KR102420669B1 - Method For Preparing NiFeCo-Layered Double Hydroxide - Google Patents

Method For Preparing NiFeCo-Layered Double Hydroxide Download PDF

Info

Publication number
KR102420669B1
KR102420669B1 KR1020200054671A KR20200054671A KR102420669B1 KR 102420669 B1 KR102420669 B1 KR 102420669B1 KR 1020200054671 A KR1020200054671 A KR 1020200054671A KR 20200054671 A KR20200054671 A KR 20200054671A KR 102420669 B1 KR102420669 B1 KR 102420669B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
iron
nickel
cobalt
layered double
double hydroxide
Prior art date
Application number
KR1020200054671A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20210136430A (en
Inventor
박정태
임승만
문주용
백운철
최교훈
Original Assignee
건국대학교 산학협력단
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 건국대학교 산학협력단 filed Critical 건국대학교 산학협력단
Priority to KR1020200054671A priority Critical patent/KR102420669B1/en
Publication of KR20210136430A publication Critical patent/KR20210136430A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102420669B1 publication Critical patent/KR102420669B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G53/00Compounds of nickel
    • C01G53/04Oxides; Hydroxides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74Iron group metals
    • B01J23/755Nickel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/14Methods for preparing oxides or hydroxides in general
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G53/00Compounds of nickel
    • C01G53/006Compounds containing, besides nickel, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/02Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • C25B11/091Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Abstract

니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 간단하고, 저비용이며, 대면적으로 응용이 가능한 제조 방법으로, 2가 철염 및 2가 코발트염을 포함하는 용액에 니켈 기판을 침지시키는 제 1 단계; 및 제 1 단계에서 얻어진 니켈 기판을 상온에서 건조시키는 제 2 단계;를 포함하고, 상기 제 1 단계의 용액 내 2가 철염 및 2가 코발트염의 몰 비는 1.5:1 내지 2.5:1인, 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 제조 방법 및 이러한 제조 방법에 따라 제조된 층상이중수산화물에 관한 것이다.A simple, low-cost, and large-area manufacturing method of nickel-iron-cobalt layered double hydroxide, comprising: a first step of immersing a nickel substrate in a solution containing a divalent iron salt and a divalent cobalt salt; and a second step of drying the nickel substrate obtained in the first step at room temperature; wherein the molar ratio of the divalent iron salt and the divalent cobalt salt in the solution of the first step is 1.5:1 to 2.5:1, nickel- The present invention relates to a method for producing iron-cobalt layered double hydroxide and to a layered double hydroxide prepared according to the production method.

Description

니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 제조 방법{Method For Preparing NiFeCo-Layered Double Hydroxide}Method for preparing nickel-iron-cobalt layered double hydroxide {Method For Preparing NiFeCo-Layered Double Hydroxide}

본 발명은 니켈-철-코발트 층상이중수산화물(Layered double hydroxide, LDH) 을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 추가적인 에너지 필요 없이 상온에서 간단하게 니켈-철-코발트 층상이중수산화물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 나아가 이러한 방법에 따라 제조된 니켈-철-코발트 층상이중수산화물 및 산소 촉매 반응에서의 전기 화학적 촉매로의 응용에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a nickel-iron-cobalt layered double hydroxide (LDH), and more particularly, to a method for simply preparing a nickel-iron-cobalt layered double hydroxide at room temperature without the need for additional energy is about Furthermore, it relates to nickel-iron-cobalt layered double hydroxide prepared according to this method and its application as an electrochemical catalyst in oxygen catalyzed reaction.

신 재생에너지에 대한 관심이 증가하고 있다. 수전해에 의한 수소 에너지는 친환경적이고 고순도의 수소에너지를 쉽게 얻을 수 있다는 점에서 큰 장점을 가지고 있다. 전기화학적 수전해는 두 가지 반쪽 반응으로 이루어져 있는데 환원전극에서 일어나는 수소 생성 반응(hydrogen evolution reaction, HER)과 산화전극에서 일어나는 산소 생성 반응(oxygen evolution reaction, OER)이다. 산소 생성 반응은 수소 생성 반응에 비해 반응 메커니즘이 복잡하고 느린 반응속도로 인해 많은 과전압을 요구한다. 일반적으로 산화이리듐(IrO2)이나 산화루테늄(RuO2) 같은 귀금속 산화물이 산소 생성 반응의 높은 촉매 활성도를 나타내지만, 비싼 가격과 희소성으로 인해 상업적 응용으로 제한이 있다. 이를 대체하기 위한 것으로, 니켈이나 코발트, 철 같은 전이금속 기반의 산화물이나 인화물, 수산화물 같은 촉매가 높은 산소 생성 반응 활성도를 가지고 있어 이와 관련된 많은 연구가 이루어지고 있다. Interest in renewable energy is increasing. Hydrogen energy by water electrolysis has great advantages in that it is eco-friendly and can easily obtain high-purity hydrogen energy. Electrochemical water electrolysis consists of two half-reactions: the hydrogen evolution reaction (HER) at the cathode and the oxygen evolution reaction (OER) at the anode. The oxygen production reaction requires a lot of overvoltage due to the complex reaction mechanism and slow reaction rate compared to the hydrogen production reaction. Generally iridium oxide (IrO 2 ) or ruthenium oxide (RuO 2 ) same Although noble metal oxides exhibit high catalytic activity in oxygen production reactions, their commercial applications are limited due to their high price and scarcity. As an alternative to this, many studies related to this are being conducted because catalysts such as oxides, phosphides, and hydroxides based on transition metals such as nickel, cobalt, and iron have high oxygen production reaction activity.

그 중, 층상이중수산화물(layered double hydroxide, LDH)은 2차원 층 구조에서 비롯된 높은 비표면적과 촉매활성 부위, 조정 가능한 화학조성, 그리고 높은 산소 생성 반응 활성도와 같은 특징으로 인해 많은 주목을 받고 있다. 또한, 여러 전이금속 기반의 층상이중수산화물 중에서 니켈-철 층상이중수산화물(NiFe-LDH)이 가장 높은 산소 생성 반응의 촉매 활성을 가진다고 알려져 있지만, 최근에 코발트(Co)가 도입된 니켈-철-코발트 삼원 금속 층상이중수산화물(NiFeCo-LDH)이 기존의 니켈-철 층상이중수산화물보다 더 높은 전기화학 촉매 활성도를 가진다고 밝혀짐에 따라 큰 주목을 받고 있다. Among them, layered double hydroxide (LDH) has attracted much attention due to its features such as high specific surface area, catalytically active sites, tunable chemical composition, and high oxygen production reaction activity resulting from the two-dimensional layer structure. In addition, nickel-iron layered double hydroxide (NiFe-LDH) is known to have the highest oxygen production catalytic activity among various transition metal-based layered double hydroxides, but recently cobalt (Co) has been introduced into nickel-iron-cobalt. Ternary metal layered double hydroxide (NiFeCo-LDH) is receiving great attention as it has been found to have higher electrochemical catalytic activity than conventional nickel-iron layered double hydroxide.

