KR102456504B1 - Catalyst for generating hydrogen peroxide by using oxygen reduction reaction and water oxidation reaction and apparatus of generating hydrogen peroxide having the same - Google Patents

Catalyst for generating hydrogen peroxide by using oxygen reduction reaction and water oxidation reaction and apparatus of generating hydrogen peroxide having the same Download PDF

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KR102456504B1 KR1020210003140A KR20210003140A KR102456504B1 KR 102456504 B1 KR102456504 B1 KR 102456504B1 KR 1020210003140 A KR1020210003140 A KR 1020210003140A KR 20210003140 A KR20210003140 A KR 20210003140A KR 102456504 B1 KR102456504 B1 KR 102456504B1
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Abstract

본 발명은, 팔라듐과 같은 귀금속을 사용하지 않음으로써 경제적이고 간단한 설비로서, 산소 환원반응과 물 산화반응을 이용하여 캐소드와 애노드에서 모두에서 과산화수소를 발생시킬 수 있는 과산화수소 발생용 촉매체 및 이를 포함하는 과산화수소 발생장치를 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따른 과산화수소 발생장치는, 애노드; 상기 애노드를 마주보고 배치되고, 산소가 공급되는 캐소드; 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 배치되고, 물을 포함하는 전해질; 상기 애노드에 배치되고, 상기 물을 산화반응시켜 과산화수소를 발생시키는 제1 촉매체; 및 상기 캐소드에 배치되고, 상기 산소를 환원반응시켜 과산화수소를 발생시키는 제2 촉매체;를 포함한다.The present invention is an economical and simple facility by not using a noble metal such as palladium, and a catalyst for generating hydrogen peroxide that can generate hydrogen peroxide from both the cathode and the anode using oxygen reduction reaction and water oxidation reaction, and a catalyst comprising the same A hydrogen peroxide generator is provided. A device for generating hydrogen peroxide according to an embodiment of the present invention includes: an anode; a cathode disposed facing the anode and supplied with oxygen; an electrolyte disposed between the anode and the cathode and comprising water; a first catalyst body disposed on the anode and oxidizing the water to generate hydrogen peroxide; and a second catalyst disposed on the cathode and reducing the oxygen to generate hydrogen peroxide.

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Figure 112021003123938-pat00001

Description

산소 환원반응과 물 산화반응을 이용하는 과산화수소 발생용 촉매체 및 이를 포함하는 과산화수소 발생장치{Catalyst for generating hydrogen peroxide by using oxygen reduction reaction and water oxidation reaction and apparatus of generating hydrogen peroxide having the same}Catalyst for generating hydrogen peroxide by using oxygen reduction reaction and water oxidation reaction and apparatus of generating hydrogen peroxide having the same

본 발명의 기술적 사상은 과산화수소 발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산소 환원반응과 물 산화반응을 이용하는 과산화수소 발생용 촉매체 및 이를 포함하는 과산화수소 발생장치에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to a hydrogen peroxide generator, and more particularly, to a catalyst for generating hydrogen peroxide using an oxygen reduction reaction and a water oxidation reaction, and a hydrogen peroxide generator including the same.

과산화수소는 강력한 산화력이 있어, 소독제, 산화제, 표백제, 촉매, 화학적 합성, 수처리, 펄프 및 제지 제조, 등 다양한 산업계에서 사용되고 있다. 또한, 과산화수소는 친환경적인 특성으로 인해 염소를 대체할 수 있고, 산소의 발생 및 공급을 필요로 하는 분야에서 사용될 수 있다. 종래의 과산화수소의 생산은 대부분 안트라퀴논 산화(anthraquinone oxidation)를 이용하며, 상기 방법은 에너지 소비량이 높고, 귀금속인 팔라듐 (Pd) 금속을 사용하는 등 장치 비용이 높은 한계가 있다. 또한, 종래의 과산화수소의 전기화학적 생산 방식은 산소의 환원 반응을 통하여 생산이 가능하므로 캐소드에서만 과산화수소가 생성되므로, 과산화수소의 생성 효율이 낮은 한계가 있다.Hydrogen peroxide has strong oxidizing power and is used in various industries such as disinfectant, oxidizing agent, bleaching agent, catalyst, chemical synthesis, water treatment, and pulp and paper manufacturing. In addition, hydrogen peroxide can replace chlorine due to its eco-friendly properties, and can be used in fields requiring generation and supply of oxygen. Conventional production of hydrogen peroxide mostly uses anthraquinone oxidation, and the method has high energy consumption and high device cost, such as using palladium (Pd) metal, which is a noble metal. In addition, since the conventional electrochemical production method of hydrogen peroxide can be produced through the reduction reaction of oxygen, hydrogen peroxide is produced only at the cathode, so there is a limitation in that the production efficiency of hydrogen peroxide is low.

한국특허출원번호 제10-2020-0044008호Korean Patent Application No. 10-2020-0044008

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 팔라듐과 같은 귀금속을 사용하지 않음으로써 경제적이고 간단한 설비로서, 산소 환원반응과 물 산화반응을 이용하여 캐소드와 애노드에서 모두에서 과산화수소를 발생시킬 수 있는 과산화수소 발생용 촉매체 및 이를 포함하는 과산화수소 발생장치를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the technical idea of the present invention is as an economical and simple facility by not using a noble metal such as palladium, hydrogen peroxide that can generate hydrogen peroxide in both the cathode and the anode using oxygen reduction reaction and water oxidation reaction To provide a catalyst for generation and a hydrogen peroxide generator including the same.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, these tasks are exemplary, and the technical spirit of the present invention is not limited thereto.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 과산화수소 발생장치는, 애노드; 상기 애노드를 마주보고 배치되고, 산소가 공급되는 캐소드; 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 배치되고, 물을 포함하는 전해질; 상기 애노드에 배치되고, 상기 물을 산화반응시켜 과산화수소를 발생시키는 제1 촉매체; 및 상기 캐소드에 배치되고, 상기 산소를 환원반응시켜 과산화수소를 발생시키는 제2 촉매체;를 포함할 수 있다.A device for generating hydrogen peroxide according to the technical idea of the present invention for achieving the above technical problem is an anode; a cathode disposed facing the anode and supplied with oxygen; an electrolyte disposed between the anode and the cathode and comprising water; a first catalyst body disposed on the anode and oxidizing the water to generate hydrogen peroxide; and a second catalyst disposed on the cathode and reducing the oxygen to generate hydrogen peroxide.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 촉매체 및 상기 제2 촉매체 중 적어도 어느 하나는, 이중층 R-P 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, at least one of the first catalyst body and the second catalyst body may include a double-layered R-P perovskite material.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 촉매체는, 상기 R-P 페로브스카이트 물질로부터 용출된 전이 금속이 산화되어 형성된 금속 산화물이 촉매로 작용하여 물 산화반응을 발생시키고, 이에 따라 과산화수소를 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the first catalyst body, a metal oxide formed by oxidizing a transition metal eluted from the R-P perovskite material acts as a catalyst to generate a water oxidation reaction, and thus hydrogen peroxide can be formed

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제2 촉매체는, 상기 R-P 페로브스카이트 물질로부터 용출된 전이 금속이 촉매로 작용하여 산소 환원반응을 발생시키고, 이에 따라 과산화수소를 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the second catalyst body, the transition metal eluted from the R-P perovskite material acts as a catalyst to generate an oxygen reduction reaction, thereby forming hydrogen peroxide.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 촉매체 및 상기 제2 촉매체 중 적어도 어느 하나는, 하기의 화학식 1의 화합물을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, at least one of the first catalyst body and the second catalyst body may include a compound of Formula 1 below.

<화학식 1><Formula 1>

R0.5-xE0.5+xT1-y-zZnyCozO3-δ R 0.5-x E 0.5+x T 1-yz Zn y Co z O 3-δ

상기 화학식 1에서, 상기 R은 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 E는 알카리토 금속족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 T는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 및 0 < y+z < 1 이고, 상기 δ는 0 초과 내지 1 이하 범위를 가지는 양수로서, 상기 화학식 1의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.In Formula 1, R includes one or more elements selected from the lanthanide group, E includes one or more elements selected from the alkaline earth metal group, and T is one or more selected from transition metals. elements, wherein -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 0 < y < 1, 0 < z < 1, and 0 < y+z < 1, wherein δ is a positive number ranging from greater than 0 to less than or equal to 1, wherein the formula It is the value which makes the compound of 1 electrically neutral.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 R은, 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 란탄(La), 사마륨(Sm), 이트륨(Y), 스칸듐(Sc), 가돌리늄(Gd), 유로퓸(Eu), 터븀(Tb), 에르븀(Er), 또는 이들의 혼합물을 중 어느 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, R is praseodymium (Pr), neodymium (Nd), lanthanum (La), samarium (Sm), yttrium (Y), scandium (Sc), gadolinium (Gd), europium ( Eu), terbium (Tb), erbium (Er), or a mixture thereof may be included.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 E는, 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 라듐(Ra) 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, E is any one of barium (Ba), strontium (Sr), beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), radium (Ra), or a mixture thereof. may include

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 T는, 철(Fe), 망간(Mn), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 구리(Cu), 크롬(Cr), 니오븀(Nb) 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, T is iron (Fe), manganese (Mn), titanium (Ti), nickel (Ni), copper (Cu), chromium (Cr), niobium (Nb) or these It may contain any one of the mixtures.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 촉매체 및 상기 제2 촉매체 중 적어도 어느 하나는, 상기 화학식 1의 화합물에서, 아연 또는 코발트가 표면으로 용출될 수 있다.In an embodiment of the present invention, in at least one of the first catalyst and the second catalyst, in the compound of Formula 1, zinc or cobalt may be eluted to the surface.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 촉매체 및 상기 제2 촉매체 중 적어도 어느 하나는, 하기의 화학식 2의 화합물을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, at least one of the first catalyst body and the second catalyst body may include a compound of Formula 2 below.

<화학식 2><Formula 2>

Pr0.5-xSr0.5+xFe1-y-zZnyCozO3-δ Pr 0.5-x Sr 0.5+x Fe 1-yz Zn y Co z O 3-δ

상기 화학식 2에서, -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 및 0 < y+z < 1 이고, 상기 δ는 0 초과 내지 1 이하 범위를 가지는 양수로서, 상기 화학식 2의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.In Formula 2, -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 0 < y < 1, 0 < z < 1, and 0 < y+z < 1, wherein δ is a positive number having a range of greater than 0 to 1 or less, and the formula It is the value which makes the compound of 2 electrically neutral.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 촉매체 및 상기 제2 촉매체 중 적어도 어느 하나는, 하기의 화학식 3의 화합물을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, at least one of the first catalyst body and the second catalyst body may include a compound of Formula 3 below.

