료극에서는 연료가 산화되어 수소 이온 및 전자(electron)가 발생되는데, 이때 수소 이온은 전해질막을 통하여 공기 전극쪽으로 이동하며 전자는 외부회로를 구성하는 도선과 부하(load)를 통해 공기 전극쪽으로 이동한다. 수소이온과 전자는 공기전극에서 산소와 환원 반응하여 물이 생성되고 물은 연료전지의 외부로 배출된다.
고분자전해질 연료전지의 양 전극은 산화 환원 반응을 활성화시키기 위한 촉매, 고분자전해질, 용매로 이루어진 잉크를 탄소 종이나 탄소천 위에 도포하여 촉매층을 형성시킴으로써 제조된다. 이러한 촉매로는 탄소 입상 담지체에 촉매 활성이 매우 우수한 백금 또는 백금/루테늄 합금을 담지시킨 통칭 백금계 촉매가 실용화되어 있다.
고분자연료전지용 촉매의 특성은 금속 입자의 큰 비표면적, 금속 입자와 담지체 간의 강한 결착력, 일산화탄소(CO)에 대한 내피독성, 합금시 금속 원자들간의 화학적 균일성 등 여러 가지가 요구되지만 무엇보다도 탄소 입상 담지체 표면에 금속 입자가 응집되지 않고 균일하면서도 많은 양이 담지되어야 하고 이로 인해 전기화학적 촉매 활성도가 높아야 한다.
한편, 촉매를 구성하는 다른 성분인 담지체에 대해서도 개량을 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 담지체는 금속입자를 견고하게 지지하면서 산화, 환원 반응 시 발생되는 전자를 집전체로 신속하게 이동시키는 통로 역할을 하므로 금속 입자와 강하게 결합되어야 하고 전기 전도도 또한 우수하여야 한다. 그러므로, 공기극의 강한 산화 조건에서도 안정적으로 견딜 수 있는 탄소 담지체의 개발이 절실하게 요구되고 있다.
탄소 담지체의 내구성을 향상시키는 방법으로는 전이금속 산화물을 탄소 담지체에 코팅하여 탄소 담지체가 산화되어 그 중량이 감소되고, 촉매의 응집현상이 일어나는 문제점을 해결하고 있다.
카본 블랙을 담지체로 사용한 경우에는 연료전지의 운전 중 탄소의 부식으로 인한 내구성이 저하되고, 이로 인하여 연료전지의 수명이 감소되는 문제점이 있다. 부식저항이 큰 재료인 Ti 계열의 메탈 담지체에 의해서 내부식성을 향상시키기 위한 연구가 진행되고 있다. 촉매 담체를 카본계가 아닌 금속 산화물 조성으로 담체를 대체하려는 기존 연구가 진행되어 왔다.
관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0136442호(2012.12.20. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 탄소나노튜브 담지 백금 촉매의 제조방법, 이에 의하여 제조된 촉매 및 이를 포함하는 양성자 교환막 연료전지에 대하여 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 연료전지 전극의 성능을 향상시키기 위하여 탄소 종이의 표면에 일정한 굵기의 카본 블랙이 고밀도 및 고분산으로 제조하도록 탄소 종이의 표면에 직접적으로 카본 블랙을 코팅하고, 화학기상증착법을 이용하여 나노 규모의 전이금속과 백금 입자를 동시에 고분산 상태로 코팅하면서 담지시켜 전기화학적 촉매 활성도가 향상시킬 수 있는 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법 및 그 백금 나노촉매와, 그 연료전지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법은 (a) 카본 블랙 및 탄소 종이의 표면을 전처리한 후, 상기 탄소 종이의 표면에 카본 블랙을 코팅하는 단계; (b) 백금 전구체와 전이금속 전구체를 증류수에 혼합시킨 전구체 혼합 용액을 교반하여 침전물을 생성한 후, 상기 침전물을 교반 및 건조하여 백금-전이금속 전구체를 수득하는 단계; 및 (c) 상기 탄소 종이의 표면에 코팅된 카본 블랙에 화학기상증착법으로 백금-전이금속 전구체를 기화시켜 흘려주어 전이금속을 코팅하면서, 백금 입자를 담지시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (a) 단계는, (a-1) 상기 카본 블랙을 산성 용액에 담근 후, 50 ~ 70℃에서 30 ~ 360분 동안 교반하고, 여과 및 세정하는 과정을 1 ~ 60회 수행한 후, 100 ~ 120℃에서 10 ~ 30시간 동안 건조하는 단계; 및 (a-2) 상기 탄소 종이를 건조된 카본 블랙이 분산된 수용액에 담근 후, 초음파 처리하고 세정한 후, 100 ~ 120℃에서 10 ~ 30시간 동안 건조하는 단계;를 포함한다.