코발트의 도입은 촉매의 전기 전도도를 향상시키고, 니켈-철 층상이중수산화물 내에서 철의 전자 구조(electron structure)를 조절하여 개선된 전기화학 촉매 활성도를 나타낼 수 있음이 몇몇 연구에서 보고되고 있다.It has been reported in several studies that the introduction of cobalt can improve the electrical conductivity of the catalyst and can exhibit improved electrochemical catalytic activity by controlling the electron structure of iron in the nickel-iron layered double hydroxide.

한편, 층상이중수산화물을 기판 위에 고르게 성장시키는 방법으로 전기증착법(electrodeposition)과 수열합성법(hydrothermal)이 대표적이다. 두 방법 모두 층상이중수산화물을 기판 위에 균일하게 성장시킬 수 있는 장점이 있지만, 반응 용액의 준비과정이 복잡하고 열이나 전기같은 외부에서 추가적인 에너지가 필요하다는 단점이 있다. 또한, 알려진 대부분의 방법은 10 - 20 cm2의 작은 면적의 전도성 기판을 사용하여 합성하기 때문에 수전해에 의한 수소에너지 상용화 관점에서 이런 촉매 합성방법으로 적합하지 않다. Meanwhile, electrodeposition and hydrothermal are representative methods for uniformly growing layered double hydroxide on a substrate. Both methods have the advantage of uniformly growing the layered double hydroxide on the substrate, but have disadvantages in that the preparation process of the reaction solution is complicated and additional energy is required from the outside such as heat or electricity. In addition, most of the known methods are synthesized using a conductive substrate having a small area of 10 - 20 cm 2 , so this catalyst synthesis method is not suitable from the viewpoint of commercialization of hydrogen energy by water electrolysis.

또한, 층상이중수산화물과 관련하여 기존에 연구되었던 전기화학 촉매의 제조는 층상이중수산화물의 파우더(powder)를 얻어 나피온(Nafion)같은 바인더(binder)를 이용해 전극에 증착하거나, 또는 전기증착법 또는 수열합성법 같은 방법을 이용해 전극에 인시츄(in-situ)로 성장시키는 방법이 있었다. 전자는 기판의 크기나 형태와 상관없이 촉매를 고르게 증착할 수 있는 장점이 있지만, 성능과 안정성이 떨어진다. 반대로 후자는 성능과 안정성이 좋지만, 기판의 크기나 형태가 촉매제조의 변수가 될 수 있다. In addition, in the preparation of electrochemical catalysts that have been previously studied in relation to layered double hydroxide, powder of layered double hydroxide is obtained and deposited on electrodes using a binder such as Nafion, or electrodeposition or hydrothermal There was a method of growing the electrode in-situ using a method such as a synthesis method. The former has the advantage of uniformly depositing the catalyst regardless of the size or shape of the substrate, but has poor performance and stability. Conversely, the latter has good performance and stability, but the size or shape of the substrate can become a variable in catalyst manufacturing.

그러므로, 보다 향상된 산소 생성 반응의 전기화학 촉매를 개발하기 위하여 대면적으로 응용이 가능하며 간단하고 저비용인 니켈-철-코발트 층상이중수산화물을 제조하는 방법의 개발이 요구되고 있다.Therefore, in order to develop an electrochemical catalyst for an improved oxygen production reaction, a method for preparing a simple and low-cost nickel-iron-cobalt layered double hydroxide that can be applied over a large area is required.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제를 해결하여 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 간단하고, 저비용이며, 대면적으로 응용이 가능한 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 또한, 이러한 제조 방법으로 제조된 니켈-철-코발트 층상이중수산화물을 제공하고, 이러한 층상이중수산화물의 수전해의 산소 생성 반응에서의 전기화학 촉매로 응용하는 것을 그 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present inventors is to provide a simple, low-cost, and large-area manufacturing method of nickel-iron-cobalt layered double hydroxide by solving the above problems. In addition, an object of the present invention is to provide a nickel-iron-cobalt layered double hydroxide prepared by this method, and to apply the layered double hydroxide as an electrochemical catalyst in an oxygen generation reaction of water electrolysis.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 2가 철염 및 2가 코발트염을 포함하는 용액에 니켈 기판을 침지시키는 제 1 단계; 및 제 1 단계에서 얻어진 니켈 기판을 상온에서 건조시키는 제 2 단계;를 포함하는 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 제조 방법으로서, 상기 2가 철염 및 2가 코발트염의 몰 비가 1.5:1 내지 2.5:1 인, 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a first step of immersing a nickel substrate in a solution containing a divalent iron salt and a divalent cobalt salt; and a second step of drying the nickel substrate obtained in the first step at room temperature; A method for preparing a phosphorus, nickel-iron-cobalt layered double hydroxide is provided.

또한, 본 발명은 상기 제조 방법에 따라 제조된 니켈-철-코발트 층상이중수산화물, 이를 수전해의 산소 생성 반응에서의 전기화학적 촉매로의 응용하는 용도 및 상기 니켈-철-코발트 층상이중수산화물을 포함하는 전기화학적 촉매를 제공한다.In addition, the present invention includes the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide prepared according to the above production method, its application as an electrochemical catalyst in the oxygen production reaction of water electrolysis, and the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide An electrochemical catalyst is provided.

본 발명은 기판의 크기나 형태에 상관없이 니켈-철-코발트 층상이중수산화물을 니켈 기판에 고르게 성장시킬 수 있고, 특히 외부의 열이나 전기 같은 에너지 소모없이 상온에서 제조할 수 있으므로 간단하고 저비용이며, 성능 및 안정성이 우수한 니켈-철-코발트 층상이중수산화물을 제조할 수 있다.According to the present invention, nickel-iron-cobalt layered double hydroxide can be uniformly grown on a nickel substrate regardless of the size or shape of the substrate. A nickel-iron-cobalt layered double hydroxide having excellent performance and stability can be prepared.