<화학식 3><Formula 3>

R0.5-xE0.5+xT1-yZnyO3-δ R 0.5-x E 0.5+x T 1-y Zn y O 3-δ

상기 화학식 3에서, 상기 R은 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 E는 알카리토 금속족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 T는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 및 0 < y < 1 이고, 상기 δ는 0 초과 내지 1 이하 범위를 가지는 양수로서, 상기 화학식 3의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.In Formula 3, R includes one or more elements selected from the lanthanide group, E includes one or more elements selected from the alkaline earth metal group, and T is one or more selected from transition metals Including elements, -0.5 ≤ x ≤ 0.5, and 0 < y < 1, wherein δ is a positive number having a range greater than 0 to 1 or less, and is a value that renders the compound of Formula 3 electrically neutral.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 촉매체 및 상기 제2 촉매체 중 적어도 어느 하나는, 하기의 화학식 4의 화합물을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, at least one of the first catalyst body and the second catalyst body may include a compound of Formula 4 below.

<화학식 4><Formula 4>

R0.5-xE0.5+xT1-zCozO3-δ R 0.5-x E 0.5+x T 1-z Co z O 3-δ

상기 화학식 4에서, 상기 R은 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 E는 알카리토 금속족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 T는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 및 0 < z < 1 이고, 상기 δ는 0 초과 내지 1 이하 범위를 가지는 양수로서, 상기 화학식 4의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.In Chemical Formula 4, R includes one or more elements selected from a lanthanide group, E includes one or more elements selected from an alkaline earth metal group, and T is one or more elements selected from a transition metal. Including elements, -0.5 ≤ x ≤ 0.5, and 0 < z < 1, wherein δ is a positive number having a range greater than 0 and less than or equal to 1, and is a value that renders the compound of Formula 4 electrically neutral.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 촉매체 및 상기 제2 촉매체 중 적어도 어느 하나는, Pr0.5Sr0.5Fe0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Nd0.5Sr0.5Fe0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, La0.5Sr0.5Fe0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Sm0.5Sr0.5Fe0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Pr0.5Sr0.5Mn0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Nd0.5Sr0.5Mn0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, La0.5Sr0.5Mn0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Sm0.5Sr0.5Mn0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Pr0.5Sr0.5Ti0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Nd0.5Sr0.5Ti0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, La0.5Sr0.5Ti0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Sm0.5Sr0.5Ti0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Pr0.5Sr0.5Ni0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Nd0.5Sr0.5Ni0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, La0.5Sr0.5Ni0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, 및 Sm0.5Sr0.5Ni0.75Zn0.125Co0.125O3-δ 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, at least one of the first catalyst body and the second catalyst body is Pr 0.5 Sr 0.5 Fe 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Nd 0.5 Sr 0.5 Fe 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , La 0.5 Sr 0.5 Fe 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Sm 0.5 Sr 0.5 Fe 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Pr 0.5 Sr 0.5 Mn 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Nd 0.5 Sr 0.5 Mn 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , La 0.5 Sr 0.5 Mn 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Sm 0.5 Sr 0.5 Mn 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Pr 0.5 Sr 0.5 Ti 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Nd 0.5 Sr 0.5 Ti 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , La 0.5 Sr 0.5 Ti 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Sm 0.5 Sr 0.5 Ti 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Pr 0.5 Sr 0.5 Ni 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Nd 0.5 Sr 0.5 Ni 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , La 0.5 Sr 0.5 Ni 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , and Sm 0.5 Sr 0.5 Ni 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ .

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전해질은 수소이온(H+)을 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에서 전달할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the electrolyte may transfer hydrogen ions (H + ) between the anode and the cathode.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 애노드와 상기 캐소드에 전력을 공급하는 전원;을 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a power supply for supplying power to the anode and the cathode; may further include.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 애노드와 상기 캐소드는 상기 전해질 내에 침지되어 위치할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the anode and the cathode may be located immersed in the electrolyte.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 캐소드로 공급되는 상기 산소는 상기 전해질에 포함된 잔류 산소를 이용하여 제공될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the oxygen supplied to the cathode may be provided using residual oxygen included in the electrolyte.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 캐소드에 인접하여 배치되고, 상기 전해질에 공기 또는 산소 기체를 주입하는 기체 주입부를 더 포함하고, 상기 캐소드로 공급되는 상기 산소는 상기 기체 주입부에 의하여 주입되는 상기 공기 또는 상기 산소 기체를 이용하여 제공될 수 있다.In one embodiment of the present invention, it is disposed adjacent to the cathode, further comprising a gas injection unit for injecting air or oxygen gas into the electrolyte, wherein the oxygen supplied to the cathode is injected by the gas injection unit It may be provided using the air or the oxygen gas.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 캐소드의 일측은 상기 전해질과 접촉할 수 있고, 상기 캐소드의 타측은 공기 또는 산소 기체와 직접 접촉하도록 노출될 수 있다.In one embodiment of the present invention, one side of the cathode may be in contact with the electrolyte, and the other side of the cathode may be exposed to be in direct contact with air or oxygen gas.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 과산화수소 발생용 촉매체는, 하기의 화학식 1의 화합물을 포함할 수 있다.A catalyst for generating hydrogen peroxide according to the technical idea of the present invention for achieving the above technical problem may include a compound of Formula 1 below.

<화학식 1><Formula 1>

R0.5-xE0.5+xT1-y-zZnyCozO3-δ R 0.5-x E 0.5+x T 1-yz Zn y Co z O 3-δ

상기 화학식 1에서, 상기 R은 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 E는 알카리토 금속족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 T는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 및 0 < y+z < 1 이고, 상기 δ는 0 초과 내지 1 이하 범위를 가지는 양수로서, 상기 화학식의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.In Formula 1, R includes one or more elements selected from the lanthanide group, E includes one or more elements selected from the alkaline earth metal group, and T is one or more selected from transition metals. elements, wherein -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 0 < y < 1, 0 < z < 1, and 0 < y+z < 1, wherein δ is a positive number ranging from greater than 0 to less than or equal to 1, wherein the formula It is the value that makes the compound of

본 발명의 기술적 사상에 따른 과산화수소 발생장치는 팔라듐과 같은 귀금속을 사용하지 않고, 촉매체로서 이중층 R-P 페로브스카이트 물질을 사용함으로써 경제적이고 간단한 장치로서 구현될 수 있고, 산소 환원반응과 물 산화반응을 이용하여 캐소드와 애노드에서 모두에서 과산화수소를 발생시킬 수 있다. 따라서, 과산화수소의 발생 효율을 증가시킬 수 있다.The hydrogen peroxide generator according to the technical idea of the present invention can be implemented as an economical and simple device by using a double-layer R-P perovskite material as a catalyst without using a noble metal such as palladium, and oxygen reduction reaction and water oxidation reaction can be used to generate hydrogen peroxide at both the cathode and anode. Therefore, it is possible to increase the generation efficiency of hydrogen peroxide.

상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The above-described effects of the present invention have been described by way of example, and the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 과산화수소 발생장치를 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 과산화수소 발생장치를 도시하는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 과산화수소 발생장치에 적용된 과산화수소 발생용 촉매체를 구성하는 이중층 R-P 페로브스카이트 물질을 도시하는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 과산화수소 발생장치에 적용된 과산화수소 발생용 촉매체에서 전이원소의 용출을 설명하는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 과산화수소 발생장치에 적용된 과산화수소 발생용 촉매체에서 과산화수소 발생 원리를 설명하는 모식도이다.
도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 과산화수소 발생장치에 적용된 과산화수소 발생용 촉매체의 X-선 회절패턴을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 과산화수소 발생장치에 적용된 과산화수소 발생용 촉매체에 대한 산소환원반응 시험 결과를 나타낸다.1 is a schematic diagram showing an apparatus for generating hydrogen peroxide according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram showing an apparatus for generating hydrogen peroxide according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram illustrating a double-layered RP perovskite material constituting a catalyst for generating hydrogen peroxide applied to a hydrogen peroxide generator according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram illustrating the elution of transition elements from a catalyst for generating hydrogen peroxide applied to a device for generating hydrogen peroxide according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram illustrating the principle of generating hydrogen peroxide from a catalyst for generating hydrogen peroxide applied to a device for generating hydrogen peroxide according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a catalyst for generating hydrogen peroxide applied to the device for generating hydrogen peroxide according to an embodiment of the present invention.
7 shows the oxygen reduction reaction test results for the catalyst for generating hydrogen peroxide applied to the hydrogen peroxide generator according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the technical idea of the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, The scope of the technical idea is not limited to the following examples. Rather, these embodiments are provided so as to more fully and complete the present disclosure, and to fully convey the technical spirit of the present invention to those skilled in the art. In the present specification, the same reference numerals refer to the same elements throughout. Furthermore, various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the technical spirit of the present invention is not limited by the relative size or spacing drawn in the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 과산화수소 발생장치(100)를 도시하는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a hydrogen peroxide generator 100 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 과산화수소 발생장치(100)는, 애노드(110), 캐소드(120) 애노드(110)와 캐소드(120) 사이에 배치되는 전해질(130), 제1 촉매체(140), 및 제2 촉매체(150)를 포함한다. 또한, 과산화수소 발생장치(100)는 전원(190)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the hydrogen peroxide generator 100 includes an anode 110 , a cathode 120 , an electrolyte 130 disposed between the anode 110 and the cathode 120 , a first catalyst body 140 , and A second catalyst body 150 is included. In addition, the hydrogen peroxide generator 100 may further include a power source 190 .

애노드(110)에는 제1 촉매체(140)가 배치될 수 있다. 애노드(110)에는 과산화수소를 발생시키는 원료물질로서 물이 공급될 수 있다.A first catalyst body 140 may be disposed on the anode 110 . Water may be supplied to the anode 110 as a raw material for generating hydrogen peroxide.

애노드(110)는 전도체를 포함할 수 있고, 예를 들어 금속 또는 탄소를 포함할 수 있다. 애노드(110)는, 예를 들어 아연(Zn), 바나듐(V) 크롬(Cr) 망간(Mn) 철(Fe) 코발트(Co) 니켈(Ni) 구리(Cu) 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 및 칼슘(Ca) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또는 애노드(110)는. 예를 들어 탄소 종이(carbon paper) 또는 금속 그물망(metal mesh) 등을 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 물질들은 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.The anode 110 may include a conductor, and may include, for example, a metal or carbon. The anode 110 is, for example, zinc (Zn), vanadium (V) chromium (Cr) manganese (Mn) iron (Fe) cobalt (Co) nickel (Ni) copper (Cu) aluminum (Al), magnesium (Mg) ), and at least one of calcium (Ca). Or the anode 110. For example, it may include carbon paper or a metal mesh. However, these materials are exemplary and the technical spirit of the present invention is not limited thereto.

캐소드(120)는 애노드(110)를 마주보고 배치될 수 있다. 캐소드(120)에는 제2 촉매체(150)가 배치될 수 있다.The cathode 120 may be disposed to face the anode 110 . The second catalyst body 150 may be disposed on the cathode 120 .

캐소드(120)에는 과산화수소를 발생시키는 원료물질로서 산소가 공급될 수 있다. 상기 산소의 공급은 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 캐소드(120)로 공급되는 상기 산소는 전해질(130)에 포함된 잔류 산소를 이용하여 제공될 수 있다.Oxygen may be supplied to the cathode 120 as a raw material for generating hydrogen peroxide. The supply of oxygen may be performed in various ways. The oxygen supplied to the cathode 120 may be provided using residual oxygen included in the electrolyte 130 .

또는, 과산화수소 발생장치(100)가 캐소드(120)에 인접하여 배치되고, 전해질(130)에 공기 또는 산소 기체를 주입하는 기체 주입부(170)를 더 포함하고, 캐소드(120)로 공급되는 상기 산소는 기체 주입부(170)에 의하여 주입되는 상기 공기 또는 상기 산소 기체를 이용하여 제공될 수 있다.Alternatively, the hydrogen peroxide generator 100 is disposed adjacent to the cathode 120 , and further includes a gas injection unit 170 for injecting air or oxygen gas into the electrolyte 130 , and is supplied to the cathode 120 . Oxygen may be provided using the air or the oxygen gas injected by the gas injection unit 170 .

캐소드(120)는 전도체를 포함할 수 있고, 예를 들어 금속 또는 탄소를 포함할 수 있다. 캐소드(120)는, 예를 들어 아연(Zn), 바나듐(V) 크롬(Cr) 망간(Mn) 철(Fe) 코발트(Co) 니켈(Ni) 구리(Cu) 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 및 칼슘(Ca) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또는 애노드(110)는. 예를 들어 탄소 종이(carbon paper) 또는 금속 그물망(metal mesh) 등을 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 물질들은 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.The cathode 120 may include a conductor, for example, a metal or carbon. The cathode 120 is, for example, zinc (Zn), vanadium (V) chromium (Cr) manganese (Mn) iron (Fe) cobalt (Co) nickel (Ni) copper (Cu) aluminum (Al), magnesium (Mg) ), and at least one of calcium (Ca). Or the anode 110. For example, it may include carbon paper or a metal mesh. However, these materials are exemplary and the technical spirit of the present invention is not limited thereto.

전해질(130)은 애노드(110)와 캐소드(120) 사이에 배치될 수 있다. 애노드(110) 및 캐소드(120)는 전해질(130) 내에 침지되어 위치할 수 있다. 전해질(130)은 전해 물질을 포함할 수 있고, 물을 포함할 수 있다. 전해질(130)은 수소이온(H+)을 애노드(110)와 캐소드(120) 사이에서 전달할 수 있고, 이러한 기능을 수행하는 다양한 물질을 포함할 수 있다. 전해질(130)은, 예를 들어 액상 물질이거나 또는 고상 물질일 수 있다. 전해질(130)은, 예를 들어 산성 물질이거나 또는 염기성 물질일 수 있다. 전해질(130)이 산성을 가지는 경우에, 염기성을 가지는 경우에 비하여, 상온에서 상기 과산화수소의 합성 효율이 높을 수 있다. 예를 들어, 전해질(130)은 강염기성 용액인 경우에 1M 내지 6M의 KOH를 포함하여 구성될 수 있고, 중성 용액으로서 KHCO3를 포함하여 구성될 수 있고, 산성 용액으로서 HClO4 혹은 H2SO4 를 포함하려 구성될 수 있다. 그러나, 이러한 물질들은 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.The electrolyte 130 may be disposed between the anode 110 and the cathode 120 . The anode 110 and the cathode 120 may be located immersed in the electrolyte 130 . The electrolyte 130 may include an electrolytic material and may include water. The electrolyte 130 may transfer hydrogen ions (H + ) between the anode 110 and the cathode 120 , and may include various materials performing this function. The electrolyte 130 may be, for example, a liquid material or a solid material. The electrolyte 130 may be, for example, an acidic material or a basic material. When the electrolyte 130 has acidity, the synthesis efficiency of the hydrogen peroxide at room temperature may be higher than when the electrolyte 130 has basicity. For example, the electrolyte 130 may include 1M to 6M KOH in the case of a strong basic solution, KHCO 3 as a neutral solution, and HClO 4 or H 2 SO as an acidic solution. 4 may be configured to include . However, these materials are exemplary and the technical spirit of the present invention is not limited thereto.

제1 촉매체(140)는 애노드(110)에 배치될 수 있다. 제1 촉매체(140)는 전해질(130)을 구성하는 상기 물을 산화반응시켜 과산화수소를 발생시킬 수 있다. 제1 촉매체(140)는 이중층 R-P 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다. 제1 촉매체(140)는, 상기 R-P 페로브스카이트 물질로부터 용출된 전이 금속이 산화되어 형성된 금속 산화물이 촉매로 작용하여 물 산화반응을 발생시키고, 이에 따라 과산화수소를 형성할 수 있다.The first catalyst body 140 may be disposed on the anode 110 . The first catalyst body 140 may oxidize the water constituting the electrolyte 130 to generate hydrogen peroxide. The first catalyst body 140 may include a double-layered R-P perovskite material. In the first catalyst body 140 , a metal oxide formed by oxidation of a transition metal eluted from the R-P perovskite material acts as a catalyst to generate a water oxidation reaction, thereby forming hydrogen peroxide.

제2 촉매체(150)는 캐소드(120)에 배치될 수 있다. 제2 촉매체(150)는 캐소드(120)에 공급되는 상기 산소를 환원반응시켜 과산화수소를 발생시킬 수 있다. 제2 촉매체(150)는 이중층 R-P 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다. 제2 촉매체(150)는, 상기 R-P 페로브스카이트 물질로부터 용출된 전이 금속이 촉매로 작용하여 산소 환원반응을 발생시키고, 이에 따라 과산화수소를 형성할 수 있다.The second catalyst body 150 may be disposed on the cathode 120 . The second catalyst body 150 may reduce the oxygen supplied to the cathode 120 to generate hydrogen peroxide. The second catalyst body 150 may include a double-layered R-P perovskite material. In the second catalyst body 150 , the transition metal eluted from the R-P perovskite material acts as a catalyst to generate an oxygen reduction reaction, thereby forming hydrogen peroxide.

제1 촉매체(140) 및 제2 촉매체(150)에 대하여는 하기에 상세하게 설명하기로 한다.The first catalyst body 140 and the second catalyst body 150 will be described in detail below.

전원(190)은 배선(180)을 통하여 애노드(110)와 캐소드(120)에 전력을 공급한다. 배선(180)을 통하여 애노드(110)에서 캐소드(120)의 방향으로 전자(e-)가 이동할 수 있다.The power source 190 supplies power to the anode 110 and the cathode 120 through the wiring 180 . Electrons (e − ) may move from the anode 110 to the cathode 120 through the wiring 180 .

이하에서는, 과산화수소 발생장치(100)에서의 과산화수소 발생 반응에 대하여 설명하기로 한다. 애노드(110)와 캐소드(120)에서는 반응은 다음과 같다.Hereinafter, a hydrogen peroxide generation reaction in the hydrogen peroxide generator 100 will be described. In the anode 110 and the cathode 120, the reaction is as follows.

<과산화수소 발생 반응식><Reaction formula for hydrogen peroxide generation>

애노드 반응 : 2H2O -> H2O2 + 2H+ + 2e- (E0 = 1.76 V vs. SHE)Anode reaction: 2H 2 O -> H 2 O 2 + 2H + + 2e - (E 0 = 1.76 V vs. SHE)

캐소드 반응 : O2 + 2H+ + 2e- -> H2O2 (E0 = 0.67 V vs. SHE)Cathodic reaction: O 2 + 2H + + 2e - -> H 2 O 2 (E 0 = 0.67 V vs. SHE)

전체 반응 : 2H2O + O2 -> 2H2O2 (E0 = 1.09 V vs. SHE)Overall reaction: 2H 2 O + O 2 -> 2H 2 O 2 (E 0 = 1.09 V vs. SHE)

전원(190)에 의하여 애노드(110)와 캐소드(120) 사이에 전력이 제공되면, 애노드(110)와 캐소드(120) 모두에서 과산화수소가 발생할 수 있다. 애노드(110)에서는 전해질(130)의 물(H2O)로부터 상기 과산화수소가 발생하고, 이와 함께 수소 이온(2H+)과 전자(2e-)가 발생한다. 상기 수소 이온(2H+)은 전해질(130)을 통과하여 캐소드(120)로 이동하고, 상기 전자(2e-)는 배선(180)을 통하여 캐소드(120)로 이동한다. 캐소드(120)에서는 산소(O2), 상기 수소 이온(2H+), 및 상기 전자(2e-)가 반응하여 과산화수소(H2O2)를 발생한다. 따라서, 전체 반응은 물(H2O)과 산소(O2)가 반응하여 과산화수소(H2O2)를 발생하게 된다. 상기 과산화수소(H2O2)는 이온 형태(HO2 -)로 전해질(130) 내에 용해될 수 있고, 이후에 전해질(130)에서 과산화수소(H2O2)로서 추출될 수 있다.When power is provided between the anode 110 and the cathode 120 by the power source 190 , hydrogen peroxide may be generated in both the anode 110 and the cathode 120 . In the anode 110 , the hydrogen peroxide is generated from water (H 2 O) in the electrolyte 130 , and hydrogen ions (2H + ) and electrons (2e − ) are generated along with this. The hydrogen ions (2H + ) pass through the electrolyte 130 and move to the cathode 120 , and the electrons 2e − move to the cathode 120 through the wiring 180 . In the cathode 120 , oxygen (O 2 ), the hydrogen ions (2H + ), and the electrons (2e − ) react to generate hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). Therefore, in the overall reaction, water (H 2 O) and oxygen (O 2 ) react to generate hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). The hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) may be dissolved in the electrolyte 130 in an ionic form (HO 2 − ), and then extracted as hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) from the electrolyte 130 .

과산화수소 발생장치(100)는 내부에 화학 산화제를 포함하지 않으므로 폭발이나 화재의 우려가 없으며 무게를 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 수소나 알코올을 사용하는 연료 전지에 비하여 매우 경제적이고 안정성이 우수하고 낮은 온도에서의 작동능력도 우수할 수 있다.Since the hydrogen peroxide generator 100 does not contain a chemical oxidizing agent therein, there is no risk of explosion or fire, and the weight can be greatly reduced. In addition, compared to a fuel cell using hydrogen or alcohol, it is very economical, has excellent stability, and has excellent operating ability at a low temperature.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 과산화수소 발생장치(200)를 도시하는 개략도이다. 도 1의 실시예의 구성요소와 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.2 is a schematic diagram showing a hydrogen peroxide generator 200 according to an embodiment of the present invention. Descriptions of the same or similar components as those of the embodiment of FIG. 1 will be omitted.

과산화수소 발생장치(200)는, 애노드(210), 캐소드(220) 애노드(210)와 캐소드(220) 사이에 배치되는 전해질(230), 제1 촉매체(240), 및 제2 촉매체(250)를 포함한다. 또한, 과산화수소 발생장치(200)는 전원(290)을 더 포함할 수 있다.The hydrogen peroxide generator 200 includes an anode 210 , a cathode 220 , an electrolyte 230 , a first catalyst body 240 , and a second catalyst body 250 disposed between the anode 210 and the cathode 220 . ) is included. In addition, the hydrogen peroxide generator 200 may further include a power source 290 .

캐소드(220)는 애노드(210)를 마주보고 배치될 수 있고, 산소가 공급될 수 있다. 전해질(230)은 애노드(210)와 캐소드(220) 사이에 배치될 수 있고, 물을 포함할 수 있다. 제1 촉매체(240)는 애노드(210)에 배치될 수 있고, 제2 촉매체(250)는 캐소드(220)에 배치될 수 있다. 도 2의 배선(280)은 도 1의 배선(180)에 상응할 수 있다. 도 2의 전원(290)은 도 1의 전원(190)에 상응할 수 있다.The cathode 220 may be disposed facing the anode 210, and oxygen may be supplied. The electrolyte 230 may be disposed between the anode 210 and the cathode 220 and may include water. The first catalyst body 240 may be disposed on the anode 210 , and the second catalyst body 250 may be disposed on the cathode 220 . The wiring 280 of FIG. 2 may correspond to the wiring 180 of FIG. 1 . The power source 290 of FIG. 2 may correspond to the power source 190 of FIG. 1 .

캐소드(220)의 일측은 전해질(230)과 접촉할 수 있고, 캐소드(220)의 타측은 공기 또는 산소 기체와 직접 접촉하도록 노출될 수 있다. 캐소드(220)로의 상기 산소의 공급은 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 캐소드(220)로 공급되는 상기 산소는 캐소드(220)와 직접 접촉하는 상기 공기 또는 상기 산소 기체를 이용하여 제공될 수 있다. 또한, 캐소드(220)로 공급되는 상기 산소는 전해질(230)에 포함된 잔류 산소를 이용하여 제공될 수 있다.One side of the cathode 220 may be in contact with the electrolyte 230 , and the other side of the cathode 220 may be exposed to be in direct contact with air or oxygen gas. The supply of oxygen to the cathode 220 may be performed in a variety of ways. For example, the oxygen supplied to the cathode 220 may be provided using the air or the oxygen gas in direct contact with the cathode 220 . In addition, the oxygen supplied to the cathode 220 may be provided using residual oxygen included in the electrolyte 230 .

애노드(210)는 전해질(230) 내에 침지되거나 또는 일측이 전해질(230)과 접촉하는 구성을 가질 수 있다.The anode 210 may have a configuration in which one side is immersed in the electrolyte 230 or in contact with the electrolyte 230 .

과산화수소 발생장치(200)는 캐소드(220)가 공기 중의 산소를 이용할 수 있으므로, 이론적으로는 캐소드(220)의 무게를 0으로 또는 비약적으로 감소시킬 수 있다. 그러므로, 캐소드(220)의 무게를 감소시킴에 따라 애노드(210)의 무게를 증가시킬 수 있으므로, 과산화수소 발생장치(200)의 전체 무게에 대한 애노드(210)의 무게 비율이 증가되어, 결과적으로 무게 당 높은 과산화수소 발생률을 제공할 수 있다. Since the hydrogen peroxide generator 200 uses oxygen in the air, the cathode 220 can theoretically reduce the weight of the cathode 220 to zero or drastically. Therefore, since the weight of the anode 210 can be increased as the weight of the cathode 220 is reduced, the weight ratio of the anode 210 to the total weight of the hydrogen peroxide generator 200 is increased, resulting in the weight sugar can provide a high rate of hydrogen peroxide generation.

본 발명의 기술적 사상에 따른 과산화수소 발생장치는 2 전자 산소환원반응을 이용하여 과산화수소를 발생시킨다. 이하에서는 상기 2 전자 산소환원반응에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.The hydrogen peroxide generator according to the technical idea of the present invention generates hydrogen peroxide using a two-electron oxygen reduction reaction. Hereinafter, the two-electron oxygen reduction reaction will be described in detail.

산소는 산소환원반응(Oxygen reduction reaction, ORR)에 의하여 환원되어 물(H2O), 수산화이온(OH-), 과산화수소(H2O2), 및 과산화수소 라디칼(HO2 -)을 형성할 수 있다. 과산화수소(HO2 -)는 정확한 의미에서는 과산화수소 음이온(또는 라디칼)이지만, 본 명세서에서는 과산화수소로 지칭하기로 한다.Oxygen is reduced by an oxygen reduction reaction (ORR) to form water (H 2 O), hydroxide ions (OH - ), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and hydrogen peroxide radicals (HO 2 - ) have. Hydrogen peroxide (HO 2 − ) is a hydrogen peroxide anion (or radical) in a precise sense, but will be referred to as hydrogen peroxide in the present specification.

이러한 산소환원반응은 참여하는 전자의 갯수에 따라 다른 생성물을 형성할 수 있다. 하기에는 상기 산소환원반응에 4개의 전자가 참여하는 4 전자 반응식과 상기 산소환원반응에 2개의 전자가 참여하는 2 전자 반응식이 나타나있다.This oxygen reduction reaction can form different products depending on the number of participating electrons. A four-electron reaction formula in which four electrons participate in the oxygen reduction reaction and a two-electron reaction formula in which two electrons participate in the oxygen reduction reaction are shown below.

<4 전자 반응식><4 electron reaction formula>

O2 + 2H2O + 4e- <-> 4OH- O 2 + 2H 2 O + 4e - <-> 4OH -

<2 전자 반응식><2 electron reaction formula>

O2 + H2O + 2e- <-> HO2 - + OH- O 2 + H 2 O + 2e - <-> HO 2 - + OH -

상기 4 전자 반응식에서는 1 개의 산소(O2), 2 개의 물(H2O) 및 4 개의 전자(e-)가 반응하여 4 개의 수산화이온(OH-)을 형성한다. 반면, 상기 2 전자 반응식에서는 1 개의 산소(O2), 1 개의 물(H2O), 및 2 개의 전자(e-)가 반응하여, 1 개의 과산화수소(HO2 -)와 1 개의 수산화이온(OH-)을 형성한다. 즉, 상기 2 전자 반응에서는 중간 생성물(intermediate product)로서 과산화수소(HO2 -)를 형성한다.In the four-electron reaction equation, one oxygen (O 2 ), two water (H 2 O), and four electrons (e − ) react to form four hydroxide ions (OH − ). On the other hand, in the two-electron reaction formula, one oxygen (O 2 ), one water (H 2 O), and two electrons (e − ) react, and one hydrogen peroxide (HO 2 − ) and one hydroxide ion ( OH - ). That is, in the two-electron reaction, hydrogen peroxide (HO 2 − ) is formed as an intermediate product.

산소환원반응이 일어나는 촉매체의 종류에 따라 4 전자 반응이 우세하거나 또는 2 전자 반응이 우세하게 된다. 이와 같이, 발생하는 산소환원반응이 4 전자 반응 또는 2 전자 반응인지 여부는 회전링-디스크 전극(rotating ring disk electrode, RRDE)을 이용하여 판단할 수 있다.Depending on the type of catalyst in which the oxygen reduction reaction occurs, a 4-electron reaction or a 2-electron reaction is dominant. As such, whether the generated oxygen reduction reaction is a four-electron reaction or a two-electron reaction can be determined using a rotating ring disk electrode (RRDE).

종래의 2 전자 산소환원반응을 수행하는 과산화수소 발생용 촉매들은, 선택도(selectivity)를 증가시키기 위하여 산화된 탄소 상에 외부에서 촉매를 주입하여 형성된다. 그러나, 촉매를 주입하는 경우에는, 촉매 입자들이 시간에 따라 응집되고, 따라서 과산화수소 발생량이 감소될 수 있다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상에 따른 과산화수소 발생용 촉매체는 구성하는 물질 내부로부터 표면으로 촉매 활성도를 가지는 물질들이 용출되어 정착되므로, 상기 응집 현상이 발생하지 않고, 따라서 과산화수소 발생량을 안정적으로 유지할 수 있다.Catalysts for generating hydrogen peroxide for performing a conventional two-electron oxygen reduction reaction are formed by injecting a catalyst from the outside onto oxidized carbon in order to increase selectivity. However, in the case of injecting the catalyst, the catalyst particles are aggregated with time, and thus the amount of hydrogen peroxide generated can be reduced. However, in the catalyst body for generating hydrogen peroxide according to the technical idea of the present invention, since materials having catalytic activity are eluted and settled from the inside of the constituent material to the surface, the aggregation phenomenon does not occur, and thus the amount of hydrogen peroxide generated can be stably maintained. .

이하에서는, 과산화수소 발생용 촉매체를 구성하는 물질에 대하여는 하기에 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, materials constituting the catalyst for generating hydrogen peroxide will be described in detail below.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 과산화수소 발생장치에 적용된 과산화수소 발생용 촉매체를 구성하는 이중층 R-P 페로브스카이트 물질을 도시하는 모식도이다.3 is a schematic diagram illustrating a double-layered R-P perovskite material constituting a catalyst for generating hydrogen peroxide applied to a hydrogen peroxide generator according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 이중층 R-P 페로브스카이트 물질이 도시되어 있다. 페로브스카이트 물질은 크게 단일 페로브스카이트(simple perovskite) 물질과 이중층 페로브스카이트(double perovskite) 물질로 구분될 수 있다.Referring to Figure 3, a bilayer R-P perovskite material is shown. The perovskite material may be largely divided into a single perovskite material and a double perovskite material.

상기 단일 페로브스카이트 물질은 ABO3의 화학식을 가질 수 있다. 상기 단일 페로브스카이트 물질의 결정 구조는, 큐빅 격자(cubic lattice)의 코너 위치인 A-자리(A-site)에 이온반경이 상대적으로 큰 원소들이 위치할 수 있고, 산소 이온에 의해 12 배위수(CN, Coordination number)를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 A-자리에는 희토류 원소, 알카라인 희토류 원소, 알카라인 원소들이 위치할 수 있다. 상기 큐빅 격자의 체심(body center) 위치인 B-자리(B-site)에는 이온반경이 상대적으로 작은 원소들이 위치할 수 있고, 산소 이온에 의해 6 배위수를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 B-자리에는 코발트(Co), 철(Fe) 등과 전이금속이 위치할 수 있다. 상기 큐빅 격자의 각 면심(face center)에는 산소이온이 위치할 수 있다. 이러한 단일 페로브스카이트 구조는 일반적으로 A-자리(site)에 다른 물질이 치환될 경우 구조적인 변위가 발생할 수 있고, 주로 B-자리(site)에 위치한 원소를 중심으로 이의 최인접 산소이온(6개)으로 이루어지는 BO6의 8면체에서 구조적인 변이가 발생할 수 있다. 즉, 페로브스카이트 물질은 상기 A-자리와 상기 B-자리에 어떤 물질이 도핑되어 차지하는 지에 따라 다양한 특성을 나타낼 수 있다.The single perovskite material may have the formula ABO 3 . In the crystal structure of the single perovskite material, elements having a relatively large ionic radius may be located at A-site, which is a corner position of a cubic lattice, and 12 coordination by oxygen ions It may have a number (CN, Coordination number). For example, a rare earth element, an alkaline rare earth element, and an alkaline element may be positioned at the A-site. Elements having a relatively small ion radius may be located at the B-site, which is a body center position of the cubic lattice, and may have a 6 coordination number due to oxygen ions. For example, a transition metal such as cobalt (Co), iron (Fe), etc. may be positioned at the B-site. Oxygen ions may be positioned at each face center of the cubic lattice. In such a single perovskite structure, structural displacement may occur when another material is substituted for the A-site in general, and its closest oxygen ion ( Structural variation may occur in the octahedron of BO 6 consisting of 6). That is, the perovskite material may exhibit various properties depending on which material is doped and occupied the A-site and the B-site.

도 3에 도시된, 이중층 R-P(루델스덴 포퍼, Ruddlesden-Popper) 페로브스카이트 물질은, A-자리(site)에 두 원소 이상이 규칙적으로 배열된 결정 격자 구조를 가지며, 예를 들어 A2BO3-δ 의 화학식을 가질 수 있다. 구체적으로, ABO3와 위 아래로 록 솔트(rock salt) 구조의 AO 층이 규칙적으로 존재한다. 상기 구조는 [AO]-[ABO3]-[AO] 로 표기될 수 있다.The double-layer RP (Ruddlesden-Popper) perovskite material shown in FIG. 3 has a crystal lattice structure in which two or more elements are regularly arranged at the A-site, for example, A 2 BO 3-δ . Specifically, ABO 3 and an AO layer having a rock salt structure above and below are regularly present. The structure may be expressed as [AO]-[ABO 3 ]-[AO].

수소 분위기에서 환원을 시키면 단일 페로브스카이트 물질은 이중층 R-P 페로브스카이트 물질로 변하게 된다. 이러한 이중층 R-P 페로브스카이트 물질에서는, 산소 이온의 움직임이 빨라지고 열적 및 화학적 안정성이 향상될 수 있고, 전기 전도성이 높을 수 있다.Reduction in a hydrogen atmosphere transforms a single perovskite material into a double-layered R-P perovskite material. In such a double-layer R-P perovskite material, the movement of oxygen ions may be accelerated, thermal and chemical stability may be improved, and electrical conductivity may be high.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 과산화수소 발생장치에 적용된 과산화수소 발생용 촉매체에서 전이원소의 용출을 설명하는 모식도이다.4 is a schematic diagram illustrating the elution of transition elements from a catalyst for generating hydrogen peroxide applied to a device for generating hydrogen peroxide according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 상기 촉매체는 상기 환원에 의하여 산소가 결핍되어 공공 산소를 형성하는 이중층 R-P 페로브스카이트로 구성될 수 있다. 상기 이중층 R-P 페로브스카이트 물질에서, "Vo"는 공공 산소(Oxygen vacancy)를 나타내고, "T"는 전이원소, 예를 들어 아연, 코발트, 철 또는 이들의 합금을 나타낸다. 상기 공공 산소가 형성됨에 따라 상기 B-자리에 위치하는 전이원소가 같이 환원되서 용출 현상을 촉진할 수 있다. 예를 들어 열처리에 의하여, 상기 공공 산소와 상기 전이원소는 공동 분리되어 표면으로 이동하게 된다. 이러한 이동에 필요한 에너지를 공동 분리 에너지라고 지칭하며, 상기 공동 분리 에너지가 높을수록 공동 분리가 어렵게 된다. 철은 이러한 공동 분리 에너지가 코발트에 비하여 높으므로, 철의 용출은 단독으로 발생하기 어렵고 코발트의 용출은 상대적으로 용이하고, 또한 코발트-철 합금의 용출도 상대적으로 용이하다. 표면에 용출된 전이원소 중에 코발트 계열의 금속 입자들은 산소환원반응에서 2전자 반응만 선택적으로 촉진시키게 되므로, 과산화수소 형성반응을 촉진할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the catalyst body may be composed of a double-layered R-P perovskite in which oxygen is depleted by the reduction to form vacant oxygen. In the double layer R-P perovskite material, "Vo" represents Oxygen vacancy, and "T" represents a transition element such as zinc, cobalt, iron, or an alloy thereof. As the vacancy oxygen is formed, the transition element located at the B-site is reduced together, thereby promoting the elution phenomenon. For example, by heat treatment, the vacant oxygen and the transition element are jointly separated and moved to the surface. The energy required for this movement is referred to as cavity separation energy, and the higher the cavity separation energy, the more difficult it is to separate the cavity. Since iron has such a cavity separation energy higher than that of cobalt, the dissolution of iron is difficult to occur alone, the dissolution of cobalt is relatively easy, and the dissolution of cobalt-iron alloy is also relatively easy. Among the transition elements eluted on the surface, cobalt-based metal particles selectively promote only the two-electron reaction in the oxygen reduction reaction, thereby promoting the hydrogen peroxide formation reaction.

본 발명의 기술적 사상에 따른 과산화수소 발생용 촉매체는 A-위치에 프라세오디뮴(Pr)과 스트론튬(Sr)을 1:1 의 함량으로 배치하고, B-위치에 철(Fe), 아연(Zn), 및 코발트(Co)를 적절한 함량으로 배치한 이중층 R-P 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로, B-위치에 철(Fe)을 60% 이상 도핑한 후, 상기 B-위치에서 아연 및 코발트 함량을 변화시켰으며, 그 이유는 환원 분위기에서 상기 단일 페로브스카이트를 상기 이중층 R-P 페로브스카이트로 상변화를 일으키기 위해서이며, 상기 상변화에 의하여 생성되는 공공 산소와 용출되는 코발트의 양이 비례하기 때문이다.The catalyst for generating hydrogen peroxide according to the technical idea of the present invention is arranged in a content of 1:1 with praseodymium (Pr) and strontium (Sr) at the A-position, and iron (Fe), zinc (Zn), and and a double-layer R-P perovskite material in which cobalt (Co) is disposed in an appropriate content. Specifically, after doping more than 60% of iron (Fe) at the B-position, the zinc and cobalt contents were changed at the B-position, because the single perovskite was converted into the double-layer R-P layer in a reducing atmosphere. This is to cause a phase change to lobskite, because the amount of vacant oxygen generated by the phase change and the amount of eluted cobalt is proportional.

이러한, 용출 현상은 내부에서 표면으로 촉매적 활성도를 보유하고 있는 물질이 용출되어 정착된 형태이기 때문에, 이중층 R-P 페로브스카이트 상을 안정화시킬 수 있고, 동시에 시간에 따른 과산화수소 생산 선택도의 안정성을 증가시킬 수 있다.This elution phenomenon is a form in which a material having catalytic activity is eluted from the inside to the surface and is settled, so it is possible to stabilize the double-layer R-P perovskite phase, and at the same time to increase the stability of the hydrogen peroxide production selectivity with time. can increase

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 과산화수소 발생장치에 적용된 과산화수소 발생용 촉매체에서 과산화수소 발생 원리를 설명하는 모식도이다.5 is a schematic diagram illustrating the principle of generating hydrogen peroxide from a catalyst for generating hydrogen peroxide applied to a device for generating hydrogen peroxide according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 과산화수소 발생용 촉매체는 이중층 R-P 페로브스카이트 백본(Perovskite oxide backbone)을 기반으로, 아연, 코발트, 또는 철과 같은 전이금속이 용출되어 용출 금속입자(metal nanoparticle)을 형성하고, 이러한 용출에 의하여 B-위치의 결핍층(B-site deficient layer)이 형성된다.Referring to FIG. 5 , the catalyst for generating hydrogen peroxide is based on a double-layer R-P perovskite backbone, and transition metals such as zinc, cobalt, or iron are eluted to form eluted metal nanoparticles. and a B-site deficient layer is formed by this elution.

상기 과산화수소 발생용 촉매체가 애노드에 적용된 경우에는, 즉, 도 1의 제1 촉매체(140)는, 상기 R-P 페로브스카이트 물질로부터 용출된 전이 금속이 산화되어 표면에 형성된 금속 산화물이 촉매로 작용하여 물 산화반응을 발생시키고, 이에 따라 과산화수소를 형성할 수 있다. 이러한 금속의 산화는 표준환원전위에 의하여 금속들의 산화가 더 우선되기 때문이다.When the catalyst for generating hydrogen peroxide is applied to the anode, that is, in the first catalyst 140 of FIG. 1, the transition metal eluted from the R-P perovskite material is oxidized and the metal oxide formed on the surface acts as a catalyst to cause a water oxidation reaction, thereby forming hydrogen peroxide. This is because oxidation of these metals is more preferred by the standard reduction potential.

상기 과산화수소 발생용 촉매체가 캐소드에 적용된 경우에는, 도 1의 제2 촉매체(150)는, 상기 R-P 페로브스카이트 물질로부터 용출된 전이 금속이 촉매로 작용하여 산소 환원반응을 발생시키고, 이에 따라 과산화수소를 형성할 수 있다. 하기에 도 7을 참조하여 설명하는 바와 같이, 용출된 아연, 코발트, 철 또는 이들의 합금이 이전자(2e-) 산소환원반응에 큰 역할을 수행하는 것을 확인할 수 있고, 이때 최고 효율은 약 80% 정도로 측정되었다.When the catalyst for generating hydrogen peroxide is applied to the cathode, in the second catalyst body 150 of FIG. 1, the transition metal eluted from the RP perovskite material acts as a catalyst to generate an oxygen reduction reaction, and thus hydrogen peroxide may be formed. As will be described with reference to FIG. 7 below, it can be confirmed that the eluted zinc, cobalt, iron or alloys thereof play a large role in the former (2e − ) oxygen reduction reaction, wherein the highest efficiency is about 80 % was measured.

종래에는, 상술한 바와 같은 산소 환원반응과 물 산화반응을 발생시키는 촉매체가 각각 제시되어 있으나, 상기 두 가지 반응을 동시에 발생시킬 수 있는 촉매체에 대하여 제시된 적이 없다.Conventionally, catalysts for generating the oxygen reduction reaction and water oxidation reaction as described above have been proposed, respectively, but a catalyst body capable of generating the two reactions at the same time has not been suggested.

그러나, 본 발명의 기술적 사상에 따른 상기 과산화수소 발생용 촉매체는 상기 산소 환원반응과 상기 물 산화반응을 모두 발생시킬 수 있고, 따라서 캐소드와 애노드에 각각 적용될 수 있다. 상기 과산화수소 발생용 촉매체는 촉매가 사용되는 환경에 따라서 형태가 달라지며, 환경 적응형 특성을 가질 수 있다.However, the catalyst for generating hydrogen peroxide according to the technical spirit of the present invention can generate both the oxygen reduction reaction and the water oxidation reaction, and thus can be applied to the cathode and the anode, respectively. The catalyst body for generating hydrogen peroxide has a different shape depending on the environment in which the catalyst is used, and may have environmental adaptability characteristics.

이하에서는 상기 제1 촉매체 및 상기 제2 촉매체 적어도 어느 하나를 구성하는 과산화수소 발생용 촉매체를 구성하는 물질에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, materials constituting the catalyst for generating hydrogen peroxide constituting at least one of the first catalyst body and the second catalyst body will be described.

본 발명의 일 구현예에 따른 과산화수소 발생용 촉매체는 하기의 화학식 1의 화합물을 포함할 수 있다.The catalyst for generating hydrogen peroxide according to an embodiment of the present invention may include a compound of Formula 1 below.

<화학식 1><Formula 1>

R0.5-xE0.5+xT1-y-zZnyCozO3-δ R 0.5-x E 0.5+x T 1-yz Zn y Co z O 3-δ

상기 화학식 1에서, 상기 R은 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 E는 알카리토 금속족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 T는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 및 0 < y+z < 1 이고, 상기 δ는 0 초과 내지 1 이하 범위를 가지는 양수로서, 상기 화학식 1의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다. 상기 δ는 페로브스카이트 구조에서의 침입형 산소(interstitial oxygen)를 나타내고 구체적인 결정 구조에 따라 상기 δ의 값이 정해질 수 있다.In Formula 1, R includes one or more elements selected from the lanthanide group, E includes one or more elements selected from the alkaline earth metal group, and T is one or more selected from transition metals. elements, wherein -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 0 < y < 1, 0 < z < 1, and 0 < y+z < 1, wherein δ is a positive number ranging from greater than 0 to less than or equal to 1, wherein the formula It is the value which makes the compound of 1 electrically neutral. The δ represents interstitial oxygen in the perovskite structure, and the value of δ may be determined according to a specific crystal structure.

상기 R은, 예를 들어 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 란탄(La), 사마륨(Sm), 이트륨(Y), 스칸듐(Sc), 가돌리늄(Gd), 유로퓸(Eu), 터븀(Tb), 에르븀(Er), 또는 이들의 혼합물을 중 어느 하나를 포함할 수 있다.R is, for example, praseodymium (Pr), neodymium (Nd), lanthanum (La), samarium (Sm), yttrium (Y), scandium (Sc), gadolinium (Gd), europium (Eu), terbium (Tb) ), erbium (Er), or a mixture thereof may be included.

상기 E는, 예를 들어 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 라듐(Ra) 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나를 포함할 수 있다.E may include, for example, any one of barium (Ba), strontium (Sr), beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), radium (Ra), or a mixture thereof.

상기 T는, 예를 들어 철(Fe), 망간(Mn), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 구리(Cu), 크롬(Cr), 니오븀(Nb) 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나를 포함할 수 있다.The T includes, for example, any one of iron (Fe), manganese (Mn), titanium (Ti), nickel (Ni), copper (Cu), chromium (Cr), niobium (Nb), or a mixture thereof can do.

상기 과산화수소 발생용 촉매체는 상기 화학식 1의 화합물에서, 아연 또는 코발트가 표면으로 용출될 수 있다.As the catalyst for generating hydrogen peroxide, zinc or cobalt may be eluted from the compound of Formula 1 to the surface.

본 발명의 일 구현예에 따른 과산화수소 발생용 촉매체는 하기의 화학식 2의 화합물을 포함할 수 있다.The catalyst for generating hydrogen peroxide according to an embodiment of the present invention may include a compound of Formula 2 below.

<화학식 2><Formula 2>

Pr0.5-xSr0.5+xFe1-y-zZnyCozO3-δ Pr 0.5-x Sr 0.5+x Fe 1-yz Zn y Co z O 3-δ

상기 화학식 2에서, -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 및 0 < y+z < 1 이고, 상기 δ는 0 초과 내지 1 이하 범위를 가지는 양수로서, 상기 화학식 2의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.In Formula 2, -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 0 < y < 1, 0 < z < 1, and 0 < y+z < 1, wherein δ is a positive number having a range of greater than 0 to 1 or less, and the formula It is the value which makes the compound of 2 electrically neutral.

또한, 상기 화학식 2에서,상기 Sr의 적어도 일부를 Ba으로 치환할 수 있고, 예를 들어 Sr1-aBaa (여기에서 0 < a < 1 임)로서 포함할 수 있다. 이러한 경우에는 상기 화학식 2는 Pr0.5-x(Sr1-aBaa)0.5+xFe1-y-zZnyCozO3-δ 로 나타날 수 있다.In addition, in Formula 2, at least a part of Sr may be substituted with Ba, and for example, may be included as Sr 1-a Ba a (where 0 < a < 1). In this case, Chemical Formula 2 may be expressed as Pr 0.5-x (Sr 1-a Ba a ) 0.5+x Fe 1-yz Zn y Co z O 3-δ .

본 발명의 일 구현예에 따른 과산화수소 발생용 촉매체는 하기의 화학식 3의 화합물을 포함할 수 있다.The catalyst for generating hydrogen peroxide according to an embodiment of the present invention may include a compound of Formula 3 below.

<화학식 3><Formula 3>

R0.5-xE0.5+xT1-yZnyO3-δ R 0.5-x E 0.5+x T 1-y Zn y O 3-δ

상기 화학식 3에서, 상기 R은 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 E는 알카리토 금속족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 T는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 및 0 < y < 1 이고, 상기 δ는 0 초과 내지 1 이하 범위를 가지는 양수로서, 상기 화학식 3의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.In Formula 3, R includes one or more elements selected from the lanthanide group, E includes one or more elements selected from the alkaline earth metal group, and T is one or more selected from transition metals Including elements, -0.5 ≤ x ≤ 0.5, and 0 < y < 1, wherein δ is a positive number having a range greater than 0 to 1 or less, and is a value that renders the compound of Formula 3 electrically neutral.

본 발명의 일 구현예에 따른 과산화수소 발생용 촉매체는 하기의 화학식 4의 화합물을 포함할 수 있다.The catalyst for generating hydrogen peroxide according to an embodiment of the present invention may include a compound of Formula 4 below.

<화학식 4><Formula 4>

R0.5-xE0.5+xT1-zCozO3-δ R 0.5-x E 0.5+x T 1-z Co z O 3-δ

상기 화학식 4에서, 상기 R은 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 E는 알카리토 금속족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 T는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 및 0 < z < 1 이고, 상기 δ는 0 초과 내지 1 이하 범위를 가지는 양수로서, 상기 화학식 4의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.In Chemical Formula 4, R includes one or more elements selected from a lanthanide group, E includes one or more elements selected from an alkaline earth metal group, and T is one or more elements selected from a transition metal. Including elements, -0.5 ≤ x ≤ 0.5, and 0 < z < 1, wherein δ is a positive number having a range greater than 0 and less than or equal to 1, and is a value that renders the compound of Formula 4 electrically neutral.

상기 제1 촉매체 및 상기 제2 촉매체 중 적어도 어느 하나는, Pr0.5Sr0.5Fe0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Nd0.5Sr0.5Fe0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, La0.5Sr0.5Fe0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Sm0.5Sr0.5Fe0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Pr0.5Sr0.5Mn0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Nd0.5Sr0.5Mn0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, La0.5Sr0.5Mn0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Sm0.5Sr0.5Mn0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Pr0.5Sr0.5Ti0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Nd0.5Sr0.5Ti0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, La0.5Sr0.5Ti0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Sm0.5Sr0.5Ti0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Pr0.5Sr0.5Ni0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Nd0.5Sr0.5Ni0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, La0.5Sr0.5Ni0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, 및 Sm0.5Sr0.5Ni0.75Zn0.125Co0.125O3-δ 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.At least one of the first catalyst and the second catalyst is Pr 0.5 Sr 0.5 Fe 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Nd 0.5 Sr 0.5 Fe 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , La 0.5 Sr 0.5 Fe 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Sm 0.5 Sr 0.5 Fe 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Pr 0.5 Sr 0.5 Mn 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Nd 0.5 Sr 0.5 Mn 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , La 0.5 Sr 0.5 Mn 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Sm 0.5 Sr 0.5 Mn 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Pr 0.5 Sr 0.5 Ti 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3- δ , Nd 0.5 Sr 0.5 Ti 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , La 0.5 Sr 0.5 Ti 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Sm 0.5 Sr 0.5 Ti 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Pr 0.5 Sr 0.5 Ni 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Nd 0.5 Sr 0.5 Ni 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , La 0.5 Sr 0.5 Ni 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , and Sm 0.5 Sr 0.5 Ni 0.75 Zn At least one of 0.125 Co 0.125 O 3-δ may be included.

이하에서는, 본 발명의 기술적 사상에 따른 과산화수소 발생용 촉매체의 제조 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for producing a catalyst for generating hydrogen peroxide according to the technical spirit of the present invention will be described.

상기 과산화수소 발생용 촉매체의 제조 방법은, 상기 화학식의 화합물의 조성에 맞도록 계량된 각 금속 전구체를 (예를 들어 용매를 이용하여 습식) 혼합하는 단계, 상기 혼합물로부터 고형물을 얻는 단계, 상기 고형물을 공기 중에서 소성하여 소성물을 얻는 단계 및 상기 소성물을 연마하는 단계를 포함한다.The method for preparing the catalyst for generating hydrogen peroxide includes mixing each metal precursor weighed to match the composition of the compound of the formula (for example, wet using a solvent), obtaining a solid from the mixture, the solid calcining in air to obtain a fired product, and grinding the fired product.

상기 금속 전구체는 상기 화학식의 화합물을 얻을 수 있는 화학양론적 비율로 혼합한다. 금속 전구체의 예는 상기 화학식의 상기 과산화수소 발생용 촉매체를 구성하는 각 성분의 질화물, 산화물, 할로겐화물 등을 사용할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 과산화수소 발생용 촉매체를 형성하는 화합물이 화학식의 Pr0.5Sr0.5Fe0.75Zn0.125Co0.125O3-δ 화합물인 상기 금속 전구체는 Pr, Sr, Fe, Zn, Co, 등의 적어도 하나를 포함하는 질화물, 산화물, 할로겐화물 등일 수 있다.The metal precursor is mixed in a stoichiometric ratio to obtain a compound of the above formula. Examples of the metal precursor include, but are not limited to, nitrides, oxides, and halides of each component constituting the catalyst for generating hydrogen peroxide of the formula. For example, the metal precursor in which the compound forming the catalyst for generating hydrogen peroxide is Pr 0.5 Sr 0.5 Fe 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ compound of the formula is Pr, Sr, Fe, Zn, Co, etc. at least It may be a nitride, oxide, halide or the like containing one.

상기 금속 전구체를 상기 용매와 혼합하는 단계에서는, 물을 용매로서 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 금속 전구체를 용해시킬 수 있는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 부탄올 등의 총 탄소수가 5 이하의 저급 알코올; 질산, 염산, 황산, 구연산 등의 산성 용액; 물; 톨루엔, 벤젠, 아세톤, 디에틸에테르, 에틸렌 글리콜 등의 유기용매; 등을 단독으로 혹은 혼합하여 사용할 수 있다.In the step of mixing the metal precursor with the solvent, water may be used as a solvent, but is not limited thereto. Any one capable of dissolving the metal precursor may be used without limitation, for example, a lower alcohol having a total carbon number of 5 or less, such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, butanol; acidic solutions such as nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, and citric acid; water; organic solvents such as toluene, benzene, acetone, diethyl ether, and ethylene glycol; These may be used alone or in combination.

상기 금속 전구체를 상기 용매와 혼합하는 단계는, 약 100 ℃ 내지 약 200℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있고, 각 성분이 충분히 혼합될 수 있도록 교반 하에 소정 시간 동안 수행할 수 있다. 상기 혼합 과정과 용매 제거 및 이를 위하여 필요한 첨가제 부가는 예를 들어 페치니법(pechini method) 등으로 잘 알려져 있으니 여기서는 상술하지 않는다. 이에 따라 단일 페로브스카이트 물질을 형성할 수 있다.The step of mixing the metal precursor with the solvent may be performed at a temperature ranging from about 100° C. to about 200° C., and may be performed for a predetermined time under stirring so that each component can be sufficiently mixed. The mixing process, solvent removal, and addition of additives necessary for this are well known, for example, by the pechini method, and thus will not be described in detail herein. Thus, a single perovskite material can be formed.

상기 혼합 과정을 거친 후, 자발 연소 과정에 의해 초미세 고형물을 얻을 수 있다. 이어서, 약 400℃ 내지 약 950℃의 온도 범위로 약 1 시간 내지 약 5 시간 범위 동안, 예를 들어 약 600℃에서 약 4시간 동안 상기 초미세 고형물을 열 처리(하소, 소결)할 수 있다.After the mixing process, ultrafine solids can be obtained by spontaneous combustion. Then, the ultrafine solid may be heat treated (calcined, sintered) at a temperature ranging from about 400° C. to about 950° C. for about 1 hour to about 5 hours, for example, about 600° C. for about 4 hours.

필요한 경우 상기 소성 후 제 2의 열 처리(하소, 소결)를 할 수도 있다. 이 제 2 열처리 공정은 공기 중에서 소성하는 공정으로서 약 950℃ 내지 약 1200℃ 범위의 온도에서 약 1 시간 내지 약 24 시간 범위 동안, 예를 들어 약 950 내지 약 1200℃ 범위 의 온도에서 약 12 시간 동안 수행하여 분말상의 결과물을 얻게 된다. If necessary, a second heat treatment (calcining, sintering) may be performed after the above firing. This second heat treatment process is a process of calcining in air, at a temperature ranging from about 950° C. to about 1200° C. for about 1 hour to about 24 hours, for example, for about 12 hours at a temperature ranging from about 950 to about 1200° C. to obtain a powdery result.

이어서, 상기 소성된 결과물은 연마하거나 분쇄하여 일정 크기의 미세 분말상을 얻을 수 있다. 예를 들어, 약 24 시간 동안 아세톤 내에서 볼 밀링 하여 분쇄 및 혼합한다. 다음으로, 혼합된 분말을 금속몰드에 넣고 프레스 한 후, 가압된 펠렛(Pellet)을 대기 중에서 소결할 수 있다. 소결은 약 950℃ 내지 약 1200℃ 범위의 온도로 약 12 시간 내지 약 24 시간 범위 동안, 예를 들어 약 950 내지 약 1200℃ 범위의 온도에서 약 24 시간 동안 수행할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 소성된 결과물은 연마하거나 분쇄하여 일정 크기의 미세 분말상의 과산화수소 발생용 촉매체 소재를 얻을 수 있다.Subsequently, the calcined result may be ground or pulverized to obtain a fine powder of a predetermined size. For example, grind and mix by ball milling in acetone for about 24 hours. Next, after putting the mixed powder into a metal mold and pressing, the pressurized pellets may be sintered in the air. The sintering may be performed at a temperature in the range of about 950° C. to about 1200° C. for about 12 hours to about 24 hours, for example, at a temperature in the range of about 950 to about 1200° C. for about 24 hours, but is not limited thereto. . The calcined result may be ground or pulverized to obtain a catalyst material for generating hydrogen peroxide in a fine powder form of a certain size.

상기 과산화수소 발생용 촉매체 소재를 이용하여 캐소드를 제조할 수 있다. 예를 들어 상기 과산화수소 발생용 촉매체 소재를 기재 상에 코팅한 후 열처리하여 캐소드를 형성할 수 있다. 상기 열처리는 수소 분위기와 같은 환원 분위기에서 수행될 수 있다. 상기 열처리는, 예를 들어 약 750℃ 내지 약 850℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 열처리는, 예를 들어 약 3 atm 의 수소 압력 하에서 수행될 수 있다. 상기 환원 분위기의 열처리에 의하여, 상기 과산화수소 발생용 촉매체 소재가 단일 페로브스카이트 상에서 이중층 R-P 페로브스카이트 상으로 상변이하고, 이와 함께 코발트, 또는 코발트-철 합금이 용출되어 표면 상에 배치될 수 있다.A cathode may be manufactured using the catalyst material for generating hydrogen peroxide. For example, after coating the catalyst material for generating hydrogen peroxide on a substrate, heat treatment may be performed to form a cathode. The heat treatment may be performed in a reducing atmosphere such as a hydrogen atmosphere. The heat treatment, for example, may be performed at a temperature in the range of about 750 ℃ to about 850 ℃. The heat treatment may be performed, for example, under a hydrogen pressure of about 3 atm. By the heat treatment in the reducing atmosphere, the catalyst material for generating hydrogen peroxide is phase-changed from a single perovskite to a double-layer R-P perovskite, and cobalt or cobalt-iron alloy is eluted and disposed on the surface can be

도 6는 본 발명의 일실시예에 따른 과산화수소 발생장치에 적용된 과산화수소 발생용 촉매체의 X-선 회절패턴을 나타내는 그래프이다.6 is a graph showing an X-ray diffraction pattern of a catalyst for generating hydrogen peroxide applied to the device for generating hydrogen peroxide according to an embodiment of the present invention.

도 6의 (a)를 참조하면, Pr0.5Sr0.5Fe0.85Zn0.15O3-δ 화합물("PSFZ"표시됨)과 Pr0.5Sr0.5Fe0.75Zn0.125Co0.125O3-δ 화합물("PSFZC"로 표시됨)에 대하여 공기 중에서 1150℃에서 열처리한 후의 X-선 회절패턴이다. 상기 열처리한 후에 상기 화합물들은 단순 페로브스카이트 구조를 가짐을 알 수 있다.6 (a), Pr 0.5 Sr 0.5 Fe 0.85 Zn 0.15 O 3-δ compound (indicated as “PSFZ”) and Pr 0.5 Sr 0.5 Fe 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ compound (as “PSFZC”) It is an X-ray diffraction pattern after heat treatment at 1150°C in air for ). After the heat treatment, it can be seen that the compounds have a simple perovskite structure.

도 6의 (b)를 참조하면, Pr0.5Sr0.5Fe0.85Zn0.15O3-δ 화합물("PSFZ"표시됨)과 Pr0.5Sr0.5Fe0.75Zn0.125Co0.125O3-δ 화합물("PSFZC"로 표시됨)에 대하여 수소 분위기에서 850℃에서 환원 열처리한 후의 X-선 회절패턴이다. 상기 환원 열처리한 후에 상기 화합물들은 단순 페로브스카이트 구조에서 이중층 R-P 페로브스카이트 구조로 변환됨을 알 수 있다. 또한, 용출된 아연, 코발트, 및 철에 대한 회절 패턴이 함께 나타남을 알 수 있다.6 (b), Pr 0.5 Sr 0.5 Fe 0.85 Zn 0.15 O 3-δ compound (indicated as “PSFZ”) and Pr 0.5 Sr 0.5 Fe 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ compound (as “PSFZC”) is an X-ray diffraction pattern after reduction heat treatment at 850°C in a hydrogen atmosphere. After the reduction heat treatment, it can be seen that the compounds are converted from a simple perovskite structure to a double-layer RP perovskite structure. In addition, it can be seen that the diffraction patterns for the eluted zinc, cobalt, and iron appear together.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 과산화수소 발생장치에 적용된 과산화수소 발생용 촉매체에 대한 산소환원반응 시험 결과를 나타낸다.7 shows the oxygen reduction reaction test results for the catalyst for generating hydrogen peroxide applied to the hydrogen peroxide generator according to an embodiment of the present invention.

도 7의 (a)를 참조하면, Pr0.5Sr0.5Fe0.75Zn0.125Co0.125O3-δ 화합물로 구성된 촉매체를 -0.5 V (vs. SCE)에서 이 전자(2e-) 산소환원반응 시험 결과가 나타나있다. 시험 결과, 15 분 동안 균일하게 80%의 전환율을 나타냄을 알 수 있다. Referring to Figure 7 (a), the electron (2e - ) oxygen reduction reaction test result of the catalyst body composed of Pr 0.5 Sr 0.5 Fe 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ compound at -0.5 V (vs. SCE) has appeared As a result of the test, it can be seen that the conversion rate was uniformly 80% for 15 minutes.

도 7의 (b)를 참조하면, 상기 산소환원반응 시험 중에 측정한 과산화수소 검출 테스트 진단 종이의 색상이 흑색으로 표시된 바, 과산화수소가 발생함을 확인할 수 있다.Referring to (b) of FIG. 7 , as the color of the hydrogen peroxide detection test diagnostic paper measured during the oxygen reduction test is displayed in black, it can be confirmed that hydrogen peroxide is generated.

이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The technical spirit of the present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is the technical spirit of the present invention that various substitutions, modifications and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art to which this belongs.

100, 200: 과산화수소 발생장치,
110, 210: 애노드,
120, 220: 캐소드,
130, 230: 전해질,
140, 240: 제1 촉매체,
150, 250: 제2 촉매체,
170: 기체 주입부,
180, 280: 배선,
190, 290: 전원,100, 200: hydrogen peroxide generator,
110, 210: anode,
120, 220: cathode,
130, 230: electrolyte;
140, 240: a first catalyst;
150, 250: a second catalyst;
170: gas injection unit;
180, 280: wiring,
190, 290: power,

Claims (20)

애노드;
상기 애노드를 마주보고 배치되고, 산소가 공급되는 캐소드;
상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 배치되고, 물을 포함하는 전해질;
상기 애노드에 배치되고, 상기 물을 산화반응시켜 과산화수소를 발생시키는 제1 촉매체; 및
상기 캐소드에 배치되고, 상기 산소를 환원반응시켜 과산화수소를 발생시키는 제2 촉매체;를 포함하고,
상기 제1 촉매체 및 상기 제2 촉매체 중 적어도 어느 하나는, 하기의 화학식 1의 화합물을 포함하는, 과산화수소 발생장치.
<화학식 1>
R0.5-xE0.5+xT1-y-zZnyCozO3-δ
상기 화학식 1에서, 상기 R은 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 E는 알카리토 금속족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 T는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 및 0 < y+z < 1 이고, 상기 δ는 0 초과 내지 1 이하 범위를 가지는 양수로서, 상기 화학식 1의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.anode;
a cathode disposed facing the anode and supplied with oxygen;
an electrolyte disposed between the anode and the cathode and comprising water;
a first catalyst body disposed on the anode and oxidizing the water to generate hydrogen peroxide; and
A second catalyst body disposed on the cathode and reducing the oxygen to generate hydrogen peroxide;
At least one of the first catalyst body and the second catalyst body includes a compound of Formula 1 below, a hydrogen peroxide generator.
<Formula 1>
R 0.5-x E 0.5+x T 1-yz Zn y Co z O 3-δ
In Formula 1, R includes one or more elements selected from the lanthanide group, E includes one or more elements selected from the alkaline earth metal group, and T is one or more selected from transition metals. elements, wherein -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 0 < y < 1, 0 < z < 1, and 0 < y+z < 1, wherein δ is a positive number ranging from greater than 0 to less than or equal to 1, wherein the formula It is the value which makes the compound of 1 electrically neutral. 청구항 1에 있어서,
상기 제1 촉매체 및 상기 제2 촉매체 중 적어도 어느 하나는, 이중층 R-P 페로브스카이트 물질을 포함하는, 과산화수소 발생장치.The method according to claim 1,
At least one of the first catalyst body and the second catalyst body comprises a double-layer RP perovskite material, a hydrogen peroxide generator. 청구항 2에 있어서,
상기 제1 촉매체는, 상기 R-P 페로브스카이트 물질로부터 용출된 전이 금속이 산화되어 형성된 금속 산화물이 촉매로 작용하여 물 산화반응을 발생시키고, 이에 따라 과산화수소를 형성하는,
과산화수소 발생장치.3. The method according to claim 2,
The first catalyst body, the metal oxide formed by oxidation of the transition metal eluted from the RP perovskite material acts as a catalyst to generate a water oxidation reaction, thereby forming hydrogen peroxide,
Hydrogen peroxide generator. 청구항 2에 있어서,
상기 제2 촉매체는, 상기 R-P 페로브스카이트 물질로부터 용출된 전이 금속이 촉매로 작용하여 산소 환원반응을 발생시키고, 이에 따라 과산화수소를 형성하는,
과산화수소 발생장치.3. The method according to claim 2,
The second catalyst body, the transition metal eluted from the RP perovskite material acts as a catalyst to generate an oxygen reduction reaction, thereby forming hydrogen peroxide,
Hydrogen peroxide generator. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 R은, 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 란탄(La), 사마륨(Sm), 이트륨(Y), 스칸듐(Sc), 가돌리늄(Gd), 유로퓸(Eu), 터븀(Tb), 에르븀(Er), 또는 이들의 혼합물을 중 어느 하나를 포함하는, 과산화수소 발생장치.The method according to claim 1,
R is praseodymium (Pr), neodymium (Nd), lanthanum (La), samarium (Sm), yttrium (Y), scandium (Sc), gadolinium (Gd), europium (Eu), terbium (Tb), erbium (Er), or a mixture thereof, comprising any one of, a hydrogen peroxide generator. 청구항 1에 있어서,
상기 E는, 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 라듐(Ra) 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나를 포함하는, 과산화수소 발생장치.The method according to claim 1,
The E, barium (Ba), strontium (Sr), beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), including any one of radium (Ra) or a mixture thereof, a hydrogen peroxide generator. 청구항 1에 있어서,
상기 T는, 철(Fe), 망간(Mn), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 구리(Cu), 크롬(Cr), 니오븀(Nb) 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나를 포함하는, 과산화수소 발생장치.The method according to claim 1,
The T, including any one of iron (Fe), manganese (Mn), titanium (Ti), nickel (Ni), copper (Cu), chromium (Cr), niobium (Nb) or a mixture thereof, hydrogen peroxide generator. 청구항 1에 있어서,
상기 제1 촉매체 및 상기 제2 촉매체 중 적어도 어느 하나는, 상기 화학식 1의 화합물에서, 아연 또는 코발트가 표면으로 용출된, 과산화수소 발생장치.The method according to claim 1,
At least one of the first catalyst body and the second catalyst body is, in the compound of Formula 1, zinc or cobalt eluted to the surface, a hydrogen peroxide generator. 청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1의 화합물은 하기의 화학식 2의 화합물인, 과산화수소 발생장치.
<화학식 2>
Pr0.5-xSr0.5+xFe1-y-zZnyCozO3-δ
상기 화학식 2에서, -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 및 0 < y+z < 1 이고, 상기 δ는 0 초과 내지 1 이하 범위를 가지는 양수로서, 상기 화학식 2의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.The method according to claim 1,
The compound of Formula 1 is a compound of Formula 2 below, a hydrogen peroxide generator.
<Formula 2>
Pr 0.5-x Sr 0.5+x Fe 1-yz Zn y Co z O 3-δ
In Formula 2, -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 0 < y < 1, 0 < z < 1, and 0 < y+z < 1, wherein δ is a positive number having a range of greater than 0 to 1 or less, and the formula It is the value which makes the compound of 2 electrically neutral. 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 화학식 1의 화합물은,
Pr0.5Sr0.5Fe0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Nd0.5Sr0.5Fe0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, La0.5Sr0.5Fe0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Sm0.5Sr0.5Fe0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Pr0.5Sr0.5Mn0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Nd0.5Sr0.5Mn0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, La0.5Sr0.5Mn0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Sm0.5Sr0.5Mn0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Pr0.5Sr0.5Ti0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Nd0.5Sr0.5Ti0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, La0.5Sr0.5Ti0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Sm0.5Sr0.5Ti0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Pr0.5Sr0.5Ni0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, Nd0.5Sr0.5Ni0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, La0.5Sr0.5Ni0.75Zn0.125Co0.125O3-δ, 및 Sm0.5Sr0.5Ni0.75Zn0.125Co0.125O3-δ 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 과산화수소 발생장치.The method according to claim 1,
The compound of Formula 1 is,
Pr 0.5 Sr 0.5 Fe 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Nd 0.5 Sr 0.5 Fe 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , La 0.5 Sr 0.5 Fe 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Sm 0.5 Sr 0.5 Fe 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Pr 0.5 Sr 0.5 Mn 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Nd 0.5 Sr 0.5 Mn 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , La 0.5 Sr 0.5 Mn 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Sm 0.5 Sr 0.5 Mn 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Pr 0.5 Sr 0.5 Ti 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Nd 0.5 Sr 0.5 Ti 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , La 0.5 Sr 0.5 Ti 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Sm 0.5 Sr 0.5 Ti 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Pr 0.5 Sr 0.5 Ni 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , Nd 0.5 Sr 0.5 Ni 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , La 0.5 Sr 0.5 Ni 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ , and Sm 0.5 Sr 0.5 Ni 0.75 Zn 0.125 Co 0.125 O 3-δ . Device. 청구항 1에 있어서,
상기 전해질은 수소이온(H+)을 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에서 전달하는, 과산화수소 발생장치.The method according to claim 1,
The electrolyte transfers hydrogen ions (H + ) between the anode and the cathode, a hydrogen peroxide generator. 청구항 1에 있어서,
상기 애노드와 상기 캐소드에 전력을 공급하는 전원;을 더 포함하는, 과산화수소 발생장치.The method according to claim 1,
A power supply for supplying power to the anode and the cathode; further comprising, a hydrogen peroxide generator. 청구항 1에 있어서,
상기 애노드와 상기 캐소드는 상기 전해질 내에 침지되어 위치하는, 과산화수소 발생장치.The method according to claim 1,
The anode and the cathode are located immersed in the electrolyte, a hydrogen peroxide generator. 청구항 1에 있어서,
상기 캐소드로 공급되는 상기 산소는 상기 전해질에 포함된 잔류 산소를 이용하여 제공되는, 과산화수소 발생장치.The method according to claim 1,
The oxygen supplied to the cathode is provided using residual oxygen contained in the electrolyte, a hydrogen peroxide generator. 청구항 1에 있어서,
상기 캐소드에 인접하여 배치되고, 상기 전해질에 공기 또는 산소 기체를 주입하는 기체 주입부를 더 포함하고,
상기 캐소드로 공급되는 상기 산소는 상기 기체 주입부에 의하여 주입되는 상기 공기 또는 상기 산소 기체를 이용하여 제공되는, 과산화수소 발생장치.The method according to claim 1,
It is disposed adjacent to the cathode, further comprising a gas injection unit for injecting air or oxygen gas into the electrolyte,
The oxygen supplied to the cathode is provided using the air or the oxygen gas injected by the gas injection unit, a hydrogen peroxide generator. 청구항 1에 있어서,
상기 캐소드의 일측은 상기 전해질과 접촉할 수 있고,
상기 캐소드의 타측은 공기 또는 산소 기체와 직접 접촉하도록 노출된, 과산화수소 발생장치.The method according to claim 1,
One side of the cathode may be in contact with the electrolyte,
The other side of the cathode is exposed to be in direct contact with air or oxygen gas, hydrogen peroxide generator. 하기의 화학식 1의 화합물을 포함하는, 과산화수소 발생용 촉매체.
<화학식 1>
R0.5-xE0.5+xT1-y-zZnyCozO3-δ
상기 화학식 1에서, 상기 R은 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 E는 알카리토 금속족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 T는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 0 < y < 1, 0 < z < 1, 및 0 < y+z < 1 이고, 상기 δ는 0 초과 내지 1 이하 범위를 가지는 양수로서, 상기 화학식의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.A catalyst for generating hydrogen peroxide, comprising a compound of Formula 1 below.
<Formula 1>
R 0.5-x E 0.5+x T 1-yz Zn y Co z O 3-δ
In Formula 1, R includes one or more elements selected from the lanthanide group, E includes one or more elements selected from the alkaline earth metal group, and T is one or more selected from transition metals. elements, wherein -0.5 ≤ x ≤ 0.5, 0 < y < 1, 0 < z < 1, and 0 < y+z < 1, wherein δ is a positive number ranging from greater than 0 to less than or equal to 1, wherein the formula It is the value that makes the compound of
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