상기 (a-1) 단계에서, 상기 산성 용액은 5 ~ 7M의 농도를 갖는 질산 용액인 것이 바람직하다.
상기 (a-2) 단계에서, 상기 초음파 처리는 25 ~ 35KHz의 주파수 및 5 ~ 10W의 출력 전압 조건으로 20 ~ 40분 동안 실시한다.
상기 (a-2) 단계에서, 상기 초음파 처리는 상기 탄소 종이를 카본블랙이 분산된 수용액에 담근 후, 1 ~ 10회 반복함으로써 카본 블랙의 농도를 조절하면서 탄소 종이 표면에 고르게 분산시킨다.
상기 (b) 단계에서, 상기 전구체 혼합 용액은 pH 5 ~ 7이 유지되도록 혼합시켜 침전물을 생성한다.
여기서, 상기 백금 전구체는 소듐 테트라클로로 플레티네이트(Na2PtCl4), 포타슘 테트라클로로 플레티네이트(K2PtCl4), 백금 클로라이드(PtCl2), 염화백금산(H2PtCl6) 사염화백금산(H2PtCl4) 및 사아민클로로백금(Pt(NH3)4Cl2) 중 선택된 1종 이상을 포함하고, 상기 전이금속 전구체는 티타늄 클로라이드(TiCl4), 염화제일주석(SnCl2), 사염화 니오븀(NbCl4), 염화망간(MnCl2) 및 세륨클로라이드(CeCl3) 중 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 백금 전구체 및 전이금속 전구체는 백금 및 티타늄이 1 : 4 ~ 1 : 10의 중량비가 되도록 혼합한다.
상기 (c) 단계는, (c-1) 상기 화학기상증착법을 이용한 전이금속 코팅 및 백금 담지를 위하여, 상기 탄소 종이의 표면에 코팅된 카본 블랙을 석영관의 중앙에 위치시키고, 오븐 내에 설치된 기화기에 상기 백금-전이금속 전구체를 채워 넣는 단계; (a-2) 상기 석영관 내부의 온도를 5 ~ 15℃/min의 승온 속도로 80 ~ 300℃까지 가열하는 단계; 및 (c-3) 상기 가열된 온도가 반응 온도에 도달되는 시점에서, 상기 기화기 내의 백금-전이금속 전구체를 기화시켜 상기 석영관의 내부로 흘려주어 상기 카본 블랙의 표면에 전이금속을 코팅하면서, 백금 입자를 담지시키는 단계;를 포함한다.
상기 (c-3) 단계에서, 상기 반응 온도는 100 ~ 200℃인 것이 바람직하다.
상기 (c-3) 단계에서, 상기 기화는 0.5 ~ 24시간 동안 유지하여, 상기 카본 블랙 표면에 전이금속 및 백금 입자가 담지되도록 한다.
본 발명에 따른 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법 및 그 백금 나노촉매와, 그 연료전지는 연료전지 전극의 성능을 향상시키기 위하여 탄소 종이의 표면에 일정한 굵기의 카본 블랙이 고밀도 및 고분산으로 제조하도록 탄소 종이의 표면에 직접적으로 카본 블랙을 코팅하고, 화학기상증착법을 이용하여 나노 규모의 전이금속 산화물과 백금 입자를 동시에 고분산 상태로 코팅하면서 담지시켰다.
즉, 본 발명에 따른 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법 및 그 백금 나노촉매와, 그 연료전지는 전이금속 및 백금 입자의 크기를 최소화하고 분산도를 증가시키기 위한 방법으로, 새로운 촉매 제조 기술인 화학기상증착법을 사용하여 카본 블랙의 표면에 나노 크기의 전이금속을 코팅하면서 백금 입자를 담지함으로써, 전극의 제조시에 소모되는 전이금속 및 백금의 사용량은 최소화하면서도 촉매 활성은 크게 증가시킬 수 있게 된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법 및 그 백금 나노촉매와, 그 연료전지는 화학기상증착법을 이용하여 기화기에 채워진 백금-전이금속 전구체를 기화시켜 석영관의 내부로 흘려는 방식으로 고분산 상태로 전이금속 코팅 및 백금 담지가 동시에 수행되는 방식으로 백금 나노촉매가 제조되는 것에 의해, 공정 수율이 획기적으로 개선시킬 수 있으면서도 전기화학적 촉매 활성도는 크게 증가시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 2는 전구체 혼합 용액을 교반하는 과정으 설명하기 위한 모식도.
도 3은 전이금속 코팅 및 백금 담지 과정을 설명하기 위한 모식도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법 및 그 백금 나노촉매와, 그 연료전지에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법은 전처리 및 코팅 단계(S110), 백금-전이금속 전구체 수득 단계(S120) 및 전이금속 코팅 및 백금 담지 단계(S130)를 포함한다.
전처리 및 코팅
전처리 및 코팅 단계(S110)에서는 카본 블랙 및 탄소 종이의 표면을 전처리한 후, 탄소 종이의 표면에 카본블랙을 코팅한다.
이러한 전처리 및 코팅 단계에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 카본 블랙을 산성 용액에 담근 후, 50 ~ 70℃에서 30 ~ 360분 동안 교반하고, 여과 및 세정하는 과정을 1 ~ 60회 수행한 후, 100 ~ 120℃에서 10 ~ 30시간 동안 건조한다.
전처리 온도가 50℃ 미만일 경우에는 카본 블랙 표면의 젖음성 향상 효과를 제대로 발휘하기 어렵다. 반대로, 전처리 온도가 70℃를 초과할 경우에는 산성 용액의 극심한 기화가 일어날 수 있다. 아울러, 전처리 시간은 카본 블랙 및 탄소 종이의 구조에 따라 변화시키며, 가벼운 결함(defect) 형성을 위해 최소 30분 이상 수행해야 한다. 다만, 전처리 시간이 360분을 초과할 경우에는 카본 블랙 및 탄소 종이의 심각한 변형을 일으킬 수 있으므로, 바람직하지 못하다.
여기서, 산성 용액은 5 ~ 7M의 농도를 갖는 질산 용액인 것이 보다 바람직하다. 산성 용액의 농도는 탄소 종이의 재질 및 구조에 따라 상이할 수 있다. 이러한 산성 용액의 농도가 5M 미만일 경우에는 표면 처리 효과를 제대로 발휘하지 못할 수 있다. 반대로, 산성 용액의 농도가 7M을 초과할 경우에는 탄소 종이를 부식시킬 우려가 있으므로, 바람직하지 못하다.
본 단계에서, 건조 온도가 100℃ 미만이거나, 건조 시간이 10시간 미만일 경우에는 수분의 제거가 어려울 수 있다. 반대로, 건조 온도가 120℃를 초과하거나, 건조 시간이 30시간을 초과할 경우에는 과도한 건조로 인해 오히려 변형을 야기할 수 있으므로, 바람직하지 못하다.
다음으로, 탄소 종이를 건조된 카본 블랙이 분산된 수용액에 담근 후, 초음파 처리하고 세정한 후, 100 ~ 120℃에서 10 ~ 30시간 동안 건조한다.
여기서, 초음파 처리는 탄소 종이와 건조된 카본 블랙이 분산된 수용액이 채워지는 반응조(10) 내의 교반기(20)를 이용하여 교반하면서 초음파 팁(30)을 이용하여 초음파 처리하는 방식으로 진행될 수 있다.
초음파 처리는 25 ~ 35KHz의 주파수 및 5 ~ 10W의 출력 전압 조건으로 20 ~ 40분 동안 실시한다. 초음파 처리시, 주파수가 25KHz 미만이거나, 출력 전압이 5W 미만일 경우에는 초음파의 인가에 따른 캐비테이션(cavitation) 효과가 미미하여 탄소 종이의 표면에 카본 블랙이 고르게 분산되지 못할 우려가 있다. 반대로, 초음파의 주파수가 35KHz 이상이거나, 또는 출력 전압이 10W를 초과할 경우에는 과도한 초음파 인가로 인하여 카본 블랙이 파괴되는 문제를 야기할 수 있으므로, 바람직하지 못하다.
이러한 초음파 처리는 탄소 종이를 카본 블랙이 분산된 수용액에 담근 후, 1 ~ 10회 반복함으로써 카본 블랙의 농도를 조절하면서 탄소 종이 표면에 고르게 분산시키는 것이 보다 바람직하다.
백금-전이금속 전구체 수득
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 백금-전이금속 전구체 수득 단계(S120)에서는 백금 전구체와 전이금속 전구체를 증류수에 혼합시킨 전구체 혼합 용액을 교반하여 침전물을 생성한 후, 침전물을 교반 및 건조하여 백금-전이금속 전구체를 수득한다.
여기서, 전구체 혼합 용액은 pH 5 ~ 7이 유지되도록 혼합시켜 침전물을 생성하는 것이 바람직하다.
백금 전구체는 소듐 테트라클로로 플레티네이트(Na2PtCl4), 포타슘 테트라클로로 플레티네이트(K2PtCl4), 백금 클로라이드(PtCl2), 염화백금산(H2PtCl6) 사염화백금산(H2PtCl4) 및 사아민클로로백금(Pt(NH3)4Cl2) 중 선택된 1종 이상을 포함한다.
아울러, 전이금속 전구체는 티타늄 클로라이드(TiCl4), 염화제일주석(SnCl2), 사염화 니오븀(NbCl4), 염화망간(MnCl2) 및 세륨클로라이드(CeCl3) 중 선택된 1종 이상을 포함한다.
여기서, 백금 전구체 및 전이금속 전구체는 백금 및 티타늄이 1 : 4 ~ 1 : 10의 중량비가 되도록 혼합하는 것이 바람직한데, 이는 백금 및 티타늄이 상기의 범위 내에서 첨가되어야 카본블랙의 부식을 방지할 수 있으면서, 촉매의 활성화 효과를 제대로 발휘할 수 있기 때문이다.
전이금속 코팅 및 백금 담지
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 전이금속 코팅 및 백금 담지 단계(S130)에서는 탄소 종이의 표면에 코팅된 카본 블랙에 화학기상증착법으로 백금-전이금속 전구체를 기화시켜 흘려주어 전이금속을 코팅하면서, 백금 입자를 담지시킨다.
이러한 전이금속 코팅 및 백금 담지 단계(S130)에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 화학기상증착법을 이용한 전이금속 코팅 및 백금 담지를 위하여, 탄소 종이의 표면에 코팅된 카본 블랙을 석영관(50)의 중앙에 위치시키고, 오븐(70) 내에 설치된 기화기에 백금-전이금속 전구체를 채워 넣는다.
다음으로, 석영관(50) 내부의 온도를 5 ~ 15℃/min의 승온 속도로 80 ~ 300℃까지 가열한다. 이러한 석영관(50)은 퍼니스(60)의 내부에 배치되어 있을 수 있으며, 석영관(50)의 내부 온도는 퍼니스(60)의 내에 설치된 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다.
여기서, 승온 속도가 5℃/min 미만일 경우에는 승온 시간이 너무 오려 걸려 생산성을 떨어뜨리는 요인으로 작용할 수 있다. 반대로, 승온 속도가 15℃/min을 초과할 경우에는 탄소 종이의 표면에 코팅된 카본 블랙의 휘발량이 많아져서 전이금속 코팅 및 백금 담지시 처리 효율을 저하시키는 요인으로 작용할 수 있다.
다음으로, 가열된 온도가 반응 온도에 도달되는 시점에서, 기화기 내의 백금-전이금속 전구체를 기화시켜 석영관의 내부로 흘려주어 카본 블랙의 표면에 전이금속을 코팅하면서, 백금 입자를 담지시킨다.
즉, 본 발명에서는 카본 블랙의 표면에 전이금속 코팅 및 백금 입자를 담지시키는 데 있어서 전이금속 및 백금 입자의 크기를 최소화하고 분산도를 증가시키기 위한 방법으로, 새로운 촉매 제조 기술인 화학기상증착법을 사용하여 카본 블랙의 표면에 나노 크기의 전이금속 코팅 및 백금 입자를 담지함으로써, 전극의 제조시에 소모되는 전이금속 및 백금의 사용량은 최소화하면서도 촉매 활성은 크게 증가시킬 수 있게 된다.
이 결과, 본 발명에서는 화학기상증착법을 이용하여 기화기에 채워진 백금-전이금속 전구체를 기화시켜 석영관의 내부로 흘려는 방식으로 고분산 상태로 전이금속 코팅 및 백금 담지가 동시에 이루어진다. 이 결과, 본 발명은 화학기상증착법을 이용한 전이금속 코팅 및 백금 담지가 동시에 수행되어 백금 나노촉매가 제조되는 것에 의해, 공정 수율이 개선되면서도 전기화학적 촉매 활성도를 향상시킬 수 있게 된다.
여기서, 기화기 내의 백금-전이금속 전구체를 석영관의 내부로 원활히 유입되도록 밀어주기 위해 N2, H2 등의 가스가 공급될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
아울러, 기화는 0.5 ~ 24시간 동안 유지하여, 카본블랙 표면에 전이금속 및 백금 입자가 담지되도록 한다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법은 연료전지 전극의 성능을 향상시키기 위하여 탄소 종이의 표면에 일정한 굵기의 카본 블랙이 고밀도 및 고분산으로 제조하도록 탄소 종이의 표면에 직접적으로 카본 블랙을 코팅하고, 화학기상증착법을 이용하여 나노 규모의 전이금속과 백금 입자를 동시에 고분산 상태로 코팅하면서 담지시켰다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법은 전이금속 및 백금 입자의 크기를 최소화하고 분산도를 증가시키기 위한 방법으로, 새로운 촉매 제조 기술인 화학기상증착법을 사용하여 카본 블랙의 표면에 나노 크기의 전이금속을 코팅하면서 백금 입자를 담지함으로써, 전극의 제조시에 소모되는 전이금속 및 백금의 사용량은 최소화하면서도 촉매 활성은 크게 증가시킬 수 있게 된다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법은 화학기상증착법을 이용하여 기화기에 채워진 백금-전이금속 전구체를 기화시켜 석영관의 내부로 흘려는 방식으로 고분산 상태로 전이금속 코팅 및 백금 담지가 동시에 수행되는 방식으로 백금 나노촉매가 제조되는 것에 의해, 공정 수율이 획기적으로 개선시킬 수 있으면서도 전기화학적 촉매 활성도는 크게 증가시킬 수 있게 된다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 시료 제조
실시예 1
카본 블랙을 6M 질산 수용액에 넣고 60℃의 온도에서 30분 동안 교반한 후 여과, 세정하는 과정을 5회 반복하고, 110℃의 오븐에서 12시간 동안 건조하였다.
다음으로, 가로와 세로 길이가 각각 2cm인 탄소 종이를 카본 블랙이 분산된 수용액에 담근 후, 30KHz의 주파수 및 7W의 출력 전압 조건으로 초음파 처리를 30분 동안 실시한 후, 탄소 종이는 증류수로 10회 세척하고, 110℃의 오븐에서 12시간 동안 건조하여, 탄소 종이 표면에 담지체인 카본 블랙을 코팅하였다.
다음으로, 금속 전구체 용액으로 H2PtCl6와 전이금속 전구체 용액으로 TiCl4를 혼합하고 pH6 조건하에서 혼합시켜 침전물을 생성하였다. 이때, 백금은 40wt%, 티타늄은 5wt%이 될 수 있도록 혼합하였다.
탄소 종이를 석영관의 중앙에 위치시키고 탄소 종이 위에 성장된 카본 블랙의 표면에 백금 입자를 담지하기 위하여 오븐 내에 설치된 기화기에 백금-전이금속 전구체를 넣어주고 70℃로 가열하였다.
다음으로, 기화기 내부의 온도가 70℃에 도달하면 석영관으로 직접 흘리던 질소(100sccm)가 기화기를 통과하여 석영관으로 전달되도록 경로를 바꾸어 주었다. 이때, 기화기가 위치한 오븐과 석영관이 위치한 가열로를 이어주는 연결관의 온도 역시 70℃로 유지하였다. 석영관 내의 탄소 종이 온도가 반응 온도인 140℃에 도달되는 시점에서부터 기상의 백금-전이금속 전구체를 탄소 종이가 위치한 석영관 안으로 흘려주도록 하며, 이 상태에서 백금-전이금속 전구체가 탄소 종이 표면의 카본 블랙에 코팅 및 담지되도록 5시간 동안 8Torr를 유지하여 백금 나노촉매를 제조하였다. 이때, 촉매층에 포함된 백금 촉매의 함량은 단위면적당 0.4 mg/㎠이었다.
백금 나노촉매를 연료전지용 전극에 사용하고, 연료전지용 전극을 나피온 막(Nafion 막)의 양면에 배치하여 접합시킴으로써, 막-전극 접합체를 제조하였다. 이후, 제조된 막-전극 접합체의 양면에 분리판을 배치하여 연료전지를 제조하였다.
실시예 2
카본 블랙 코팅 시, 35KHz의 주파수 및 8W의 출력 전압 조건으로 초음파 처리를 40분 동안 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 연료 전지를 제조하였다.
실시예 3
백금 나노촉매 제조시, 반응 온도 130℃에서 6시간 동안 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 연료전지를 제조하였다.
실시예 4
백금 나노촉매 제조시, 반응 온도 150℃에서 4시간 동안 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 연료전지를 제조하였다.
비교예 1
카본 블랙을 증류수 60ml에 분산시킨 후, TiCl4를 첨가하여 분산액을 제조하였다(이때, Ti 함량이 카본 블랙에 대해 10wt% 가 되도록 하였음).
다음으로, 위의 분산액을 80℃에서 중탕 처리 후, 감압여과장치를 이용하여 샘플을 얻은 후, 에탄올과 증류수를 이용하여 세척하였다.
다음으로, 수득된 파우더는 상온(15℃) 진공오븐에서 건조시킨 후, 건조된 담체 0.1g을 에틸렌글리콜(ethylene glycol) 100mL에 분산시킨 후, 0.05 M H2PtCl6·6H2O를 가하였다(이때, Pt 함량이 카본블랙에 대해 10wt% 가 되도록 하였음).
다음으로, 110℃로 중탕하고 2 시간 동안 유지하고, 상온으로 식힌 후, 얻어진 촉매 슬러리를 여과하고 다량의 탈이온수 및 에탄올로 세척하였다. 다음으로, 얻어진 Pt 촉매를 상온 진공오븐에서 건조하였다.
촉매와 나피온 용액(nafion solution)을 혼합하여 촉매 슬러리를 제조한 후, 제조된 촉매 슬러리를 탄소 종이의 표면에 도포하고, 건조하여 촉매층을 형성하였다. 이때, 촉매층에 포함된 백금 나노촉매의 함량은 단위면적당 0.4 mg/㎠이였다.
다음으로, 촉매층을 연료전지용 전극에 사용하고, 연료전지용 전극을 나피온 막(Nafion 막)의 양면에 배치하여 접합시킴으로써, 막-전극 접합체를 제조하였다. 이후, 제조된 막-전극 접합체의 양면에 분리판을 배치하여 연료전지를 제조하였다.
2. 물성 평가
표 1은 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1에 따라 제조된 연료전지에 대한 단위 셀 테스트를 시행하였으며, 0.6V에서의 전류밀도 측정 결과를 나타낸 것이다.
[표 1]
Figure 112020119420519-pat00001
표 1에 도시된 바와 같이, 전류밀도 측정 결과, 실시예 1 ~ 4에 따라 제조된 연료전지는 실시예 1 ~ 4에 따라 제조된 연료전지의 전류밀도가 비교예 1에 따라 제조된 연료전지의 전류밀도 보다 대략 2배 이상 높은 값을 나타내는 것을 확인하였다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
S110 : 전처리 및 코팅 단계
S120 : 백금-전이금속 전구체 수득 단계
S130 : 전이금속 코팅 및 백금 담지 단계

Claims (13)

  1. (a) 카본 블랙 및 탄소 종이의 표면을 전처리한 후, 상기 탄소 종이의 표면에 카본블랙을 코팅하는 단계;
    (b) 백금 전구체와 전이금속 전구체를 증류수에 혼합시킨 전구체 혼합 용액을 교반하여 침전물을 생성한 후, 상기 침전물을 교반 및 건조하여 백금-전이금속 전구체를 수득하는 단계; 및
    (c) 상기 탄소 종이의 표면에 코팅된 카본 블랙에 화학기상증착법으로 백금-전이금속 전구체를 기화시켜 흘려주어 전이금속을 코팅하면서, 백금 입자를 담지시키는 단계;를 포함하며,
    상기 (a) 단계는, (a-1) 상기 카본 블랙을 산성 용액에 담근 후, 50 ~ 70℃에서 30 ~ 360분 동안 교반하고, 여과 및 세정하는 과정을 1 ~ 60회 수행한 후, 100 ~ 120℃에서 10 ~ 30시간 동안 건조하는 단계; 및 (a-2) 상기 탄소 종이를 건조된 카본 블랙이 분산된 수용액에 담근 후, 초음파 처리하고 세정한 후, 100 ~ 120℃에서 10 ~ 30시간 동안 건조하는 단계;를 포함하고,
    상기 (a-1) 단계에서, 상기 산성 용액은 5 ~ 7M의 농도를 갖는 질산 용액이고,
    상기 (a-2) 단계에서, 상기 초음파 처리는 25 ~ 35KHz의 주파수 및 5 ~ 10W의 출력 전압 조건으로 20 ~ 40분 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (a-2) 단계에서,
    상기 초음파 처리는
    상기 탄소 종이를 카본 블랙이 분산된 수용액에 담근 후, 1 ~ 10회 반복함으로써 카본 블랙의 농도를 조절하면서 탄소 종이 표면에 고르게 분산시키는 것을 특징으로 하는 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 전구체 혼합 용액은
    pH 5 ~ 7이 유지되도록 혼합시켜 침전물을 생성하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 백금 전구체는 소듐 테트라클로로 플레티네이트(Na2PtCl4), 포타슘 테트라클로로 플레티네이트(K2PtCl4), 백금 클로라이드(PtCl2), 염화백금산(H2PtCl6) 사염화백금산(H2PtCl4) 및 사아민클로로백금(Pt(NH3)4Cl2) 중 선택된 1종 이상을 포함하고,
    상기 전이금속 전구체는 티타늄 클로라이드(TiCl4), 염화제일주석(SnCl2), 사염화 니오븀(NbCl4), 염화망간(MnCl2) 및 세륨클로라이드(CeCl3) 중 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 백금 전구체 및 전이금속 전구체는
    백금 및 티타늄이 1 : 4 ~ 1 : 10의 중량비가 되도록 혼합하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    (c-1) 상기 화학기상증착법을 이용한 전이금속 코팅 및 백금 담지를 위하여, 상기 탄소 종이의 표면에 코팅된 카본 블랙을 석영관의 중앙에 위치시키고, 오븐 내에 설치된 기화기에 상기 백금-전이금속 전구체를 채워 넣는 단계;
    (a-2) 상기 석영관 내부의 온도를 5 ~ 15℃/min의 승온 속도로 80 ~ 300℃까지 가열하는 단계; 및
    (c-3) 상기 가열된 온도가 반응 온도에 도달되는 시점에서, 상기 기화기 내의 백금-전이금속 전구체를 기화시켜 상기 석영관의 내부로 흘려주어 상기 카본 블랙의 표면에 전이금속을 코팅하면서, 백금 입자를 담지시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 (c-3) 단계에서,
    상기 반응 온도는
    100 ~ 200℃인 것을 특징으로 하는 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 (c-3) 단계에서,
    상기 기화는
    0.5 ~ 24시간 동안 유지하여, 상기 카본 블랙 표면에 전이금속 및 백금 입자가 담지되도록 하는 것을 특징으로 하는 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법.
  12. 제1항, 제5항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법으로 제조되어, 연료전지용 전극의 산화 환원 반응에 사용되는 백금 나노촉매.
  13. 제12항에 기재된 백금 나노촉매를 연료전지용 전극으로 이용한 연료전지.
KR1020200148474A 2020-11-09 2020-11-09 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법 및 그 백금 나노촉매와, 그 연료전지 KR102393974B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200148474A KR102393974B1 (ko) 2020-11-09 2020-11-09 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법 및 그 백금 나노촉매와, 그 연료전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200148474A KR102393974B1 (ko) 2020-11-09 2020-11-09 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법 및 그 백금 나노촉매와, 그 연료전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102393974B1 true KR102393974B1 (ko) 2022-05-03

Family

ID=81591176

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200148474A KR102393974B1 (ko) 2020-11-09 2020-11-09 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법 및 그 백금 나노촉매와, 그 연료전지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102393974B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115986148A (zh) * 2023-02-03 2023-04-18 山东大学 一种低铂石墨烯氧还原催化剂及其制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100726237B1 (ko) * 2006-03-31 2007-06-08 한국에너지기술연구원 탄소나노튜브를 지지체로 하고 전기화학적 방법을 사용한백금나노촉매의 제조방법
KR100801470B1 (ko) * 2007-02-15 2008-02-12 한국에너지기술연구원 탄소 종이 표면에 탄소나노튜브를 직접 성장시키고, 그탄소나노튜브 표면에 화학기상증착법을 사용하여 백금을담지시킨 백금 나노촉매의 제조방법과 그 백금 나노촉매
JP5650093B2 (ja) * 2011-11-02 2015-01-07 国立大学法人 宮崎大学 燃料電池用白金・金属酸化物複合触媒、及びその製造方法
KR20160091512A (ko) * 2015-01-23 2016-08-03 전북대학교산학협력단 전기영동석출법을 이용한 고분자전해질 연료전지용 금속나노입자 촉매담지 카본블랙시트 전극의 제조방법, 금속나노입자 촉매담지 카본블랙시트 전극 및 이 시트를 이용한 연료전지용 고분자 전해질막/전극 접합체

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100726237B1 (ko) * 2006-03-31 2007-06-08 한국에너지기술연구원 탄소나노튜브를 지지체로 하고 전기화학적 방법을 사용한백금나노촉매의 제조방법
KR100801470B1 (ko) * 2007-02-15 2008-02-12 한국에너지기술연구원 탄소 종이 표면에 탄소나노튜브를 직접 성장시키고, 그탄소나노튜브 표면에 화학기상증착법을 사용하여 백금을담지시킨 백금 나노촉매의 제조방법과 그 백금 나노촉매
JP5650093B2 (ja) * 2011-11-02 2015-01-07 国立大学法人 宮崎大学 燃料電池用白金・金属酸化物複合触媒、及びその製造方法
KR20160091512A (ko) * 2015-01-23 2016-08-03 전북대학교산학협력단 전기영동석출법을 이용한 고분자전해질 연료전지용 금속나노입자 촉매담지 카본블랙시트 전극의 제조방법, 금속나노입자 촉매담지 카본블랙시트 전극 및 이 시트를 이용한 연료전지용 고분자 전해질막/전극 접합체

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115986148A (zh) * 2023-02-03 2023-04-18 山东大学 一种低铂石墨烯氧还原催化剂及其制备方法和应用
CN115986148B (zh) * 2023-02-03 2024-04-02 山东大学 一种低铂石墨烯氧还原催化剂及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Esmaeilifar et al. Synthesis methods of low-Pt-loading electrocatalysts for proton exchange membrane fuel cell systems
Wei et al. Electrochemical deposition of PtRu on an uncatalyzed carbon electrode for methanol electrooxidation
JP5855023B2 (ja) 触媒担体の製造方法、複合触媒の製造方法、複合触媒、およびこれを用いた燃料電池
Lamy et al. Clean hydrogen generation through the electrocatalytic oxidation of formic acid in a Proton Exchange Membrane Electrolysis Cell (PEMEC)
JP2002100373A (ja) 燃料電池用触媒化多孔性炭素電極製造方法
WO2008040222A1 (fr) Catalyseur en poudre d'ordre de grandeur nanométrique, et son procédé de préparation
JP2012143753A (ja) 活性粒子含有触媒、その製造方法、該触媒を含んだ燃料電池、該活性粒子を含有するリチウム空気電池用電極、及び該電極を含んだリチウム空気電池
KR20010112639A (ko) 중합체 전해질 연료 전지 및 이의 제조 방법
JP2002298861A (ja) 燃料電池、燃料電池用電極およびその製造方法
JP5305699B2 (ja) 触媒、触媒の製造方法、膜電極複合体及び燃料電池
JP7061249B2 (ja) 水素発生触媒、水素発生装置、水素発生方法
CN109560310A (zh) 一种燃料电池超低铂载量自增湿膜电极及其制备方法
JP5679639B2 (ja) ガス拡散電極およびその製法
Cheng et al. Pd nanofilm supported on C@ TiO2 nanocone core/shell nanoarrays: A facile preparation of high performance electrocatalyst for H2O2 electroreduction in acid medium
JP4759507B2 (ja) 燃料電池用電極触媒，これを用いた燃料電池
KR20060052555A (ko) 연료전지, 막 전극 접합체 및 그들에 이용되는 촉매와촉매의 제조방법
KR102393974B1 (ko) 화학기상증착법을 이용하여 전이금속 및 백금을 담지시킨 백금 나노촉매의 제조 방법 및 그 백금 나노촉매와, 그 연료전지
JP2012035178A (ja) 触媒の製造方法及び触媒
CN101511469B (zh) 纳米粉体催化剂及其制备方法
CN114892197B (zh) 一种电催化合成h2o2用催化剂及其制备方法和应用
Shao et al. PtRuO2/Ti anodes with a varying Pt: Ru ratio for direct methanol fuel cells
TWI288027B (en) Manufacturing method of platinum alloy electrochemical catalyst carried by carbon nanotube
JP2005174869A (ja) タングステン担持電極触媒、該触媒を用いた触媒担持電極およびｍｅａ
López-Rosas et al. Synthesis of Pt-Ni/CNT cathodic catalyst and its application in a PEM fuel cell
JP4565961B2 (ja) 燃料電池用燃料極触媒の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant