KR102624681B1 - Oxygen evolution reaction catalyst for polymer electrolyte membrane(pem) water electrolysis and fabrication method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명의 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매는 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체(mesoporous material)를 형성한다. 상기 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체는, 상기 금속 산화물은 루테늄(Ru)을 포함하고, CuK-알파 특성 X-선 파장 1.541Å에 대한 브래그 2θ각의 제1피크가 25 내지 30도 사이에서 나타나고, 제2피크가 32 내지 37도 사이에서 나타나고, 상기 제1피크의 세기(intensity) 당 상기 제2피크의 세기(intensity)의 비율이 1을 초과하는 것을 특징으로 한다.The polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst of the present invention forms a mesoporous material made of aggregates of metal oxide particles. In the mesoporous body made of an aggregate of metal oxide particles, the metal oxide includes ruthenium (Ru), and the first peak of the Bragg 2θ angle with respect to the CuK-alpha characteristic X-ray wavelength of 1.541 Å is between 25 and 30 degrees. , the second peak appears between 32 and 37 degrees, and the ratio of the intensity of the second peak to the intensity of the first peak exceeds 1.
Description
본 발명은 고분자전해질(PEM) 수전해에 관한것으로, 특히 산소 발생 반응 촉매 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to polymer electrolyte (PEM) water electrolysis, and particularly to an oxygen evolution reaction catalyst and a method for producing the same.
전기에너지를 이용하여 순수한 물로부터 수소를 생산하는 기술은 알칼라인(alkaline) 수전해, 고분자전해질(Polymer electrolyte membrane, PEM) 수전해 및 고체산화물을 이용한 고온수증기 전해기술로 구분된다. 알칼라인 수전해 기술은 전해질로써 수산화 칼륨(KOH)와 같은 알칼리 수용액을 이용하고 수소와 산소를 분리하기 위하여 분리막을 사용하는 기술로 100℃ 이하의 운전조건을 갖춘다. Technologies for producing hydrogen from pure water using electrical energy are divided into alkaline water electrolysis, polymer electrolyte membrane (PEM) water electrolysis, and high-temperature water vapor electrolysis using solid oxides. Alkaline water electrolysis technology uses an aqueous alkaline solution such as potassium hydroxide (KOH) as an electrolyte and uses a separation membrane to separate hydrogen and oxygen, and has operating conditions below 100°C.
고분자전해질(PEM) 수전해 기술은 전해질과 분리막으로써 고분자전해질(PEM) 막을 이용하는 기술로 고분자막의 안정성에 따라 200℃ 이하의 운전조건을 갖는 것을 특징으로 하고 있다. Polymer electrolyte (PEM) water electrolysis technology uses a polymer electrolyte (PEM) membrane as an electrolyte and a separator, and is characterized by operating conditions below 200°C depending on the stability of the polymer membrane.
또한, 고체산화물을 이용한 고온수증기 전해기술은 전해질과 분리막으로써 수소 또는 산소이온 전도성을 갖는 산화물 막을 이용하는 기술로 700 내지 900℃의 고온 운전조건을 갖는 것을 특징으로 한다.In addition, high-temperature water vapor electrolysis technology using solid oxide is a technology that uses an oxide film with hydrogen or oxygen ion conductivity as an electrolyte and a separation membrane, and is characterized by high temperature operating conditions of 700 to 900°C.
저온 수전해 방법 중 알카라인 수전해 기술은 상대적으로 설비 비용이 저렴하다는 장점이 있지만 간헐성이 높은 재생에너지와 연계할 경우 지만 저 전류밀도에서 운전되기 때문에 성능저하 속도가 고분자전해질(PEM) 수전해보다 빠르며, 전력 출력 변동이 심할 경우 민첩하게 대응할 수 없다는 단점이 있다. 한편, 고체산화물을 이용한 고온수증기 전해기술은 값비싼 소재 비용 및 고온의 환경을 조성하는데 많은 비용이 소요되는 문제점이 있다. Among low-temperature water electrolysis methods, alkaline water electrolysis technology has the advantage of relatively low equipment costs, but when linked with highly intermittent renewable energy, the rate of performance decline is faster than that of polymer electrolyte (PEM) water electrolysis because it is operated at a low current density. , it has the disadvantage of not being able to respond quickly when power output fluctuates significantly. Meanwhile, high-temperature water vapor electrolysis technology using solid oxides has the problem of expensive materials and the high cost of creating a high-temperature environment.
이에, 설비 비용, 생산 비용, 성능 경쟁에서 유리한 고분자전해질(PEM)을 이용한 수전해 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있는 실정이다. PEM 전해는 고전류 밀도의 운전이 가능하여 장치가 콤팩트하고, 전해셀 및 시스템의 구조가 단순하며, 부식성이 없어 장수명을 확보할 수 있다.Accordingly, the development of water electrolysis technology using polymer electrolyte (PEM), which is advantageous in equipment cost, production cost, and performance competition, is being actively conducted. PEM electrolysis is capable of operating at high current densities, making the device compact, the structure of the electrolytic cell and system is simple, and it is not corrosive, ensuring a long lifespan.
고분자 전해질 전해법(Polymer Electrolyte Membrane Electrolysis, PEM Electrolysis)은 양극, 음극 및 생성된 수소와 산소 가스 분리와 수소이온이 양극에서 음극으로 이동 가능하게 하는 이온 교환막(전해질 기능)으로 구성된다. PEM 전해는 PEM 연료전지와 유사하게 귀금속 촉매(Platinum, Iridiuimi, Ruthenium)와 고분자 고체 전해질로 불소계 이오노머(fluorocarbon-based ionomer)를 사용한다. PEM 전해에서 각의 전극 반응은 아래와 같다.Polymer Electrolyte Membrane Electrolysis (PEM Electrolysis) consists of an anode, a cathode, and an ion exchange membrane (electrolyte function) that separates the generated hydrogen and oxygen gases and allows hydrogen ions to move from the anode to the cathode. Similar to PEM fuel cells, PEM electrolysis uses a precious metal catalyst (Platinum, Iridiuimi, Ruthenium) and a fluorocarbon-based ionomer as a polymer solid electrolyte. In PEM electrolysis, each electrode reaction is as follows.
양극(Anode) : 2H2O → 4H+ + 4e- + O2 Anode: 2H 2 O → 4H+ + 4e - + O 2
음극(Cathode) : 4H+ + 4e- → 2H2 Cathode: 4H + + 4e - → 2H 2
PEM 전해에는 pH 2~4의 고체 산성 고분자(solid acid polymer)전해질이 사용되기 때문에 내산성의 백금 계열 촉매가 주로 사용된다. 한편, PEM 전해조에 사용되는 전극 소재 중 산소 발생 반응 촉매는 귀금속 기반의 촉매로 많은 양의 촉매가 필요하다. 상세하게, 양극의 산소 발생 반응 촉매는 루테늄 금속이 가장 우수한 효율을 갖지만 산성 전해질에서 금속이 용출되는 내구성 문제가 있다. 이에, 상대적으로 촉매 활성은 떨어지지만 내구성이 뛰어난 이리듐 금속을 촉매로 주로 사용하고 있으며, 이리듐을 포함하는 이원계 혹은 삼원계 촉매 개발이 이루어지고 있다. 그러나 이리듐은 고가의 귀금속으로 제조비용이 상승하는 문제점이 있다. Since PEM electrolysis uses a solid acid polymer electrolyte with a pH of 2 to 4, acid-resistant platinum-based catalysts are mainly used. Meanwhile, among the electrode materials used in PEM electrolyzers, the oxygen generation reaction catalyst is a noble metal-based catalyst and requires a large amount of catalyst. In detail, ruthenium metal has the highest efficiency as an anode oxygen generation reaction catalyst, but has a durability problem in that the metal is eluted in an acidic electrolyte. Accordingly, iridium metal, which has relatively low catalytic activity but is highly durable, is mainly used as a catalyst, and binary or ternary catalysts containing iridium are being developed. However, iridium is an expensive precious metal and has the problem of increasing manufacturing costs.
이와 관련하여, 본 발명에서는 새로운 산소 발생 반응 촉매 소재를 제공하여 PEM 전해조의 가격을 절감하고, 촉매활성 및 내구성이 향상된 산소 발생 반응 촉매 소재에 대하여 제시한다.In this regard, the present invention provides a new oxygen generation reaction catalyst material to reduce the cost of PEM electrolyzers and presents an oxygen generation reaction catalyst material with improved catalytic activity and durability.
본 발명의 일 목적은 고분자전해질(PEM) 수전해 기술의 공정의 산소 발생 반응 촉매의 비용을 절감하여 비용을 절감할 수 있는 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매 및 그의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.One object of the present invention is to provide a polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst and a manufacturing method thereof that can reduce costs by reducing the cost of the oxygen generation reaction catalyst in the process of polymer electrolyte (PEM) water electrolysis technology. It is for.
본 발명의 다른 목적은 고분자전해질(PEM) 수전해 기술의 공정의 산소 발생 반응 촉매의 내구성 및 촉매 활성이 향상된 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매 및 그의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst with improved durability and catalytic activity of the oxygen generation reaction catalyst in the process of polymer electrolyte (PEM) water electrolysis technology, and a method for manufacturing the same.
본 발명의 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매는 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체(mesoporous material)를 형성한다. 상기 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체는, 상기 금속 산화물은 루테늄(Ru)을 포함하고, CuK-알파 특성 X-선 파장 1.541Å에 대한 브래그 2θ각의 제1피크가 25 내지 30도 사이에서 나타나고, 제2피크가 32 내지 37도 사이에서 나타나고, 상기 제1피크의 세기(intensity) 당 상기 제2피크의 세기(intensity)의 비율이 1을 초과하는 것을 특징으로 한다.The polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst of the present invention forms a mesoporous material made of aggregates of metal oxide particles. In the mesoporous body made of an aggregate of metal oxide particles, the metal oxide includes ruthenium (Ru), and the first peak of the Bragg 2θ angle with respect to the CuK-alpha characteristic X-ray wavelength of 1.541 Å is between 25 and 30 degrees. , the second peak appears between 32 and 37 degrees, and the ratio of the intensity of the second peak to the intensity of the first peak exceeds 1.
실시예에 있어서, 상기 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체는 금속 불순물을 더 포함하고, 상기 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체 전체 중 금속 산화물의 금속 원자수 당 상기 금속 불순물은 원자수 백분율(at%)로 5 내지 15 범위인 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the mesoporous body made of an aggregate of the metal oxide particles further includes a metal impurity, and the metal impurity is per number of metal atoms of the metal oxide out of the entire mesoporous body made of the aggregate of the metal oxide particles. It is characterized in that it ranges from 5 to 15 in percentage (at%).
실시예에 있어서, 상기 금속 불순물은 주석(Sn)인 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the metal impurity is tin (Sn).
실시예에 있어서, 상기 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체는 비표면적이 95m2/g 이상인 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the mesoporous body made of an aggregate of metal oxide particles is characterized by a specific surface area of 95 m 2 /g or more.
또한, 본 발명은 고분자 전해질 수전해(PEM water electrolysis) 시스템은 전술된 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매를 포함하는 양극(anode); 음극(cathode) 및 고분자 전해질(PEM)을 포함하고, 상기 양극에서는 제1반응식이 수행되고, 상기 음극에서는 제2반응식이 수행되고, 상기 고분자 전해질(PEM)는 상기 양극에서 생성된 산소가스 및 상기 음극에서 생성된 수소가스를 분리시키고, 상기 양극에서 생성된 수소이온이 상기 음극으로 이동 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention provides a polymer electrolyte water electrolysis (PEM water electrolysis) system including an anode including the above-described polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst; It includes a cathode and a polymer electrolyte (PEM), wherein a first reaction equation is performed at the anode, a second reaction equation is performed at the cathode, and the polymer electrolyte (PEM) is composed of oxygen gas generated at the anode and the It is characterized by separating hydrogen gas generated at the cathode and allowing hydrogen ions generated at the anode to move to the cathode.
[제1반응식] 2H2O → 4H+ + 4e- + O2 [First reaction equation] 2H 2 O → 4H+ + 4e - + O 2
[제2반응식] 4H+ + 4e- → 2H2 [Second reaction equation] 4H + + 4e - → 2H 2
또한, 본 발명의 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매의 제조방법은 금속염을 포함하는 전구체 혼합물을 제조하는 단계; 구조화된 중형 다공성 실리카(ordered mesoporous silica, OMS)에 소정 농도의 전구체 혼합물을 함침하여 실리카-전구체 복합체를 형성하는 단계; 상기 실리카-전구체 복합체를 건조하는 단계; 건조된 상기 실리카-전구체 복합체를 열처리하여 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체(mesoporous material)를 형성하는 열처리 단계; 상기 중형 기공체를 수용하는 상기 구조화된 중형 다공성 실리카를 제거하는 단계; 및 상기 구조화된 중형 다공성 실리카가 제거된 상기 중형 기공체를 건조하는 단계를 포함한다. 상기 중형 기공체는, 금속 산화물을 포함하고, CuK-알파 특성 X-선 파장 1.541Å에 대한 브래그 2θ각의 제1피크가 25 내지 30도 사이에서 나타나고, 제2피크가 32 내지 37도 사이에서 나타나고, 상기 제1피크의 세기(intensity) 당 상기 제2피크의 세기(intensity)의 비율이 1을 초과하는 것을 특징으로 한다. In addition, the method for producing a polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst of the present invention includes preparing a precursor mixture containing a metal salt; Impregnating ordered mesoporous silica (OMS) with a precursor mixture at a predetermined concentration to form a silica-precursor complex; Drying the silica-precursor complex; A heat treatment step of heat treating the dried silica-precursor composite to form a mesoporous material made of aggregates of metal oxide particles; removing the structured mesoporous silica containing the mesoporous body; and drying the mesoporous body from which the structured mesoporous silica has been removed. The mesoporous body contains a metal oxide, and the first peak of the Bragg 2θ angle with respect to the CuK-alpha characteristic X-ray wavelength of 1.541 Å appears between 25 and 30 degrees, and the second peak appears between 32 and 37 degrees. It is characterized in that the ratio of the intensity of the second peak to the intensity of the first peak exceeds 1.
실시예에 있어서, 상기 금속염 루테늄(Ru)을 포함하는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, it is characterized in that it contains the metal salt ruthenium (Ru).
실시예에 있어서, 상기 금속 산화물은 루테늄산화물(RuO2)을 포함한다.한다.In an embodiment, the metal oxide includes ruthenium oxide (RuO 2 ).
실시예에 있어서, 상기 전구체 혼합물은 금속 불순물을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the precursor mixture further includes metal impurities.
실시예에 있어서, 상기 금속 불순물은 주석(Sn)인 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the metal impurity is tin (Sn).
실시예에 있어서, 상기 중형 기공체는 상기 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체 전체 중 금속 산화물의 금속 원자수 당 상기 금속 불순물은 원자수 백분율(at%)로 5 내지 15 범위인 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the mesoporous body is characterized in that the metal impurity is in the range of 5 to 15 in atomic percentage (at%) per number of metal atoms of the metal oxide in the entire mesoporous body made of an aggregate of the metal oxide particles. do.
실시예에 있어서, 상기 소정 농도의 전구체 혼합물의 농도는 상기 전구체 혼합물 100 중량부 당 상기 금속염의 중량부가 5 내지 10 중량부인 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the concentration of the predetermined concentration of the precursor mixture is characterized in that the weight of the metal salt is 5 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of the precursor mixture.
실시예에 있어서, 상기 실리카-전구체 복합체를 건조하는 단계는 70 내지 90℃ 온도 범위에서 10 내지 12시간 동안 수행되는 것을 특징으로 한다.In an example, the step of drying the silica-precursor complex is characterized in that it is performed for 10 to 12 hours at a temperature range of 70 to 90 ° C.
실시예에 있어서, 상기 중형 기공체를 형성하는 열처리 단계는 250 내지 300℃ 온도 범위에서 5 내지 6시간 동안 수행되는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the heat treatment step of forming the mesoporous body is characterized in that it is performed for 5 to 6 hours at a temperature range of 250 to 300 ° C.
실시예에 있어서, 상기 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체는 비표면적이 95m2/g 이상인 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the mesoporous body made of an aggregate of metal oxide particles is characterized by a specific surface area of 95 m 2 /g or more.
실시예에 있어서, 상기 중형 기공체를 형성하는 열처리 단계 전에 실리카-전구체 복합체를 형성하는 단계 및 상기 실리카-전구체 복합체를 건조하는 단계가 복수회 수행되는 것을 특징으로 한다.In an embodiment, the step of forming a silica-precursor composite and the step of drying the silica-precursor composite are performed multiple times before the heat treatment step of forming the mesoporous body.
본 발명의 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매는 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체로 나노-복제법(Nano-replicate method)으로 제조되어 비표면적이 95m2/g 이상으로 넓은 반응 면적을 가질 수 있다. 이에, 촉매의 사용양을 감소할 수 있으므로 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다. The polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst of the present invention is a mesoporous body made of aggregates of metal oxide particles and is manufactured by the nano-replicate method to have a large reaction area with a specific surface area of 95 m 2 /g or more. You can have Accordingly, there is an advantage in that costs can be reduced because the amount of catalyst used can be reduced.
또한, 본 발명의 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매는 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체로 금속 산화물은 루테늄(Ru)을 포함하고, CuK-알파 특성 X-선 파장 1.541Å에 대한 브래그 2θ각의 제1피크가 25 내지 30도 사이에서 나타나고, 제2피크가 32 내지 37도 사이에서 나타나고, 상기 제1피크의 세기(intensity) 당 상기 제2피크의 세기(intensity)의 비율이 1을 초과하므로 (101)면이 (110)면보다 발달한다. (101)면의 발달은 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매에서 우수한 산소 발생 반응 활성을 나타내고, 내구성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.In addition, the polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst of the present invention is a mesoporous body made of aggregates of metal oxide particles, the metal oxide contains ruthenium (Ru), and the CuK-alpha characteristic X-ray wavelength of 1.541 Å The first peak of the Bragg 2θ angle appears between 25 and 30 degrees, the second peak appears between 32 and 37 degrees, and the ratio of the intensity of the second peak to the intensity of the first peak is Since it exceeds 1, the (101) plane is more developed than the (110) plane. The development of the (101) plane has the advantage of showing excellent oxygen generation reaction activity in the polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst and improving durability.
도 1은 본 발병의 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매의 형성과정을 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 고분자 전해질 수전해(PEM water electrolysis) 시스템의 개념도이다.
도 4는 실시예1, 실시예3 및 비교예의 금속 산화물 입자의 응집체로 형성된 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매의 X선 회절 분석 결과이다.
도 5는 실시예1 내지 실시예5 및 비교예의 질소 흡탈착 결과에 의한 비표면적 분석 결과이다.
도 6은 실시예1 내지 실시예5 및 비교예의 산소 발생 반응에 대한 활성 분석 결과이다.
도 7은 실시예1 내지 실시예5 및 비교예의 산소 발생 반응에 대한 선형주사전위법 결과이다.Figure 1 is a flow chart showing the manufacturing method of the polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst of the present invention.
Figure 2 is a conceptual diagram showing the formation process of the polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst of the present invention.
Figure 3 is a conceptual diagram of the polymer electrolyte water electrolysis (PEM water electrolysis) system of the present invention.
Figure 4 shows the results of X-ray diffraction analysis of the polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst formed from aggregates of metal oxide particles of Examples 1, 3, and Comparative Examples.
Figure 5 shows the specific surface area analysis results based on the nitrogen adsorption and desorption results of Examples 1 to 5 and Comparative Examples.
Figure 6 shows the results of activity analysis for the oxygen generation reaction of Examples 1 to 5 and Comparative Examples.
Figure 7 shows the results of linear scanning potential method for the oxygen generation reaction of Examples 1 to 5 and Comparative Examples.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the attached drawings. However, identical or similar components will be assigned the same reference numbers regardless of reference numerals, and duplicate descriptions thereof will be omitted. Additionally, in describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed descriptions will be omitted. In addition, the attached drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed in this specification is not limited by the attached drawings, and all changes included in the spirit and technical scope of the present invention are not limited. , should be understood to include equivalents or substitutes.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms containing ordinal numbers, such as first, second, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
도 1은 본 발병의 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매의 제조 방법을 도시한 순서도이다.Figure 1 is a flow chart showing the manufacturing method of the polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst of the present invention.
도 1을 참조하면, 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매의 제조 방법은 전구체 혼합물을 제조하는 단계(S100), 실리카-전구체 복합체를 형성하는 단계(S200), 실리카-전구체 복합체를 건조하는 단계(S300), 중형 기공체를 형성하는 열처리 단계(S400), 구조화된 중형 다공성 실리카를 제거하는 단계(S500) 및 중형 기공체를 건조하는 단계(S600)를 포함한다. Referring to Figure 1, the method for producing a polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst includes preparing a precursor mixture (S100), forming a silica-precursor complex (S200), and drying the silica-precursor complex. It includes a step (S300), a heat treatment step of forming a mesoporous body (S400), a step of removing structured mesoporous silica (S500), and a step of drying the mesoporous body (S600).
본 발명은 구조화된 중형 다공성 실리카를 이용한 나노-복제법(Nano-replication method)으로 중형 기공체를 합성 방법이다. 상세하게, 상기 중형 다공성 실리카를 주형으로 하여 용액화된 원하는 물질의 전구체를 주형의 기공안에 채워 넣고 열처리를 통하여 결정화를 이룬 다음 실리카를 제거하는 방법이다.The present invention is a method of synthesizing a mesoporous body using a nano-replication method using structured mesoporous silica. In detail, this is a method in which the mesoporous silica is used as a template, the solutionized precursor of the desired material is filled into the pores of the mold, crystallization is achieved through heat treatment, and then the silica is removed.
전구체 혼합물을 제조하는 단계(S100)에서 전구체 혼합물은 금속염을 포함할 수 있다. 실시예에서 상기 전구체 혼합물의 용매는 물일 수 있다. 덧붙여, 상기 금속염은 루테늄(Ru)을 포함할 수 있다. 루테늄을 포함하는 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매는 종래에 사용되는 이리듐(Ir) 촉매보다 활성이 뛰어나다는 장점이 있다. 상세하게, 상기 금속염은 루테늄(Ru)를 포함하고 물 기반 용매에 용해될 수 있는 염일 수 있다.In the step of preparing the precursor mixture (S100), the precursor mixture may include a metal salt. In an embodiment, the solvent of the precursor mixture may be water. Additionally, the metal salt may include ruthenium (Ru). Polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalysts containing ruthenium have the advantage of being more active than conventionally used iridium (Ir) catalysts. In detail, the metal salt may be a salt that contains ruthenium (Ru) and is soluble in a water-based solvent.
전술된 것과 같이 상기 전구체 혼합물의 용매가 물일 경우 구조화된 중형 다공성 실리카(ordered mesoporous silica, OMS)를 기반으로 하는 나노-복제법으로 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매의 합성이 성공적으로 이루어질 수 있다. 용매가 유기용매 또는 알코올계 욤매일 경우에는 후술되는 실리카-전구체 복합체를 형성하는 단계(S200), 실리카-전구체 복합체를 건조하는 단계(S300) 또는 중형 기공체를 형성하는 열처리 단계(S400)에서 구조화된 중형 다공성 실리카의 기공 구조가 손상되어 원하는 형태의 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매를 얻을 수 없다.As described above, when the solvent of the precursor mixture is water, the synthesis of a polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen evolution reaction catalyst can be successfully achieved by a nano-replication method based on structured mesoporous silica (OMS). You can. When the solvent is an organic solvent or an alcohol-based solvent, structuring is performed in the step of forming a silica-precursor complex (S200), drying the silica-precursor complex (S300), or heat treatment step of forming a mesoporous body (S400), which will be described later. The pore structure of the mesoporous silica is damaged, making it impossible to obtain the desired type of polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst.
실리카-전구체 복합체를 형성하는 단계(S200)에서는 구조화된 중형 다공성 실리카(ordered mesoporous silica, OMS)에 소정 농도의 상기 전구체 혼합물을 함침할 수 있다. 상기 구조화된 중형 다공성 실리카는 삼차원 구조를 가지는 실리카 주형물질로 일차원 미세 기공(micropore)들이 서로 연결된 구조이며, 삼차원 연결 구조를 갖는 분자체 물질로 다양한 입방구조를 가질 수 있다.In the step of forming a silica-precursor complex (S200), structured mesoporous silica (OMS) may be impregnated with a predetermined concentration of the precursor mixture. The structured mesoporous silica is a silica template material with a three-dimensional structure in which one-dimensional micropores are connected to each other. It is a molecular sieve material with a three-dimensional connection structure and can have various cubic structures.
일 실시예에서 구조화된 중형 다공성 실리카는 KIT-6일 수 있다. 나아가, 중형 다공성 실리카는 KIT-6, SBA-15, SBA-16 및 MCM-48 중 적어도 하나일 수 있다. 추가적으로 전술된 것과 같이 상기 전구체 혼합물은 물을 기반으로 하므로, 상기 구조화된 중형 다공성 실리카의 표면은 소수성으로 전처리될 수 있다.In one embodiment the structured mesoporous silica may be KIT-6. Furthermore, the mesoporous silica may be at least one of KIT-6, SBA-15, SBA-16, and MCM-48. Additionally, as described above, since the precursor mixture is water-based, the surface of the structured mesoporous silica can be pretreated to make it hydrophobic.
이에, 상기 구조화된 중형 다공성 실리카가 상기 전구체 혼합물에 함침되면서 상기 구조화된 중형 다공성 실리카에 형성된 공극(pore)에 상기 전구체 혼합물이 수용되어 실리카-전구체 복합체를 형성할 수 있다. Accordingly, as the structured mesoporous silica is impregnated with the precursor mixture, the precursor mixture is accommodated in pores formed in the structured mesoporous silica to form a silica-precursor complex.
상기 전구체 혼합물이 상기 구조화된 중형 다공성 실리카에 용이하게 수용되기 위해서 상기 전구체 혼합물은 소정 농도를 가질 수 있다. 상세하게 소정 농도의 전구체 혼합물의 농도는 상기 전구체 혼합물 100 중량부 당 상기 금속염의 중량부가 5 내지 10 중량부일 수 있다. 상기 금속염의 중량부가 5 미만일 경우, 상기 구조화된 중형 다공성 실리카에 형성된 공극(pore)에 수용되는 금속염의 양이 감소하여 후속공정에서 어려움이 따른다. 한편, 상기 금속염의 중량부가 10을 초과할 경우, 상기 전구체 혼합물의 농도가 증가하여 상기 구조화된 중형 다공성 실리카에 형성된 공극(pore)을 채우는 것에 어려움이 따를 수 있다.In order for the precursor mixture to be easily accommodated in the structured mesoporous silica, the precursor mixture may have a predetermined concentration. In detail, the concentration of the precursor mixture at a predetermined concentration may be 5 to 10 parts by weight of the metal salt per 100 parts by weight of the precursor mixture. If the weight part of the metal salt is less than 5, the amount of the metal salt accommodated in the pores formed in the structured mesoporous silica decreases, resulting in difficulties in subsequent processes. On the other hand, when the weight part of the metal salt exceeds 10, the concentration of the precursor mixture increases, which may make it difficult to fill the pores formed in the structured mesoporous silica.
나아가, 상기 전구체 혼합물은 금속 불순물을 더 포함할 수도 있다. 상세하게, 상기 금속 불순물은 주석(Sn)일 수 있다. 주석을 분순물로 포함하는 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매는 산소 발생 반응 활성이 증가될 수 있다.Furthermore, the precursor mixture may further include metal impurities. In detail, the metal impurity may be tin (Sn). A polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen evolution reaction catalyst containing tin as an impurity may increase oxygen evolution reaction activity.
이어서 수행되는 실리카-전구체 복합체를 건조하는 단계(S300)는 70 내지 90℃ 온도 범위에서 10 내지 12시간 동안 수행될 수 있다. 이에, 상기 전구체 혼합물의 용매가 증발되어 전술된 실리카-전구체 복합체 상에는 상기 금속염 또는 금속 불순물이 채워질 수 있다. The subsequent step of drying the silica-precursor complex (S300) may be performed at a temperature range of 70 to 90° C. for 10 to 12 hours. Accordingly, the solvent of the precursor mixture may be evaporated and the metal salt or metal impurity may be filled on the silica-precursor complex described above.
실리카-전구체 복합체를 건조하는 단계(S300)에서 건조되는 온도 및 시간은 상기 전구체 혼합물 중 금속염 또는 금속불순물이 반응하여 산화물 또는 결합물과 같은 다른 형태로 변화하지 않는 범위에서 수행될 수 있다. In the step (S300) of drying the silica-precursor complex, the drying temperature and time may be within a range where metal salts or metal impurities in the precursor mixture do not react and change into other forms such as oxides or complexes.
나아가, 실리카-전구체 복합체를 건조하는 단계(S300) 수행 후 구조화된 중형 다공성 실리카에 형성된 공극 중 일부가 상기 금속염 또는 금속 불순물이 채워지지만 건조 후 용매가 증발하여 생성된 새로운 공극을 상기 금속염 또는 금속 불순물로 메우기 위해서 전술된 실리카-전구체 복합체를 형성하는 단계(S200)를 다시 수행할 수도 있다. Furthermore, after performing the step of drying the silica-precursor complex (S300), some of the pores formed in the structured mesoporous silica are filled with the metal salt or metal impurity, but the new pores created by evaporation of the solvent after drying are filled with the metal salt or metal impurity. To fill the silica-precursor complex described above, the step (S200) may be performed again.
즉, 실리카-전구체 복합체를 형성하는 단계(S200) 및 상기 실리카-전구체 복합체를 건조하는 단계(S300)가 복수회 수행될 수 있다. 일 실시예에서 실리카-전구체 복합체를 형성하는 단계(S200) 및 상기 실리카-전구체 복합체를 건조하는 단계(S300)가 각각 2회 수행될 수 있다. 이때 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매의 제조 순서는 전구체 혼합물을 제조하는 단계(S100) 다음으로 제1 실리카-전구체 복합체를 형성하는 단계, 제1 실리카-전구체 복합체를 건조하는 단계, 제2 실리카-전구체 복합체를 형성하는 단계 및 제2 실리카-전구체 복합체를 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 덧붙여, 실리카-전구체 복합체를 형성하는 단계(S200) 및 상기 실리카-전구체 복합체를 건조하는 단계(S300)는 횟수에 제한되지 아니하고 복수회만큼 수행될 수 있다.That is, the step of forming the silica-precursor complex (S200) and the step of drying the silica-precursor complex (S300) may be performed multiple times. In one embodiment, the step of forming the silica-precursor complex (S200) and the step of drying the silica-precursor complex (S300) may each be performed twice. At this time, the manufacturing sequence of the polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst is a step of preparing a precursor mixture (S100), followed by forming a first silica-precursor complex, drying the first silica-precursor complex, and 2. It may include forming a silica-precursor complex and drying the second silica-precursor complex. In addition, the step of forming the silica-precursor complex (S200) and the step of drying the silica-precursor complex (S300) are not limited in number and may be performed multiple times.
중형 기공체를 형성하는 열처리 단계(S400)는 250 내지 300℃ 온도 범위에서 5 내지 6시간 동안 수행될 수 있다. 상기 열처리 온도가 250℃ 보다 낮으면 중형 기공체가 제대로 형성되지 않을 수 있다. 한편, 상기 열처리 온도가 350℃ 보다 높으면 생성되는 중형 기공체의 균일도가 감소할 수 있고, 생성되는 중형 기공체의 내구성 증가없이 촉매의 활성도가 감소하게 된다. The heat treatment step (S400) for forming the mesoporous body may be performed for 5 to 6 hours at a temperature range of 250 to 300°C. If the heat treatment temperature is lower than 250°C, the mesoporous body may not be properly formed. On the other hand, if the heat treatment temperature is higher than 350°C, the uniformity of the resulting mesoporous body may decrease, and the activity of the catalyst may decrease without increasing the durability of the resulting mesoporous body.
중형 기공체를 형성하는 열처리 단계(S400)에서 전구체 물질이 금속 산화물로 전환되어 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체(mesoporous material)를 형성한다. 이때, 금속 산화물로 전환을 시킬 수 있도록 열처리 단계에서 산소가 공급될 수 있다. 이에, 상기 열처리 단계는 산소를 포함하는 공기 분위기에서 수행될 수 있다. 나아가, 상기 금속 산화물은 루테늄산화물(RuO2)을 포함할 수 있다.In the heat treatment step (S400) of forming a mesoporous body, the precursor material is converted to a metal oxide to form a mesoporous material made of aggregates of metal oxide particles. At this time, oxygen may be supplied in the heat treatment step to convert it into a metal oxide. Accordingly, the heat treatment step may be performed in an air atmosphere containing oxygen. Furthermore, the metal oxide may include ruthenium oxide (RuO 2 ).
상기 금속 산화물 입자의 응집체의 중형 기공(mesoporous)은 2 내지 50 nm의 기공을 가질 수 있다. 즉, 구조화된 중형 다공성 실리카의 공극에 상기 금속 산화물 입자의 응집체가 채워질 수 있다.Mesoporous pores of the aggregate of the metal oxide particles may have pores of 2 to 50 nm. That is, aggregates of the metal oxide particles may be filled in the pores of the structured mesoporous silica.
구조화된 중형 다공성 실리카를 제거하는 단계(S500) 및 중형 기공체를 건조하는 단계(S600)를 포함한다. 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매에서 상기 구조화된 중형 다공성 실리카는 전기화학적으로 촉매의 역할을 할 수 없으므로 제거되는 것이 바람직하다. 이에, 상기 구조화된 중형 다공성 실리카를 선택적으로 제거할 수 있는 용매가 사용될 수 있다. 이는 불산(HF) 또는 수산화나트륨(NaOH)을 포함하는 용액일 수 있다. 상기 구조화된 중형 다공성 실리카는 알칼리 용융 또는 탄산염 융해에 의하여 규산염이 되거나 불산에 의하여 SiF4를 형성하여 제거될 수 있다. 이에, 상기 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체를 분리할 수 있다.It includes removing the structured mesoporous silica (S500) and drying the mesoporous body (S600). In the polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst, the structured mesoporous silica cannot electrochemically act as a catalyst and is therefore preferably removed. Accordingly, a solvent capable of selectively removing the structured mesoporous silica may be used. This may be a solution containing hydrofluoric acid (HF) or sodium hydroxide (NaOH). The structured mesoporous silica may be converted into silicate by alkali melting or carbonate melting, or may be removed by hydrofluoric acid to form SiF 4 . Accordingly, mesoporous bodies composed of aggregates of the metal oxide particles can be separated.
분리된 상기 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체는 건조되어 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매로 활용될 수 있다. 중형 기공체를 건조하는 단계(S600)는 70 내지 90℃ 온도 범위에서 10 내지 12시간 동안 수행될 수 있다. 이때, 신속한 건조를 위해 상기 금속 산화물 입자의 응집체는 감압 분위기에서 건조될 수도 있다.The mesoporous body composed of the separated aggregates of the metal oxide particles can be dried and used as a polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst. The step of drying the mesoporous body (S600) may be performed for 10 to 12 hours at a temperature range of 70 to 90°C. At this time, for rapid drying, the aggregates of the metal oxide particles may be dried in a reduced pressure atmosphere.
나아가, 상기 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체는 CuK-알파 특성 X-선 파장 1.541Å에 대한 브래그 2θ각의 (110)면을 나타내는 제1피크가 25 내지 30도 사이에서 나타나고, (101)면을 나타내는 제2피크가 32 내지 37도 사이에 나타난다. 상기 제1피크의 세기(intensity) 당 상기 제2피크의 세기(intensity)의 비율인 '제2피크의 세기(intensity)/제1피크의 세기(intensity)'가 1을 초과한다. 상세하게, 중형 기공체를 형성하는 열처리 단계(S400)에서 전구체 물질이 금속 산화물로 전환될 때, 상기 금속 산화물의 (101)면의 결정 속도가 (110)면의 결정 속도보다 빨리 형성된다.Furthermore, in the mesoporous body made of an aggregate of metal oxide particles, the first peak representing the (110) plane of the Bragg 2θ angle for the CuK-alpha characteristic X-ray wavelength of 1.541 Å appears between 25 and 30 degrees, and (101 ) The second peak representing the plane appears between 32 and 37 degrees. 'Intensity of the second peak/Intensity of the first peak', which is the ratio of the intensity of the second peak to the intensity of the first peak, exceeds 1. In detail, when the precursor material is converted to a metal oxide in the heat treatment step (S400) of forming a mesoporous body, the crystallization rate of the (101) plane of the metal oxide is formed faster than the crystallization rate of the (110) plane.
즉, 결정 성장 속도 차이에 의해 특정면이 발달함을 알 수 있는데 본 발명의 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매의 제조방법으로 제조된 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매는 상기 금속 산화물의 (101)면이 (110)면보다 더욱 발달함을 알 수 있다. 이와 같은 (101)면의 발달은 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매에서 우수한 산소 발생 반응 활성을 나타내고, 내구성을 향상시킬 수 있다. 이는 후술되는 비교예 및 실시예들의 설명에서 상세하게 설명될 수 있다.In other words, it can be seen that a specific surface develops due to the difference in crystal growth rate. The polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst prepared by the method for producing the polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst of the present invention is as described above. It can be seen that the (101) plane of the metal oxide is more developed than the (110) plane. Such development of the (101) surface can show excellent oxygen generation reaction activity and improve durability in a polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst. This can be explained in detail in the description of comparative examples and examples described later.
또한, 상기 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체는 상기 금속 산화물 입자 전체 원자수 당 상기 금속 불순물은 원자수 백분율(at%)로 5 내지 15 범위일 수 있다. 상기 금속 불순물의 농도가 5at.% 이상일 경우, 금속 불순물이 산소발생반응 중 용출되어 촉매의 비표면적 증가를 통해 활성이 증가하는 효과가 있다. 반면, 상기 금속 불순물의 농도가 15at.%를 초과할 경우에는 금속 불순물이 용출되는 정도가 심하여 전체적인 금속 산화물의 구조를 깨뜨릴 수 있어 활성 감소되는 문제점이 있다.In addition, the mesoporous body made of an aggregate of the metal oxide particles may have an atomic percentage (at%) of metal impurities in the range of 5 to 15 per total number of atoms of the metal oxide particles. When the concentration of the metal impurity is 5 at.% or more, the metal impurity is eluted during the oxygen evolution reaction, which has the effect of increasing the activity by increasing the specific surface area of the catalyst. On the other hand, when the concentration of the metal impurities exceeds 15 at.%, the degree of elution of the metal impurities is severe and may break the overall structure of the metal oxide, resulting in a decrease in activity.
덧붙여, 상기 금속 산화물의 응집체로 이루어지는 중형 기공체는 비표면적이 95m2/g 이상으로 형성되어 전기화학적으로 촉매의 역할을 수행하기에 충분한 비표면적을 가질 수 있다. In addition, the mesoporous body made of the metal oxide aggregate has a specific surface area of 95 m 2 /g or more and may have a specific surface area sufficient to electrochemically serve as a catalyst.
도 2는 본 발명의 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매의 형성과정을 도시한 개념도이다.Figure 2 is a conceptual diagram showing the formation process of the polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst of the present invention.
도 2를 참조하면, 구조화된 중형 다공성 실리카와 같은 다공성 주형 물질에 금속염을 함침하여, 건조 및 열처리하고 주형물질을 제거하여 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매를 형성할 수 있다. Referring to FIG. 2, a porous template material such as structured mesoporous silica is impregnated with a metal salt, dried and heat treated, and the template material is removed to form a polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst.
도 3은 본 발명의 고분자 전해질 수전해(PEM water electrolysis) 시스템(10)의 개념도이다.Figure 3 is a conceptual diagram of the polymer electrolyte water electrolysis (PEM water electrolysis) system 10 of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명은 전술된 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매를 포함하는 양극(anode)(10), 음극(cathode)(20) 및 고분자 전해질(PEM)(30)을 포함할 수 있다. 상세하게, 양극(10)에서는 하기의 제1반응식이 수행되고, 음극(20)에서는 제2반응식이 수행될 수 있다.Referring to Figure 3, the present invention includes an anode (10), a cathode (20), and a polymer electrolyte (PEM) (30) containing the above-described polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst. It can be included. In detail, the first reaction equation below may be performed at the anode 10, and the second reaction equation may be performed at the cathode 20.
[제1반응식] 2H2O → 4H+ + 4e- + O2 [First reaction equation] 2H 2 O → 4H+ + 4e - + O 2
[제2반응식] 4H+ + 4e- → 2H2 [Second reaction equation] 4H + + 4e - → 2H 2
나아가, 고분자 전해질(PEM)(30)은 양극(10)에서 생성된 산소가스 및 상기 음극(20)에서 생성된 수소가스를 분리한다. 또한, 고분자 전해질(PEM)(30)은 양극(10)에서 생성된 수소이온이 음극(20)으로 이동 가능하도록 형성될 수 있다. 덧붙여, 양극(10) 및 음극(20)에는 티타늄섬유, 티타늄 메쉬와 같은 소재를 포함하는 집전체(Current distributor)(40)가 구비될 수 있다.Furthermore, the polymer electrolyte (PEM) 30 separates oxygen gas generated at the anode 10 and hydrogen gas generated at the cathode 20. Additionally, the polymer electrolyte (PEM) 30 may be formed so that hydrogen ions generated at the anode 10 can move to the cathode 20. In addition, the positive electrode 10 and the negative electrode 20 may be provided with a current distributor 40 containing a material such as titanium fiber or titanium mesh.
이하, 본 발명의 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매의 제조 방법으로 제조된 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, an example prepared by the method for producing the polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst of the present invention will be described.
<실시예1><Example 1>
수용성 루테늄 전구체를 물에 교반하여 전구체 혼합물을 제조하였다. 이때에 전구체 혼합물의 100 중량부당 루테늄 전구체는 10 중량부로 제조한다.A precursor mixture was prepared by stirring a water-soluble ruthenium precursor in water. At this time, 10 parts by weight of ruthenium precursor is prepared per 100 parts by weight of the precursor mixture.
구조화된 중형 다공성 실리카에 상기 전구체 혼합물을 함침하여 실리카-전구체 복합체를 형성한다. 상기 구조화된 중형 다공성 실리카는 KIR-6이며, 소수성으로 전처리 되었다.Structured mesoporous silica is impregnated with the precursor mixture to form a silica-precursor complex. The structured mesoporous silica was KIR-6 and was pretreated to be hydrophobic.
상기 실리카-전구체 복합체를 80℃에서 12시간 동안 수행하여 건조하였다. 이어서, 다시 구조화된 중형 다공성 실리카에 상기 전구체 혼합물을 함침시켜 상기 구조화된 중형 다공성 실리카의 공극에 전구체 혼합물을 수용하였다. 또한 반복적으로 다시 형성된 실리카-전구체 복합체를 80℃에서 12시간 동안 수행하여 건조하였다.The silica-precursor complex was dried at 80°C for 12 hours. Subsequently, the structured mesoporous silica was impregnated with the precursor mixture again to accommodate the precursor mixture in the pores of the structured mesoporous silica. Additionally, the repeatedly formed silica-precursor complex was dried at 80°C for 12 hours.
건조된 상기 실리카-전구체 복합체를 300℃에서 6시간 동안 열처리하여 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체(mesoporous material)를 형성한다. 상기 열처리는 공기 분위기에서 수행되었다.The dried silica-precursor composite is heat-treated at 300° C. for 6 hours to form a mesoporous material made of aggregates of metal oxide particles. The heat treatment was carried out in an air atmosphere.
이어서, 불산 또는 수산화나트륨 용액으로 구조화된 중형 다공성 실리카를 제거하여, 금속 산화물 입자의 응집체로 형성된 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매를 수거하여 80℃에서 12시간 동안 수행하여 건조하였다. Next, the structured mesoporous silica was removed with a hydrofluoric acid or sodium hydroxide solution, and the polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst formed of aggregates of metal oxide particles was collected and dried at 80°C for 12 hours.
<실시예2><Example 2>
실시예1과 동일한 방법으로 금속 산화물 입자의 응집체로 형성된 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매를 제조하되, 전구체 혼합물에 금속 불순물을 추가하였다. 상세하게, 상기 금속 불순물은 주석(Sn)으로 실시예2의 금속 산화물 입자의 응집체로 형성된 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매는 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체 전체 중 금속 산화물의 금속 원자수 당 주석은 원자수 백분율(at%)로 1at%가 되도록 제조하였다.A polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst formed of an aggregate of metal oxide particles was prepared in the same manner as in Example 1, but metal impurities were added to the precursor mixture. In detail, the metal impurity is tin (Sn), and the polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst formed from an aggregate of the metal oxide particles of Example 2 is a mesoporous body made of an aggregate of metal oxide particles. Tin per metal atom was manufactured to be 1 at% in atomic percentage (at%).
<실시예3><Example 3>
실시예2와 동일한 방법으로 금속 산화물 입자의 응집체로 형성된 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매를 제조하되, 실시예3의 금속 산화물 입자의 응집체로 형성된 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매는 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체 전체 중 금속 산화물의 금속 원자수 당 주석은 원자수 백분율(at%)로 5at%가 되도록 제조하였다. A polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst formed from aggregates of metal oxide particles was prepared in the same manner as in Example 2, except that the polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction formed from aggregates of metal oxide particles was prepared in Example 3. The catalyst was manufactured so that the tin content (at%) per metal atom of the metal oxide was 5 at% in the entire mesoporous body consisting of an aggregate of metal oxide particles.
<실시예4><Example 4>
실시예2와 동일한 방법으로 금속 산화물 입자의 응집체로 형성된 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매를 제조하되, 실시예4의 금속 산화물 입자의 응집체로 형성된 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매는 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체 전체 중 금속 산화물의 금속 원자수 당 주석은 원자수 백분율(at%)로 10at%가 되도록 제조하였다.A polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst formed from aggregates of metal oxide particles was prepared in the same manner as in Example 2, except that the polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst formed from aggregates of metal oxide particles was prepared in Example 4. The catalyst was manufactured so that the tin content per metal atom of the metal oxide was 10 at% in terms of atomic percentage (at%) of the entire mesoporous body consisting of an aggregate of metal oxide particles.
<실시예5><Example 5>
실시예2와 동일한 방법으로 금속 산화물 입자의 응집체로 형성된 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매를 제조하되, 실시예5의 금속 산화물 입자의 응집체로 형성된 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매는 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체 중 전체 원자수 당 주석은 원자수 백분율(at%)로 15at%가 되도록 제조하였다.A polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst formed from aggregates of metal oxide particles was prepared in the same manner as in Example 2, except that the polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst formed from aggregates of metal oxide particles was prepared in Example 5. The catalyst was manufactured so that the tin content (at%) per total number of atoms in the mesoporous body made of aggregates of metal oxide particles was 15 at%.
<비교예><Comparative example>
비교예의 금속 산화물 입자의 응집체로 형성된 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매는 상용 산화 루테늄(RuO2)으로 하였다. The polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst formed from an aggregate of metal oxide particles in the comparative example was commercially available ruthenium oxide (RuO 2 ).
도 4는 실시예1, 실시예3 및 비교예의 금속 산화물 입자의 응집체로 형성된 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매의 X선 회절 분석 결과이다.Figure 4 shows the results of X-ray diffraction analysis of the polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst formed from aggregates of metal oxide particles of Examples 1, 3, and Comparative Examples.
도 4를 참조하면, 실시예1, 실시예3 및 비교예의 금속 산화물 입자의 응집체로 형성된 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매는 브래그 2θ각의 (110)면을 나타내는 제1피크가 20 내지 25도 사이에서 나타나고, (101)면을 나타내는 제2피크가 32 내지 37도 사이에 나타난다. Referring to FIG. 4, the polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst formed from an aggregate of metal oxide particles of Examples 1, 3, and Comparative Examples has a first peak representing the (110) plane of the Bragg 2θ angle of 20. It appears between 25 and 25 degrees, and the second peak representing the (101) plane appears between 32 and 37 degrees.
금속 산화물 입자의 응집체로 형성된 고분전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매의 제조방법에 따라 금속 산화물의 결정면의 속도가 차이가 나게되고 이는 전술된 제1피크 및 제2피크의 세기(intensity)로 나타나게 된다. Depending on the manufacturing method of the polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst formed from aggregates of metal oxide particles, the speed of the crystal plane of the metal oxide varies, and this is determined by the intensity of the first and second peaks described above. It appears.
실시예1 및 실시예3의 경우에는 상기 제2피크의 세기가 제1피크의 세기보다 크다. 즉, 상기 제1피크의 세기(intensity) 당 상기 제2피크의 세기(intensity)의 비율인 '제2피크의 세기(intensity)/제1피크의 세기(intensity)'가 1을 초과한다.In Examples 1 and 3, the intensity of the second peak is greater than the intensity of the first peak. That is, 'intensity of the second peak/intensity of the first peak', which is the ratio of the intensity of the second peak to the intensity of the first peak, exceeds 1.
이는, 중형 기공체를 형성하는 열처리 단계에서 전구체 물질이 금속 산화물로 전환되면서 상기 금속 산화물의 (101)면의 결정 속도가 (110)면의 결정 속도보다 빨리 형성되는 것에서 기인한다. 즉, 결정 성장 속도 차이에 의해 특정면이 발달함을 알 수 있는데 실시예1 및 실시예3의 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매는 상기 금속 산화물의 (101)면이 (110)면보다 더욱 발달함을 알 수 있다. 이와 같은 (101)면의 발달은 후술되는 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매에서 우수한 산소 발생 반응 활성 및 내구성 향상에 영향을 끼친다.This is because in the heat treatment step of forming the mesoporous body, the precursor material is converted to a metal oxide, and the crystallization rate of the (101) plane of the metal oxide is formed faster than the crystallization rate of the (110) plane. In other words, it can be seen that a specific plane develops due to the difference in crystal growth rate. In the polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst of Examples 1 and 3, the (101) plane of the metal oxide is stronger than the (110) plane. It can be seen that it is developing further. This development of the (101) plane affects excellent oxygen generation reaction activity and improved durability in the polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst described later.
도 5는 실시예1 내지 실시예5 및 비교예의 질소 흡탈착 결과에 의한 비표면적 분석 결과이다.Figure 5 shows the specific surface area analysis results based on the nitrogen adsorption and desorption results of Examples 1 to 5 and Comparative Examples.
도 5를 참조하면, 실시예1 내지 실시예5의 비표면적이 비교예에 피하여 증가한 것을 알 수 있다. 특히, 실시예들은 95m2/g 이상의 비표면적을 갖기 때문에 촉매의 사용량을 절감할 수 있다는 효과에 이를 수 있다. Referring to Figure 5, it can be seen that the specific surface area of Examples 1 to 5 increased compared to the comparative example. In particular, since the examples have a specific surface area of 95 m 2 /g or more, the amount of catalyst used can be reduced.
도 6은 실시예1 내지 실시예5 및 비교예의 산소 발생 반응에 대한 활성 분석 결과이고, 도 7은 실시예1 내지 실시예5 및 비교예의 산소 발생 반응에 대한 선형주사전위법 결과이다.Figure 6 shows the results of activity analysis for the oxygen generation reaction of Examples 1 to 5 and Comparative Examples, and Figure 7 shows the results of linear scanning potential analysis for the oxygen generation reaction of Examples 1 to 5 and Comparative Examples.
도 6 및 도 7을 참조하면, 실시예들과 비교예에서 5 mA/cm2 도달 시 과전압은 유사한 범위로 나타나지만, 10 mA/cm2 도달 시 과전압에서 산소 발생 반응에 대한 활성이 우수한 것을 알 수 있다. Referring to Figures 6 and 7, the overvoltage appears in a similar range when reaching 5 mA/cm 2 in the examples and comparative examples, but it can be seen that the activity for the oxygen evolution reaction is excellent at the overvoltage when reaching 10 mA/cm 2 there is.
특히, 주석(Sn)이 도핑된 산소발생용 다공성 중형 RuO2의 경우 5 atom% 이상 10 atom% 이하가 적용되었을 때 가장 적절하다. 이는 금속 불순물 5at.% 미만일 경우, 금속 불순물이 산소발생반응 중 용출되어 촉매의 비표면적 줄어들어 활성이 감소하는 문제점이 있다. 한편, 금속 불순물이 15at.%를 초과할 경우, 금속 불순물이 용출되는 정도가 심하여 전체적인 금속 산화물의 구조를 깨뜨릴 수 있어 활성 감소로 이어지는 문제점이 있다.In particular, in the case of tin (Sn) doped medium porous RuO 2 for oxygen generation, it is most appropriate when 5 atom% or more and 10 atom% or less is applied. If the metal impurity is less than 5 at.%, there is a problem that the metal impurity is eluted during the oxygen evolution reaction and the specific surface area of the catalyst is reduced, thereby reducing activity. On the other hand, when the metal impurity exceeds 15 at.%, the degree of elution of the metal impurity is so severe that the overall structure of the metal oxide can be broken, leading to a decrease in activity.
이상에서 설명된 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매, 그의 제조 방법 및 고분자 전해질 수전해(PEM water electrolysis) 시스템은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. The polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst, its manufacturing method, and the polymer electrolyte water electrolysis (PEM water electrolysis) system described above are not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, but are essential elements of the present invention. It is obvious to those skilled in the art that it can be embodied in another specific form without departing from its characteristics.
또한, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.Additionally, the above detailed description should not be construed as limiting in any respect and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.
Claims (17)
금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체(mesoporous material)를 형성하고,
상기 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체는,
상기 금속 산화물은 루테늄(Ru)을 포함하고,
CuK-알파 특성 X-선 파장 1.541Å에 대한 브래그 2θ각의 제1피크가 25 내지 30도 사이에서 나타나고,
제2피크가 32 내지 37도 사이에서 나타나고,
상기 제1피크의 세기(intensity) 당 상기 제2피크의 세기(intensity)의 비율이 1을 초과하고,
상기 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체는 금속 불순물을 더 포함하고,
상기 금속 불순물은 주석(Sn)이고,
상기 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체 전체 중 금속 산화물의 금속 원자수 당 상기 금속 불순물은 원자수 백분율(at%)로 5 내지 15 범위인 것을 특징으로 하는 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매.In the polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst,
Forming a mesoporous material made of aggregates of metal oxide particles,
The mesoporous body made of aggregates of the metal oxide particles,
The metal oxide includes ruthenium (Ru),
CuK-alpha characteristics The first peak of the Bragg 2θ angle for the X-ray wavelength of 1.541 Å appears between 25 and 30 degrees,
The second peak appears between 32 and 37 degrees,
The ratio of the intensity of the second peak to the intensity of the first peak exceeds 1,
The mesoporous body composed of aggregates of the metal oxide particles further contains metal impurities,
The metal impurity is tin (Sn),
Polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation, wherein the metal impurity per number of metal atoms of the metal oxide in the entire mesoporous body made of aggregates of the metal oxide particles is in the range of 5 to 15 in atomic percentage (at%). reaction catalyst.
상기 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체는 비표면적이 95m2/g 이상인 것을 특징으로 하는 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매.According to paragraph 1,
A polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst, characterized in that the mesoporous body made of an aggregate of metal oxide particles has a specific surface area of 95 m 2 /g or more.
음극(cathode); 및
고분자 전해질(PEM)을 포함하고,
상기 양극에서는 제1반응식이 수행되고,
상기 음극에서는 제2반응식이 수행되고,
상기 고분자 전해질(PEM)는 상기 양극에서 생성된 산소가스 및 상기 음극에서 생성된 수소가스를 분리시키고, 상기 양극에서 생성된 수소이온이 상기 음극으로 이동 가능하도록 형성되는 고분자 전해질 수전해(PEM water electrolysis) 시스템.
[제1반응식] 2H2O → 4H+ + 4e- + O2
[제2반응식] 4H+ + 4e- → 2H2 An anode comprising the polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst of claim 1 or 4;
cathode; and
Contains a polymer electrolyte (PEM),
The first reaction equation is performed at the anode,
The second reaction equation is performed at the cathode,
The polymer electrolyte (PEM) separates oxygen gas generated at the anode and hydrogen gas generated at the cathode, and is formed to enable hydrogen ions generated at the anode to move to the cathode. ) system.
[First reaction equation] 2H 2 O → 4H+ + 4e - + O 2
[Second reaction equation] 4H + + 4e - → 2H 2
구조화된 중형 다공성 실리카(ordered mesoporous silica, OMS)에 소정 농도의 전구체 혼합물을 함침하여 실리카-전구체 복합체를 형성하는 단계;
상기 실리카-전구체 복합체를 건조하는 단계;
건조된 상기 실리카-전구체 복합체를 열처리하여 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체(mesoporous material)를 형성하는 열처리 단계;
상기 중형 기공체를 수용하는 상기 구조화된 중형 다공성 실리카를 제거하는 단계; 및
상기 구조화된 중형 다공성 실리카가 제거된 상기 중형 기공체를 건조하는 단계를 포함하고,
상기 중형 기공체는,
금속 산화물을 포함하고,
CuK-알파 특성 X-선 파장 1.541Å에 대한 브래그 2θ각의 제1피크가 25 내지 30도 사이에서 나타나고,
제2피크가 32 내지 37도 사이에서 나타나고,
상기 제1피크의 세기(intensity) 당 상기 제2피크의 세기(intensity)의 비율이 1을 초과하고,
상기 전구체 혼합물은 금속 불순물을 더 포함하고,
상기 금속 불순물은 주석(Sn)이고,
상기 중형 기공체는 상기 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체 전체 중 금속 산화물의 금속 원자수 당 상기 금속 불순물은 원자수 백분율(at%)로 5 내지 15 범위인 것을 특징으로 하는 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매의 제조방법.Preparing a precursor mixture containing a metal salt;
Impregnating ordered mesoporous silica (OMS) with a precursor mixture at a predetermined concentration to form a silica-precursor complex;
Drying the silica-precursor complex;
A heat treatment step of heat treating the dried silica-precursor composite to form a mesoporous material made of aggregates of metal oxide particles;
removing the structured mesoporous silica containing the mesoporous body; and
Comprising the step of drying the mesoporous body from which the structured mesoporous silica has been removed,
The mesoporous body,
Contains metal oxides,
CuK-alpha characteristics The first peak of the Bragg 2θ angle for the X-ray wavelength of 1.541 Å appears between 25 and 30 degrees,
The second peak appears between 32 and 37 degrees,
The ratio of the intensity of the second peak to the intensity of the first peak exceeds 1,
The precursor mixture further contains metal impurities,
The metal impurity is tin (Sn),
The mesoporous body is a polymer electrolyte (PEM) characterized in that the metal impurity ranges from 5 to 15 in atomic percentage (at%) per number of metal atoms of the metal oxide in the entire mesoporous body made of aggregates of the metal oxide particles. ) Manufacturing method of water electrolysis oxygen generation reaction catalyst.
상기 금속염은 루테늄(Ru)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매의 제조방법.According to clause 6,
A method for producing a polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst, wherein the metal salt contains ruthenium (Ru).
상기 금속 산화물은 루테늄산화물(RuO2)을 포함하는 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매의 제조방법.According to clause 6,
The metal oxide is a method of producing a polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst containing ruthenium oxide (RuO 2 ).
상기 소정 농도의 전구체 혼합물의 농도는 상기 전구체 혼합물 100 중량부 당 상기 금속염의 중량부가 5 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매의 제조방법.According to clause 6,
A method for producing a polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst, characterized in that the concentration of the precursor mixture of the predetermined concentration is 5 to 10 parts by weight of the metal salt per 100 parts by weight of the precursor mixture.
상기 구조화된 중형 다공성 실리카의 표면은 소수성으로 전처리되는 것을 특징으로 하는 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매의 제조방법.According to clause 6,
A method for producing a polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst, characterized in that the surface of the structured mesoporous silica is pretreated to make it hydrophobic.
상기 실리카-전구체 복합체를 건조하는 단계는 70 내지 90℃ 온도 범위에서 10 내지 12시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매의 제조방법.According to clause 6,
A method for producing a polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst, characterized in that the step of drying the silica-precursor complex is performed for 10 to 12 hours at a temperature range of 70 to 90 ° C.
상기 중형 기공체를 형성하는 열처리 단계는 250 내지 300℃ 온도 범위에서 5 내지 6시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매의 제조방법.According to clause 6,
A method for producing a polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst, characterized in that the heat treatment step of forming the mesoporous body is performed for 5 to 6 hours at a temperature range of 250 to 300 ° C.
상기 금속 산화물 입자의 응집체로 이루어지는 중형 기공체는 비표면적이 95m2/g 이상인 것을 특징으로 하는 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매의 제조방법.According to clause 6,
A method for producing a polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst, wherein the mesoporous body made of an aggregate of metal oxide particles has a specific surface area of 95 m 2 /g or more.
상기 중형 기공체를 형성하는 열처리 단계 전에 실리카-전구체 복합체를 형성하는 단계 및 상기 실리카-전구체 복합체를 건조하는 단계가 복수회 수행되는 것을 특징으로 하는 고분자전해질(PEM) 수전해 산소 발생 반응 촉매의 제조방법.According to clause 6,
Preparation of a polymer electrolyte (PEM) water electrolysis oxygen generation reaction catalyst, characterized in that the step of forming a silica-precursor complex and the step of drying the silica-precursor complex are performed multiple times before the heat treatment step of forming the mesoporous body. method.
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