도 1은 본 발명의 실시예 1의 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 제조 과정을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1의 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 제조 과정 중의 각 단계별 사진이다.
도 3은 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 제조 과정 중에 자기 산화를 거치기 전과 거친 후의 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)에 의한 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에서 제조한 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 a) 저배율, b) 고배율 FE-SEM(Field-emission scanning electron microscopy) 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에서 제조한 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 HRTEM-EDS(High-Resolution Transmission Electron Microscopy and Energy Dispersive Spectroscopy) 원소분석 매핑(mapping)의 측정결과를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 XRD(X-Ray Diffraction)의 측정결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 FT-IR(Fourier-transform infrared spectroscopy)의 측정결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1에서 제조한 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 XPS survey의 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예 1에서 제조한 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 a) Fe 2p, b) Co 2p, c) Ni 2p, d) O 1s의 high-resolution XPS 분석결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예 2에 따른 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 산소 생성 반응의 전기화학 촉매 활성 분석 결과로, a) 선형주사전위법(Linear sweep voltammetry, LSV) 측정 결과, b) 타펠(Tafel) 플롯, c) 시간대전위차법(Chronopotentiometry) 결과, d) 1000회의 순환전압전류(Cyclic voltammetry, CV) 측정 전과 후 선형주사전위법의 측정 결과를 나타낸 그래프이다
도 11은 도 10c에서 실시한 시간대전위차법 측정 후 FE-SEM을 이용한 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 표면분석을 나타내는 이미지이다.
도 12는 본 발명의 실시예 3에 따른 a) 정사각형, b) 별, c) 삼각형, d) 원과 같은 여러 형태의 니켈 폼에 성장된 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 사진이다.
도 13은 본 발명의 비교예 1에 따른 Co2+와 Fe2+를 다양한 몰 비율로 포함하는 반응용액을 이용하여 제조한 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 FE-SEM 이미지를 나타낸 그래프((a) Co2+:Fe2+= 3:1, (b) Co2+:Fe2+=2:1, (c) Co2+:Fe2+=1:1, (d) Co2+:Fe2+=1:3)이다.
도 14는 본 발명의 비교예 1에 따른 Co2+와 Fe2+를 다양한 몰 비율로 포함하는 반응용액을 이용하여 제조한 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 선형주사전위법을 이용한 전압-전류 측정결과를 나타낸 그래프이다.
도 15는 본 발명의 비교예 2에 따른 질산 철(III) 용액과 질산 철(III) + 코발트 질산(II) 반응용액으로 만들어진 촉매의 선형주사전위법을 이용한 전압-전류 측정결과를 나타낸 그래프이다.
도 16은 본 발명의 비교예 3에 따른 FTO 투명전극과 카본클로스를 이용한 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 합성 결과로, (a) FTO 투명전극과 카본클로스 전극의 반응 전과 반응 후의 사진, (b) 반응 후 FTO 투명전극의 FE-SEM이미지, (c) 반응 후 카본클로스 전극의 FE-SEM이미지, (d) FTO 투명전극과 카본클로스의 반응 전과 반응 후의 선형주사전위법을 이용한 전압-전류 측정결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a process diagram schematically showing the manufacturing process of the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide of Example 1 of the present invention.
2 is a photograph of each step in the manufacturing process of the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide of Example 1 of the present invention.
3 is a graph showing the analysis results by XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) before and after self-oxidation during the manufacturing process of nickel-iron-cobalt layered double hydroxide.
FIG. 4 is a field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM) image of a) low magnification and b) high magnification of the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide prepared in Example 1 of the present invention.
5 is a graph showing the measurement results of HRTEM-EDS (High-Resolution Transmission Electron Microscopy and Energy Dispersive Spectroscopy) elemental analysis mapping of the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide prepared in Example 1 of the present invention. .
6 is a graph showing the measurement result of XRD (X-Ray Diffraction) of the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide prepared in Example 1 of the present invention.
7 is a graph showing the measurement results of FT-IR (Fourier-transform infrared spectroscopy) of the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide prepared in Example 1 of the present invention.
8 is a graph showing the analysis results of the XPS survey of the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide prepared in Example 1 of the present invention.
9 is a graph showing high-resolution XPS analysis results of a) Fe 2p, b) Co 2p, c) Ni 2p, d) O 1s of the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide prepared in Example 1 of the present invention; to be.
10 is an electrochemical catalyst activity analysis result of the oxygen production reaction of nickel-iron-cobalt layered double hydroxide according to Example 2 of the present invention, a) Linear sweep voltammetry (LSV) measurement result, b) Tafel plot, c) Chronopotentiometry results, d) 1000 cycles of Cyclic voltammetry (CV) measurements before and after a graph showing the measurement results of the linear scanning potential method
11 is an image showing the surface analysis of the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide using FE-SEM after the time potentiometric measurement performed in FIG. 10c.
12 is a photograph of nickel-iron-cobalt layered double hydroxide grown on various types of nickel foam such as a) square, b) star, c) triangle, and d) circle according to Example 3 of the present invention.
13 is a graph showing an FE-SEM image of a nickel-iron-cobalt layered double hydroxide prepared using a reaction solution containing Co 2+ and Fe 2+ in various molar ratios according to Comparative Example 1 of the present invention ((( a) Co 2+ :Fe 2+ = 3:1, (b) Co 2+ :Fe 2+ =2:1, (c) Co 2+ :Fe 2+ =1:1, (d) Co 2+ :Fe 2+ =1:3).
14 is a voltage-current using a linear scanning potential method of a nickel-iron-cobalt layered double hydroxide prepared using a reaction solution containing Co 2+ and Fe 2+ in various molar ratios according to Comparative Example 1 of the present invention; It is a graph showing the measurement result.
15 is a graph showing the voltage-current measurement results using the linear scanning potential method of a catalyst made of an iron (III) nitrate solution and an iron (III) nitrate + cobalt nitrate (II) reaction solution according to Comparative Example 2 of the present invention. .
16 is a synthesis result of nickel-iron-cobalt layered double hydroxide using an FTO transparent electrode and carbon cloth according to Comparative Example 3 of the present invention, (a) a photograph before and after the reaction of the FTO transparent electrode and the carbon cloth electrode, ( b) FE-SEM image of FTO transparent electrode after reaction, (c) FE-SEM image of carbon cloth electrode after reaction, (d) voltage-current using linear scanning potential method before and after reaction between FTO transparent electrode and carbon cloth It is a graph showing the measurement result.

본 발명은 2가 철염 및 2가 코발트염을 포함하는 용액에 니켈 기판을 침지시키는 제 1 단계; 및 제 1 단계에서 얻어진 니켈 기판을 상온에서 건조시키는 제 2 단계;를 포함하는 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 제조 방법으로서, 상기 2가 철염 및 2가 코발트염의 몰 비가 1.5:1 내지 2.5:1 인, 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a first step of immersing a nickel substrate in a solution containing a divalent iron salt and a divalent cobalt salt; and a second step of drying the nickel substrate obtained in the first step at room temperature; 1 It relates to a method for preparing a phosphorus, nickel-iron-cobalt layered double hydroxide.

이하, 본 발명의 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 제조 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the manufacturing method of the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide of the present invention will be described in detail as follows.

먼저, 니켈 기판을 2가 철염 및 2가 코발트염을 포함하는 용액에 침지시킨다. 이 때, 용액내 2가 철염 및 2가 코발트염의 몰 비는 1.5:1 내지 2.5:1 이며, 일 구체예에 있어서 용액내 2가 철염 및 2가 코발트염의 몰 비는 2:1 이나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이는 코발트염의 비율이 너무 높으면 나노시트 구조 위에 나노시트가 형성되는 과성장이 진행되며, 상기 몰 비를 만족한다면 낮은 과전압을 가질 수 있기 때문이다. First, a nickel substrate is immersed in a solution containing a divalent iron salt and a divalent cobalt salt. At this time, the molar ratio of the divalent iron salt and the divalent cobalt salt in the solution is 1.5:1 to 2.5:1, and in one embodiment, the molar ratio of the divalent iron salt and the divalent cobalt salt in the solution is 2:1, but limited thereto it's not going to be This is because, if the ratio of the cobalt salt is too high, overgrowth in which a nanosheet is formed on the nanosheet structure proceeds, and if the molar ratio is satisfied, a low overvoltage may be obtained.

제 1 단계의 용액에는 철염으로 2가 철염을 포함한다. 2가 철염이 3가 철염보다 증착 속도가 1000배 정도 빠르기 때문이다.The solution of the first step contains a divalent iron salt as an iron salt. This is because the deposition rate of the divalent iron salt is about 1000 times faster than that of the trivalent iron salt.

용액내의 2가 철염 및 2가 코발트염에 포함되는 음이온으로는 각각 탄산 음이온, 탄산수소 음이온, 황산 음이온, 아질산 음이온, 질산 음이온, 인산 음이온, 아인산 음이온, 수산화 음이온 및 할로겐 음이온으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 음이온일 수 있다. 일 구체예에 있어서, 2가 철염에 포함되는 음이온은 황산 음이온이고, 2가 코발트염에 포함되는 음이온은 질산 음이온이며, 이에 제한되는 것은 아니다.The anions contained in the divalent iron salt and the divalent cobalt salt in the solution are 1 selected from the group consisting of carbonate anion, hydrogen carbonate anion, sulfate anion, nitrite anion, nitrate anion, phosphate anion, phosphite anion, hydroxide anion and halogen anion, respectively. It may be more than one anion. In one embodiment, the anion included in the divalent iron salt is a sulfate anion, and the anion included in the divalent cobalt salt is a nitrate anion, but is not limited thereto.

제 1 단계를 통해 2가 니켈, 2가 철, 2가 코발트 금속 양이온을 가지는 니켈-철-코발트 수산화물이 니켈 기판상에 증착될 수 있다.In the first step, nickel-iron-cobalt hydroxide having divalent nickel, divalent iron, and divalent cobalt metal cations may be deposited on the nickel substrate.

본원의 일 구체예에서, 니켈 기판은 니켈 폼이다. 이는 가격이 저렴하고, 다공성 구조로 표면적이 넓어 니켈-철-코발트 층상이중수산화물을 많이 증착시킬 수 있기 때문이다.In one embodiment of the present disclosure, the nickel substrate is a nickel foam. This is because it is inexpensive and has a large surface area due to its porous structure, so that a large amount of nickel-iron-cobalt layered double hydroxide can be deposited.

다음으로, 본 발명의 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 제조 방법은 상기 제 1 단계에서 얻어진 니켈 기판을 상온에서 건조시키는 제 2 단계를 포함한다. 제 2 단계를 통해 니켈 기판 상에 증착된 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 철 산화수가 2에서 3으로 자기 산화된다. 이는 도 2에 나타난 바와 같이, 니켈 기판의 색이 옅은 초록색에서 갈색으로 변하는 것을 통해 확인할 수 있다.Next, the method for producing a nickel-iron-cobalt layered double hydroxide of the present invention includes a second step of drying the nickel substrate obtained in the first step at room temperature. Through the second step, the iron oxidation number of the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide deposited on the nickel substrate is self-oxidized from 2 to 3. This can be confirmed by changing the color of the nickel substrate from light green to brown, as shown in FIG. 2 .

상기 제조 방법에 따라 제조된 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 층 간에는 보상이온인 탄산이온(CO3 2-), 황산이온(SO4 2-), 질산이온(NO3 -) 등이 존재할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.Compensation ions carbonate ions (CO 3 2- ), sulfate ions (SO 4 2- ), nitrate ions (NO 3 - ), etc. may exist between the layers of the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide prepared according to the above preparation method. and is not limited thereto.

또한, 본 발명은 상기 제조 방법에 따라 제조된 니켈-철-코발트 층상이중수산화물 및 이를 포함하는 전기 화학적 촉매에 관한 것이고, 상기 니켈-철-코발트 층상이중수산화물은 수전해의 산소 촉매 반응에서의 전기 화학적 촉매로 응용될 수 있다.In addition, the present invention relates to a nickel-iron-cobalt layered double hydroxide prepared according to the above production method and an electrochemical catalyst comprising the same, wherein the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide is an electrochemical reaction in an oxygen catalytic reaction of water electrolysis. It can be applied as a chemical catalyst.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예 및 첨부된 도면은 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following examples and accompanying drawings are provided so that those of ordinary skill in the art can fully understand the present invention, and can be modified in various other forms, and the scope of the present invention is described below. It is not limited to the embodiment and the accompanying drawings.

실시예 1-니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 제조Example 1 Preparation of Nickel-Iron-Cobalt Layered Double Hydroxide

니켈 폼(1.5 x 5 cm)을 2 M HCl에 담지하고 초음파 세척하여 표면의 산화층을 제거한 뒤, 증류수와 에탄올로 수회 세척하였다. 20 mM 코발트(II)질산과 40 mM 황산철(II) 혼합 금속염 용액 30 ml을 준비하고, 상기 니켈 폼을 5시간 동안(옅은 초록색을 띌 때까지) 상기 혼합 금속염 용액에 침지하였다. 그 후, 니켈 폼을 증류수로 수회 세척한 뒤, 12시간 동안 상온에서 건조하였다. 이 때, 상기 코발트(II)질산과 황산철(II) 혼합 금속염 용액의 Co2+와 Fe2+의 몰 비율은 1:2이다.Nickel foam (1.5 x 5 cm) with 2 M After immersion in HCl and ultrasonic washing to remove the oxide layer on the surface, it was washed several times with distilled water and ethanol. 30 ml of a mixed metal salt solution of 20 mM cobalt (II) nitric acid and 40 mM iron (II) sulfate was prepared, and the nickel foam was immersed in the mixed metal salt solution for 5 hours (until it turned pale green). After that, the nickel foam was washed several times with distilled water and dried at room temperature for 12 hours. At this time, the molar ratio of Co 2+ and Fe 2+ in the cobalt (II) nitric acid and iron (II) sulfate mixed metal salt solution is 1:2.

코발트(II)질산과 황산철(II)의 혼합 금속염 용액에 담지된 후의 니켈폼은 옅은 초록색을 띄며, 상온에서 건조된 후에는 갈색을 띤다. 이는 건조 전에는 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 철의 산화수가 2이며 상온에서 건조된 후에는 산화수가 3으로 자기 산화(self-oxidation)을 거치기 때문이다. 니켈폼 그 자체, 코발트(II)질산과 황산철(II) 혼합 금속염 용액에 담지 후 건조 전 및 건조후의 단계별 사진을 도 2에 도시하였다. After being supported in a mixed metal salt solution of cobalt (II) nitric acid and iron (II) sulfate, the nickel foam has a pale green color, and is brown after drying at room temperature. This is because the oxidation number of iron in the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide before drying is 2, and after drying at room temperature, the oxidation number is 3 and undergoes self-oxidation. Step-by-step photos before and after drying after immersion in nickel foam itself, a mixed metal salt solution of cobalt (II) nitric acid and iron (II) sulfate, are shown in FIG. 2 .

또한, 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 건조 전과 건조 후의 철 2p XPS 분석결과를 도 3에 도시하였다. 철 2p 오비탈의 결합 에너지가 건조 후에 약 0.5 eV 정도 증가한 것을 알 수 있는데 이는 철의 자기산화 과정에 의한 것이다. In addition, the results of the iron 2p XPS analysis before and after drying of the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide are shown in FIG. 3 . It can be seen that the binding energy of the iron 2p orbital increased by about 0.5 eV after drying, which is due to the self-oxidation process of iron.

실시예 1의 방법으로 합성된 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 표면을 분석한 FE-SEM 이미지를 도 4에 도시하였다. 평균 크기가 200 - 300 nm인 이차원 나노시트(nanosheet) 구조가 고르게 성장한 것을 볼 수 있다. The FE-SEM image of the surface analysis of the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide synthesized by the method of Example 1 is shown in FIG. 4 . It can be seen that the two-dimensional nanosheet structure with an average size of 200 - 300 nm grows evenly.

실시예 1의 나노시트의 HRTEM-EDS 원소 매핑 (mapping)분석을 도 5에 나타내었다. 도 5로부터 나노시트 구조에 니켈, 철, 코발트가 고르게 분포돼 있는 것을 알 수 있다. 이 때, 나노시트 구조 내 니켈: 철: 코발트의 원소비율은 4: 5: 10이다. HRTEM-EDS element mapping analysis of the nanosheet of Example 1 is shown in FIG. 5 . It can be seen from FIG. 5 that nickel, iron, and cobalt are evenly distributed in the nanosheet structure. At this time, the element ratio of nickel: iron: cobalt in the nanosheet structure is 4: 5: 10.

니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 XRD분석을 도 6에 나타내었으며, 도 6으로부터 실시예 1에 따라 합성된 니켈-철-코발트 층상이중수산화물이 무정형임을 알 수 있다. The XRD analysis of the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide is shown in FIG. 6 , and it can be seen from FIG. 6 that the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide synthesized according to Example 1 is amorphous.

니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 FT-IR분석을 도 7 에 나타내었으며, 도 7로부터 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 층 간에 보상이온인 탄산이온(CO3 2-)과 황산이온(SO4 2-)이 존재함을 알 수 있다.The FT-IR analysis of the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide is shown in FIG. 7, and from FIG. 7, carbonate ions (CO 3 2- ) and sulfate ions (SO It can be seen that 4 2- ) exists.

니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 XPS survey결과를 도 8에 나타내었으며, 도 8로부터 구성원소인 니켈, 철, 코발트, 산소가 존재함을 알 수 있다. 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 각 원소에 대한 XPS 분석을 도 9에 나타내었으며, 철은 3가, 코발트는 2가, 니켈은 2가의 산화수로 이루어짐을 알 수 있다. 또한 도 9(d)에 도시한 산소 1s XPS분석을 통해 525.5 eV은 표면에 흡착된 물에 관련된 피크이고, 531.3 eV은 금속 옥시수산화물에 해당하고, 529.5 eV의 피크는 금속 수산화물과 관련된 것임을 확인할 수 있다.The XPS survey result of the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide is shown in FIG. 8, and it can be seen from FIG. 8 that the constituent elements nickel, iron, cobalt, and oxygen are present. The XPS analysis of each element of the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide is shown in FIG. 9, and it can be seen that iron has trivalent oxidation numbers, cobalt has divalent oxidation numbers, and nickel has divalent oxidation numbers. In addition, through the oxygen 1s XPS analysis shown in Fig. 9(d), it can be confirmed that 525.5 eV is a peak related to water adsorbed on the surface, 531.3 eV corresponds to metal oxyhydroxide, and the peak at 529.5 eV is related to metal hydroxide. have.

실시예 2-니켈-철-코발트 층상이중수산화물에 대한 산소 생성 반응의 전기화학 촉매활성도 측정Example 2 Measurement of electrochemical catalytic activity of oxygen production reaction for nickel-iron-cobalt layered double hydroxide

3전극 시스템을 구성하여 1M KOH 에서 산소 발생 실험을 진행하여 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 산소 생성 반응의 전기화학 촉매활성도를 확인하였다. 구체적으로, 작동전극(working electrode)으로 실시예 1에서 제조한 니켈-철-코발트 층상이중수산화물과 니켈 폼을 사용하였고, 상대전극으로 백금 코일을, 기준전극으로 수은-산화수은(Hg/HgO) 전극을 사용하였다. 이 때, 작동전극의 면적은 1 x 1 cm로 고정시켰다.The three-electrode system was constructed and an oxygen generation experiment was conducted in 1M KOH to confirm the electrochemical catalytic activity of the oxygen generation reaction of nickel-iron-cobalt layered double hydroxide. Specifically, nickel-iron-cobalt layered double hydroxide and nickel foam prepared in Example 1 were used as working electrodes, a platinum coil as a counter electrode, and a mercury-mercury oxide (Hg/HgO) electrode as a reference electrode. was used. At this time, the area of the working electrode was fixed to 1 x 1 cm.

도 10a에 선형주사전위법(Linear sweep voltammetry, LSV)으로 측정한 전류-전압 그래프를 도시하였다. 일반적으로, 전류밀도가 10 mA·cm-2일 때 필요한 과전압(η = E - 1.23V)을 측정하여 전기화학적 촉매활성도를 평가한다. 도 10a 로부터 실시예 1에서 제조된 니켈-철-코발트 층상이중수산화물은 220 mV의 과전압을 가지고, 순수한 니켈 폼은 404 mV의 과전압을 가짐을 알 수 있다. FIG. 10A shows a current-voltage graph measured by linear sweep voltammetry (LSV). In general, when the current density is 10 mA·cm -2 , the required overvoltage ( η = E - 1.23V) is measured to evaluate the electrochemical catalytic activity. It can be seen from FIG. 10a that the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide prepared in Example 1 has an overvoltage of 220 mV, and the pure nickel foam has an overvoltage of 404 mV.

도 10b에 도시한 타펠(Tafel) 플롯을 통해서 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 타펠 기울기(Tafel slope)가 43 mV·dec-1로 니켈 폼의 타펠 기울기인 90 mV·dec-1보다 작음을 확인할 수 있다. 이는 니켈-철-코발트 층상이중수산화물이 우수한 전기화학 촉매 성능을 가짐을 나타낸다. Through the Tafel plot shown in FIG. 10b, the Tafel slope of nickel-iron-cobalt layered double hydroxide is 43 mV·dec -1 , which is smaller than 90 mV·dec -1 , which is the Tafel slope of nickel foam. can be checked This indicates that the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide has excellent electrochemical catalytic performance.

또한 안전성 평가를 위해 시간대전위차법으로 10 mA·cm-2의 전류밀도를 가하면서 전압변화를 관찰하였고 이를 도 10c에 도시하였다. 그리고 도 10d에 나타낸 바와 같이, 1000회의 순환전압전류법으로 산소 생성 반응을 가한 후 선형주사전위법을 측정하여 초기의 전류-전압 그래프와 큰 차이가 없다는 것을 확인하였다. 이는 제조된 니켈-철-코발트 층상이중수산화물이 우수한 내구성을 가짐을 나타낸다. 특히, 도 11에 나타낸 바와 같이, 안정성 테스트 후 FE-SEM을 통한 표면분석을 진행하여 산소 생성 반응 조건에서도 큰 변화없이 나노시트 구조를 잘 가지고 있음을 확인할 수 있다.In addition, for safety evaluation, a voltage change was observed while applying a current density of 10 mA·cm −2 using the time-to-potential method, and this is shown in FIG. 10C . And, as shown in FIG. 10D , after the oxygen generation reaction was applied by 1000 cycles of cyclic voltammetry, the linear scanning voltammetry was measured, and it was confirmed that there was no significant difference from the initial current-voltage graph. This indicates that the prepared nickel-iron-cobalt layered double hydroxide has excellent durability. In particular, as shown in FIG. 11 , after the stability test, surface analysis through FE-SEM was performed to confirm that the nanosheet structure was well maintained without significant change even under oxygen production reaction conditions.

실시예 3-대면적의 니켈 폼 기판위에 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 제조Example 3 Preparation of nickel-iron-cobalt layered double hydroxide on a large-area nickel foam substrate

실시예 1의 니켈 폼을 여러 형태의 대면적의 니켈 폼을 사용한 것 외에 실시예 1에 기재되어 있는 제조 방법과 동일하게 실시하였다. 구체적으로는 반응용액의 코발트(II)질산과 황산철(II)의 몰 농도 및 반응용액의 니켈 폼 면적 당 반응용액의 비율을 실시예 1에서 시행한 값과 동일하게 하였다. 실시예 3에서 사용된 여러 형태의 대면적의 니켈 폼에 성장된 니켈-철-코발트 층상이중수산화물을 도 12에 나타내었다.The nickel foam of Example 1 was carried out in the same manner as in the manufacturing method described in Example 1, except that various types of large-area nickel foam were used. Specifically, the molar concentrations of cobalt (II) nitric acid and iron (II) sulfate in the reaction solution and the ratio of the reaction solution per nickel foam area of the reaction solution were the same as those of Example 1. 12 shows nickel-iron-cobalt layered double hydroxide grown on various types of large-area nickel foam used in Example 3.

도 12로부터 니켈 폼 기판의 면적이나 크기에 상관없이 니켈-철-코발트 층상이중수산화물이 니켈 폼 기판 위에 고르게 성장할 수 있음을 확인할 수 있다From FIG. 12, it can be confirmed that the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide can grow evenly on the nickel foam substrate regardless of the area or size of the nickel foam substrate.

비교예 1-반응용액 내 CoComparative Example 1- Co in the reaction solution 2+2+ 와 Fewith Fe 2+2+ 의 몰 비율을 달리하여 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 제조Preparation of nickel-iron-cobalt layered double hydroxide by varying the molar ratio of

코발트(II)질산과 황산철(II) 혼합 금속염 용액에서의 Co2+와 Fe2+의 몰 비율을 3:1, 2:1, 1:1, 1:3 로 하는 것 외에 실시예 1의 제조방법과 동일하게 실시하였다. In Example 1, except that the molar ratio of Co 2+ and Fe 2+ in the cobalt (II) nitric acid and iron (II) sulfate mixed metal salt solution was 3:1, 2:1, 1:1, 1:3 It was carried out in the same manner as in the manufacturing method.

도 13에 Co2+와 Fe2+를 다양한 몰 비율로 포함하는 반응용액을 이용하여 제조한 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 FE-SEM를 나타내었다. 이로부터 반응용액의 Co2+와 Fe2+의 몰 비율과 상관없이 나노시트 구조를 가질 수 있으나, Co2+의 비율이 높으면 나노시트 구조 위에 나노시트가 형성되는 과성장이 진행되는 것을 확인할 수 있다. FIG. 13 shows FE-SEM of nickel-iron-cobalt layered double hydroxide prepared using reaction solutions containing Co 2+ and Fe 2+ in various molar ratios. From this, it can be confirmed that the nanosheet structure can be obtained regardless of the molar ratio of Co 2+ and Fe 2+ in the reaction solution, but when the ratio of Co 2+ is high, overgrowth in which the nanosheet is formed on the nanosheet structure proceeds. .

도 14에 반응용액의 Co2+와 Fe2+의 몰 비율에 따른 제조된 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 선형주사전위법으로 측정한 전압-전류 그래프를 나타내었다. 이로부터 Co2:Fe2+=1:2일 때 가장 낮은 과전압을 가지는 것을 확인할 수 있다.14 shows a voltage-current graph measured by the linear scanning potential method of the prepared nickel-iron-cobalt layered double hydroxide according to the molar ratio of Co 2+ and Fe 2+ in the reaction solution. From this, it can be confirmed that Co 2 :Fe 2+ =1:2 has the lowest overvoltage.

비교예 2-Comparative Example 2- 질산 철(III)과 코발트(II) 질산 반응용액을 이용한 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 제조Preparation of nickel-iron-cobalt layered double hydroxide using iron (III) nitrate and cobalt (II) nitrate reaction solution

실시예 1의 황산철(II) 및 코발트(II)질산의 혼합 용액을 질산철(III) 용액, 질산철(III) + 코발트 (II) 질산 용액으로 하는 것 외에는 실시예 1의 제조방법과 동일하게 실시하였다.Same as the preparation method of Example 1 except that the mixed solution of Example 1 of iron(II) sulfate and cobalt(II) nitric acid was used as iron(III) nitrate solution and iron(III) nitrate + cobalt(II) nitrate solution. was carried out.

도 15에 질산 철(III) 용액과 질산 철(III) + 코발트(II) 질산 용액으로 만들어진 촉매의 전압-전류 그래프를 나타내었다. 질산 철(III) 반응용액으로 제조한 촉매의 성능이 질산 철(III) + 코발트(II) 질산 반응용액으로 제조한 촉매보다 높은 걸 알 수 있다. FIG. 15 shows a voltage-current graph of a catalyst made of iron(III) nitrate solution and iron(III) nitrate + cobalt(II) nitrate solution. It can be seen that the performance of the catalyst prepared with the iron(III) nitrate reaction solution is higher than that of the catalyst prepared with the iron(III) nitrate + cobalt(II) nitrate reaction solution.

이는 각 금속수산화물의 용해도 곱 상수(solubility product constant)의 차이에 의한 것으로 판단되는데, 수산화철(III)의 용해도 곱 상수는 3.8·10-38로 수산화코발트(II)(1.6·10-18)와 수산화니켈((II)(1.6·10-14) 보다 매우 작다. 이러한 용해도 곱 상수의 차이는 니켈 폼 표면에서 형성되는 각 금속수산화물의 반응속도의 차이로 나타나며, 질산철(III) + 코발트(II) 질산 반응 용액을 사용하는 것은 균일한 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 합성에 적합하지 않음을 확인할 수 있다.This is judged to be due to the difference in the solubility product constant of each metal hydroxide. The solubility product constant of iron (III) hydroxide is 3.8·10 -38 , and cobalt (II) hydroxide (1.6·10 -18 ) and hydroxide It is much smaller than that of nickel ((II) (1.6·10 -14 ). This difference in solubility product constant is indicated by the difference in the reaction rate of each metal hydroxide formed on the surface of the nickel foam, and iron(III) nitrate + cobalt(II) It can be confirmed that using the nitric acid reaction solution is not suitable for the synthesis of a uniform nickel-iron-cobalt layered double hydroxide.

비교예 3-니켈 폼 기판이 아닌 다른 기판에 층상이중수산화물의 제조Comparative Example 3 - Preparation of layered double hydroxide on a substrate other than the nickel foam substrate

니켈 폼이 아닌 FTO(fluorine-doped tin oxide) 투명 기판과 카본클로스(carbon cloth) 를 사용하여 실시예 1과 같은 방법으로 층상이중수산화물 제조 실험을 진행하였다. 구체적으로는 반응 전에 FTO 투명 기판은 에탄올과 증류수를 이용해 30분간 초음파 처리한 뒤 세척하였고, 카본클로스는 산소플라즈마로 1분간 처리하여 표면을 에칭하였다. 그 외 나머지 조건들은 실시예 1의 제조 방법과 동일하게 실시하였다.A layered double hydroxide manufacturing experiment was carried out in the same manner as in Example 1 using a fluorine-doped tin oxide (FTO) transparent substrate and carbon cloth instead of nickel foam. Specifically, before the reaction, the FTO transparent substrate was sonicated for 30 minutes using ethanol and distilled water and then washed, and the carbon cloth was treated with oxygen plasma for 1 minute to etch the surface. Other conditions were carried out in the same manner as in the preparation method of Example 1.

FTO 투명전극과 카본클로스의 표면에 층상이중수산화물 제조하는 실험의 결과를 도 16에 나타내었다. 도 16(a)로부터 반응 전과 반응 후 FTO 투명전극과 카본클로스의 색 변화가 없는 것을 알 수 있고, 도 16(b)와 (c)로부터 FTO 투명전극과 카본클로스의 표면에 나노시트 구조를 형성하지 못하는 것을 알 수 있다. 또한 도 16(d)에 도시한 전압-전류 그래프로부터 반응 후 FTO 투명전극과 카본클로스 표면에 어떠한 촉매도 형성되지 않았다는 것을 알 수 있다.Fig. 16 shows the results of an experiment for preparing a layered double hydroxide on the surface of the FTO transparent electrode and carbon cloth. It can be seen from Fig. 16 (a) that there is no color change between the FTO transparent electrode and the carbon cloth before and after the reaction, and from Fig. 16 (b) and (c), a nanosheet structure is formed on the surface of the FTO transparent electrode and the carbon cloth. know what you can't do. In addition, it can be seen from the voltage-current graph shown in Fig. 16(d) that no catalyst was formed on the surface of the FTO transparent electrode and the carbon cloth after the reaction.

Claims (7)

금속염으로 2가 철염 및 2가 코발트염만을 포함하는 용액에 니켈 기판을 침지시키는 제 1 단계; 및
제 1 단계에서 얻어진 니켈 기판을 상온에서 건조시키는 제 2 단계;
를 포함하는 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 제조 방법으로서,
상기 제 1 단계의 용액 내 2가 철염 및 2가 코발트염의 몰 비는 1.5:1 내지 2.5:1 이고,
제 1 단계만으로 니켈-철-코발트 층상이중수산화물이 니켈 기판상에 증착되는, 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 제조 방법.
A first step of immersing the nickel substrate in a solution containing only a divalent iron salt and a divalent cobalt salt as a metal salt; and
a second step of drying the nickel substrate obtained in the first step at room temperature;
A method for producing a nickel-iron-cobalt layered double hydroxide comprising:
The molar ratio of the divalent iron salt and the divalent cobalt salt in the solution of the first step is 1.5:1 to 2.5:1,
A method for producing a nickel-iron-cobalt layered double hydroxide, wherein the nickel-iron-cobalt layered double hydroxide is deposited on a nickel substrate in only a first step.
제 1 항에 있어서,
상기 2가 철염 및 2가 코발트염에 포함되는 음이온은 각각 탄산 음이온, 탄산수소 음이온, 황산 음이온, 아질산 음이온, 질산 음이온, 인산 음이온, 아인산 음이온, 수산화 음이온 및 할로겐 음이온으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 제조 방법.
The method of claim 1,
The anions contained in the divalent iron salt and the divalent cobalt salt are each selected from the group consisting of a carbonate anion, a hydrogen carbonate anion, a sulfate anion, a nitrite anion, a nitrate anion, a phosphate anion, a phosphite anion, a hydroxide anion, and a halogen anion. Method for producing the above nickel-iron-cobalt layered double hydroxide.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 단계의 용액 내 2가 철염 및 2가 코발트염의 몰 비가 2:1 인 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 제조 방법.
The method of claim 1,
A method for producing a nickel-iron-cobalt layered double hydroxide wherein the molar ratio of the divalent iron salt and the divalent cobalt salt in the solution of the first step is 2:1.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 단계는 철의 자기 산화(self-oxidation) 에 의해 철의 산화수가 2에서 3이 되는 것인 니켈-철-코발트 층상이중수산화물의 제조 방법.
The method of claim 1,
The second step is a method for producing a nickel-iron-cobalt layered double hydroxide wherein the oxidation number of iron is changed from 2 to 3 by self-oxidation of iron.
삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020200054671A 2020-05-07 2020-05-07 Method For Preparing NiFeCo-Layered Double Hydroxide KR102420669B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200054671A KR102420669B1 (en) 2020-05-07 2020-05-07 Method For Preparing NiFeCo-Layered Double Hydroxide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200054671A KR102420669B1 (en) 2020-05-07 2020-05-07 Method For Preparing NiFeCo-Layered Double Hydroxide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210136430A KR20210136430A (en) 2021-11-17
KR102420669B1 true KR102420669B1 (en) 2022-07-14

Family

ID=78702905

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200054671A KR102420669B1 (en) 2020-05-07 2020-05-07 Method For Preparing NiFeCo-Layered Double Hydroxide

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102420669B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240054563A (en) 2022-10-19 2024-04-26 건국대학교 산학협력단 Method for producing water electrolysis catalyst based on layered double hydroxide comprising phosphorous n-doped carbon

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114314780A (en) * 2021-12-08 2022-04-12 重庆大学 Application of diatomite-loaded magnetic nickel-iron layered double hydroxide as blue algae flocculant
KR102419093B1 (en) * 2021-12-29 2022-07-07 경희대학교 산학협력단 Layered double hydroxide composite, preparation method thereof and catalyst for oxygen evolution reaction comprising the same
KR102590111B1 (en) * 2021-12-30 2023-10-16 충남대학교산학협력단 Metal layered double hydroxide nanosheet, method for manufacturing same, and electrocatalyst for oxygen evolution reaction comprising same
CN114808001B (en) * 2022-03-29 2023-04-18 宁波大学 Preparation method and application of Co-doped NiCr-LDHs foamed nickel nanosheet
CN115044939B (en) * 2022-06-23 2023-08-18 中国科学院大连化学物理研究所 Preparation method and application of self-supporting nickel-based double-metal hydroxide oxygen evolution electrode
CN115094475B (en) * 2022-07-04 2024-04-16 河北工业大学 Electrode material with high-performance oxygen evolution catalytic activity and preparation method thereof
CN115404509A (en) * 2022-08-09 2022-11-29 电子科技大学 Self-repairing oxygen evolution catalyst and preparation method and application thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020034007A1 (en) 2018-08-16 2020-02-20 Newsouth Innovations Pty Limited Trimetallic layered double hydroxide composition

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100482653B1 (en) * 2002-06-03 2005-04-13 한국화학연구원 Process for preparing nano-fabrication of inorganic thin films by microwave irradiation

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020034007A1 (en) 2018-08-16 2020-02-20 Newsouth Innovations Pty Limited Trimetallic layered double hydroxide composition

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ACS SUSTAINABLE CHEM. ENG. 2019 7 10035-10043*
Chem. Sci. 2015 6 6624-6631*
Electrochimica Acta 317 (2019) 83-92

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240054563A (en) 2022-10-19 2024-04-26 건국대학교 산학협력단 Method for producing water electrolysis catalyst based on layered double hydroxide comprising phosphorous n-doped carbon

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210136430A (en) 2021-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102420669B1 (en) Method For Preparing NiFeCo-Layered Double Hydroxide
Tan et al. Controllable synthesis and phase-dependent catalytic performance of dual-phase nickel selenides on Ni foam for overall water splitting
US11421333B2 (en) High performance earth-abundant electrocatalysts for hydrogen evolution reaction and other reactions
Han et al. Zn doped FeCo layered double hydroxide nanoneedle arrays with partial amorphous phase for efficient oxygen evolution reaction
Ye et al. A three-dimensional nickel–chromium layered double hydroxide micro/nanosheet array as an efficient and stable bifunctional electrocatalyst for overall water splitting
Liu et al. Shining light on anion-mixed nanocatalysts for efficient water electrolysis: fundamentals, progress, and perspectives
Anantharaj et al. Core-oxidized amorphous cobalt phosphide nanostructures: an advanced and highly efficient oxygen evolution catalyst
Qi et al. Cu2Se nanowires shelled with NiFe layered double hydroxide nanosheets for overall water-splitting
Ouyang et al. A self-supported NiCo 2 O 4/Cu x O nanoforest with electronically modulated interfaces as an efficient electrocatalyst for overall water splitting
Evans et al. Electrochemical synthesis and investigation of stoichiometric, phase-pure CoSb2O6 and MnSb2O6 electrodes for the oxygen evolution reaction in acidic media
JP6406682B1 (en) Electrode production method and hydrogen production method
JP2022169613A (en) Electrocatalyst composition comprising noble metal oxide supported on tin oxide
US20130068613A1 (en) Amorphous transition metal sulphide films or solids as efficient electrocatalysts for hydrogen production from water or aqueous solutions
KR101670929B1 (en) Catalytic materials and electrodes for oxygen evolution, and systems for electrochemical reaction
KR102173226B1 (en) Catalytic materials and electrodes for oxygen evolution, and systems for electrochemical reaction
KR102065680B1 (en) Hierarchical Nanostructure of Transition Metal Sulfides, Hydrogen Evolution Reaction Catalysts, and the Fabrication Method Thereof
KR20210006216A (en) Water-spliting electrocatalyst and manufacturing method thereof
KR102499949B1 (en) Electrocatalyst for water electrolysis and preparing method of the same
CN114540831B (en) Nickel-iron bimetallic coordination polymer catalyst for water electrolysis and preparation method thereof
KR101984408B1 (en) Cathode for Water Electrolysis and Manufacturing Method Thereof
Raja et al. Hybrid ternary NiCoCu layered double hydroxide electrocatalyst for alkaline hydrogen and oxygen evolution reaction
US20220333258A1 (en) Electrode for high-performance alkaline water electrolysis, and manufacturing method therefor
Sun et al. An efficient amorphous ternary transition metal boride (WFeNiB) electrocatalyst for oxygen evolution from water
JP2023523614A (en) Anion-exchange membrane electrolyzer with platinum-group metal-free self-supporting oxygen-evolving electrodes
KR102566147B1 (en) METHOD OF SUBSTITUTING NICKEL(Ni) WITH COPPER(Cu) IN A SPINEL STRUCTURE FOR IMPROVING ELECTROCHEMICAL PERFORMANCE AND OXYGEN REVOLUTION REACTION

Legal Events

Date Code Title Description
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant