KR102631072B1 - Method of manufacturing eletrocatalyst for oxygen evolution or oxygen reduction and eletrocatalyst manufactured thereby - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산소 발생 또는 산소 환원용 전기 촉매의 제조방법 및 이로부터 제조된 전기 촉매에 관한 것으로, 본 발명은 전도성 나노입자 지지체의 표면에 전이금속 산화물을 전착시켜 전이금속의 로딩량이 향상되고, 전이금속 산화물에 질소를 도핑함으로써, 전도성 및 안정성이 우수하고, 알칼리성 전해질에서 산소 발생 반응 및 산소 환원 반응 모두에 높은 활성을 나타내는 전기 촉매를 제조할 수 있다.The present invention relates to a method for producing an electrocatalyst for oxygen generation or oxygen reduction, and to an electrocatalyst prepared therefrom. The present invention relates to an electrocatalyst produced therefrom, whereby the loading amount of the transition metal is improved by electrodepositing a transition metal oxide on the surface of a conductive nanoparticle support, and the transition metal oxide is deposited on the surface of a conductive nanoparticle support. By doping nitrogen into a metal oxide, an electrocatalyst that has excellent conductivity and stability and is highly active in both the oxygen generation reaction and the oxygen reduction reaction in an alkaline electrolyte can be manufactured.

Description

산소 발생 또는 산소 환원용 전기 촉매의 제조방법 및 이로부터 제조된 전기 촉매{METHOD OF MANUFACTURING ELETROCATALYST FOR OXYGEN EVOLUTION OR OXYGEN REDUCTION AND ELETROCATALYST MANUFACTURED THEREBY}Method for producing an electrocatalyst for oxygen generation or oxygen reduction and an electrocatalyst manufactured therefrom

본 발명은 산소 발생 또는 산소 환원용 전기 촉매의 제조방법 및 이로부터 제조된 전기 촉매에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing an electrocatalyst for oxygen generation or oxygen reduction and an electrocatalyst prepared therefrom.

산소 환원 반응(ORR) 및 산소 발생 반응(OER)을 위한 새로운 전기 촉매는 재생 연료 전지, 물 전기분해 및 금속-공기 전기와 같은 다양한 에너지 변환 및 저장 시스템에 대해 지난 수십 년 동안 연구되었다. 전 세계적으로 기후변화로 인한 환경규제는 화석연료의 고갈과 에너지 소비의 증가와 더불어 잠재적인 산소 전기촉매에 대한 탐색이 더욱 가속화되고 있다. 이러한 유망한 전기 촉매는 ORR 또는 OER을 구동하기 위해 4개의 전자 경로를 극복해야 하며, 이는 높은 과전위를 초래하는 느린 화학 동역학에 크게 영향을 받는다. 산소환원반응과 산소발생반응 사이의 과전압을 감소시키기 위해 양극에 촉매 사용이 필요한데, 백금(Pt)과 같은 귀금속을 주로 사용하므로 제조 단가가 높아 상용화가 어렵다. Novel electrocatalysts for oxygen reduction reactions (ORR) and oxygen evolution reactions (OER) have been studied over the past decades for various energy conversion and storage systems, such as regenerative fuel cells, water electrolysis, and metal-air electricity. Globally, environmental regulations due to climate change, along with the depletion of fossil fuels and increased energy consumption, are accelerating the search for potential oxygen electrocatalysts. These promising electrocatalysts must overcome a four-electron path to drive ORR or OER, which is strongly affected by slow chemical kinetics resulting in high overpotentials. The use of a catalyst at the anode is necessary to reduce the overvoltage between the oxygen reduction reaction and the oxygen generation reaction, but since precious metals such as platinum (Pt) are mainly used, the manufacturing cost is high, making commercialization difficult.

또한, 에너지 시스템의 작동 조건에서 재료의 내구성도 효율적이고 장기적인 성능을 위해 요구되어야 한다. 이러한 배경으로 금속 산화물 및 탄소 재료를 포함한 많은 잠재적 후보가 ORR 및 OER 전기 촉매에 대해 연구되었다. 그러나 이러한 산소 전기 촉매는 모두 희소금속이어서 생산단가가 상승하고, OER 반응에 대한 활성도가 제한적이었다.Additionally, the durability of the materials under the operating conditions of the energy system must be required for efficient and long-term performance. With this background, many potential candidates, including metal oxides and carbon materials, have been studied for ORR and OER electrocatalysts. However, these oxygen electrocatalysts were all rare metals, which increased production costs and limited activity for OER reactions.

이에 고활성 및 고안정성을 갖는 저가형 신규 촉매의 개발이 절실히 필요한 실정이다.Accordingly, there is an urgent need to develop low-cost new catalysts with high activity and high stability.

한국등록특허 제2298551호Korean Patent No. 2298551

본 발명은 산소 발생 또는 산소 환원용 전기 촉매의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a method for producing an electrocatalyst for oxygen generation or oxygen reduction.

본 발명은 전기 촉매를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to provide an electrocatalyst.

본 발명은 금속-공기 전지(Metal-air battery)를 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a metal-air battery.

본 발명은 수전해-연료전지(water electrolyzer-fuel cell)를 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a water electrolyzer-fuel cell.

1. 전도성 나노입자 지지체 표면에 전이금속 산화물을 전착하는 단계; 및 상기 전도성 나노입자 지지체 표면에 전착된 전이금속 산화물에 질소를 도핑하는 단계;를 포함하는 산소 발생 또는 환원용 전기 촉매의 제조 방법.1. Electrodepositing a transition metal oxide on the surface of a conductive nanoparticle support; and doping nitrogen into the transition metal oxide electrodeposited on the surface of the conductive nanoparticle support.

2. 위 1에 있어서, 상기 전착은 전이금속 전구체 및 전도성 나노입자 지지체를 포함하는 비수용성 용액에 전압을 가하여 수행되는 것인, 산소 발생 또는 환원용 전기 촉매의 제조 방법.2. The method of 1 above, wherein the electrodeposition is performed by applying voltage to a non-aqueous solution containing a transition metal precursor and a conductive nanoparticle support.

3. 위 1에 있어서, 상기 전착은 20 ℃ 내지 40 ℃에서 수행되는 것인, 산소 발생 또는 환원용 전기 촉매의 제조 방법.3. The method of producing an electrocatalyst for oxygen generation or reduction according to 1 above, wherein the electrodeposition is performed at 20 ℃ to 40 ℃.

4. 위 1에 있어서, 상기 전도성 나노입자 지지체는 카본블랙, 케첸블랙(KB), 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 그래파이트, 그래핀, 탄소나노튜브, 플루오린 도핑된 산화주석(Fluorine-doped tin oxide), 인듐 산화주석(Indium tin oxide) 및 알루미늄 도핑된 산화아연(aluminum-doped zinc oxide), 타타늄나이트라이드(TiN) 또는 티타늄카바이드(TiC)의 나노입자인, 산소 발생 또는 환원용 전기 촉매의 제조 방법.4. In 1 above, the conductive nanoparticle support is carbon black, Ketjen black (KB), acetylene black, Denka black, activated carbon, mesoporous carbon, graphite, graphene, carbon nanotubes, and fluorine-doped tin oxide. oxygen-generating nanoparticles of fluorine-doped tin oxide, indium tin oxide and aluminum-doped zinc oxide, titanium nitride (TiN) or titanium carbide (TiC). Or a method for producing an electrocatalyst for reduction.

5. 위 1에 있어서, 상기 전이금속은 니오븀(Nb), 탄탈럼(Ta), 바나듐(V), 더브늄(Db), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf) 또는 러더포듐(Rf)인, 산소 발생 또는 환원용 전기 촉매의 제조 방법.5. In 1 above, the transition metal is niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V), dubium (Db), titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), or rutherfordium. (Rf) Method for producing an electrocatalyst for oxygen generation or reduction.

6. 위 1에 있어서, 상기 도핑은 질소를 포함하는 가스 분위기에서 100℃~1000℃에서 30분 내지 3시간 동안 수행되는 것인, 산소 발생 또는 환원용 전기 촉매의 제조 방법.6. The method of 1 above, wherein the doping is performed for 30 minutes to 3 hours at 100°C to 1000°C in a gas atmosphere containing nitrogen.

7. 전도성 나노입자 지지체; 및 상기 전도성 나노입자 지지체 표면에 분포된 복수개의 질소-도핑된 전이금속 산화물 나노입자;를 포함하는 전기 촉매.7. Conductive nanoparticle support; and a plurality of nitrogen-doped transition metal oxide nanoparticles distributed on the surface of the conductive nanoparticle support.

8. 위 7에 있어서, 상기 전기 촉매는 전도성 나노입자 지지체의 중량 대비 전이금속이 10 중량% 내지 50 중량% 포함되는 것인, 전기 촉매.8. The electrocatalyst of item 7 above, wherein the electrocatalyst contains 10% to 50% by weight of transition metal relative to the weight of the conductive nanoparticle support.

9. 위 7에 있어서, 상기 전도성 나노입자 지지체는 카본블랙, 케첸블랙(KB), 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 그래파이트, 그래핀, 탄소나노튜브, 플루오린 도핑된 산화주석(Fluorine-doped tin oxide), 인듐 산화주석(Indium tin oxide) 및 알루미늄 도핑된 산화아연(aluminum-doped zinc oxide), 타타늄나이트라이드(TiN) 또는 티타늄카바이드(TiC)의 나노입자인, 전기 촉매.9. In item 7 above, the conductive nanoparticle support is carbon black, Ketjen black (KB), acetylene black, Denka black, activated carbon, mesoporous carbon, graphite, graphene, carbon nanotubes, and fluorine-doped tin oxide. Electrocatalysts are nanoparticles of fluorine-doped tin oxide, indium tin oxide and aluminum-doped zinc oxide, titanium nitride (TiN) or titanium carbide (TiC). .

10. 위 7에 있어서, 상기 전이금속은 니오븀(Nb), 탄탈럼(Ta), 바나듐(V), 더브늄(Db), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf) 또는 러더포듐(Rf)인, 전기 촉매.10. In item 7 above, the transition metal is niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V), dubium (Db), titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), or rutherfordium. (Rf) Phosphorus, electrocatalyst.

11. 위 7에 있어서, 상기 전도성 나노입자 지지체의 입자 크기는 30 nm 내지 80 nm인, 전기 촉매.11. The electrocatalyst of item 7 above, wherein the particle size of the conductive nanoparticle support is 30 nm to 80 nm.

12. 위 7에 있어서, 상기 전이금속 산화물 나노입자는 크기가 1 nm 내지 10 nm인, 전기 촉매.12. The electrocatalyst of 7 above, wherein the transition metal oxide nanoparticles have a size of 1 nm to 10 nm.

13. 위 7 내지 11 중 어느 한 항의 전기 촉매를 포함하는 금속-공기 전지.13. A metal-air battery containing the electrocatalyst of any one of items 7 to 11 above.

14 위 7 내지 11 중 어느 한 항의 전기 촉매를 포함하는 수전해-연료전지.14 Water electrolysis-fuel cell comprising the electrocatalyst of any one of items 7 to 11 above.

본 발명은 산소 발생 또는 산소 환원용 전기 촉매의 제조방법 및 이로부터 제조된 전기 촉매에 관한 것으로, 본 발명은 전도성 나노입자 지지체의 표면에 전이금속 산화물을 전착시켜 전이금속의 로딩량이 향상되고, 전이금속 산화물에 질소를 도핑함으로써, 전도성 및 안정성이 우수하고, 알칼리성 전해질에서 산소 발생 반응 및 산소 환원 반응 모두에 높은 활성을 나타내는 전기 촉매를 제조할 수 있다.The present invention relates to a method for producing an electrocatalyst for oxygen generation or oxygen reduction, and to an electrocatalyst prepared therefrom. The present invention relates to an electrocatalyst produced therefrom, whereby the loading amount of the transition metal is improved by electrodepositing a transition metal oxide on the surface of a conductive nanoparticle support, and the transition metal oxide is deposited on the surface of a conductive nanoparticle support. By doping nitrogen into a metal oxide, an electrocatalyst that has excellent conductivity and stability and is highly active in both the oxygen generation reaction and the oxygen reduction reaction in an alkaline electrolyte can be manufactured.

도 1은 NbOx/CB 나노입자, Ar 가스 분위기에서 어닐링한 NbOx/CB 나노입자, NH3 가스 분위기에서 어닐링한 N-도핑된 NbOx/CB 나노입자의 XRD 분석 결과이다.
도 2는 N-도핑된 NbOx/CB 나노입자의 STEM 및 TEM 이미지이다.
도 3은 도 2D의 TEM 이미지를 확대한 것이다.
도 4는 NbOx/CB 나노입자, Ar 가스 분위기에서 어닐링한 NbOx/CB 나노입자, NH3 가스 분위기에서 어닐링한 N-도핑된 NbOx/CB 나노입자의 XPS 분석 결과이다.
도 5A는 CB분말과 N-도핑된 NbOx/CB 나노입자의 N2 adsorption-desorption 등온선이며, 도 3B는 CB분말과 N-도핑된 NbOx/CB 나노입자의 기공 크기 분포를 비교한 것이다.
도 6은 N-도핑된 NbOx/CB 나노입자, Pt/CB 및 Ir/CB 촉매의 ORR 및 OER 촬성을 비교한 것이다.
도 7은 알칼리성 용액에서 (a) 유리질 탄소, (b) 증착된 NbOx/CB, (c) CB (d) NbOx/CB(Ar에서 어닐링됨), (e) N-도핑된 NbOx/CB의 OER 및 ORR 활성을 비교한 것이다.
도 8은 N-도핑된 NbOx/CB 나노입자의 유체역학적 전압전류를 100~2500rpm의 서로 다른 회전 속도에서 RDE를 사용하여 측정하여 ORR 동역학을 설정한 것이다.
Figure 1 shows the XRD analysis results of NbO x /CB nanoparticles, NbO x /CB nanoparticles annealed in an Ar gas atmosphere, and N-doped NbO x /CB nanoparticles annealed in an NH 3 gas atmosphere.
Figure 2 is a STEM and TEM image of N-doped NbO x /CB nanoparticles.
Figure 3 is an enlarged TEM image of Figure 2D.
Figure 4 shows the XPS analysis results of NbO x /CB nanoparticles, NbO x /CB nanoparticles annealed in an Ar gas atmosphere, and N-doped NbO x /CB nanoparticles annealed in an NH 3 gas atmosphere.
Figure 5A is the N2 adsorption-desorption isotherm of CB powder and N-doped NbO x /CB nanoparticles, and Figure 3B compares the pore size distribution of CB powder and N-doped NbO x /CB nanoparticles.
Figure 6 compares the ORR and OER properties of N-doped NbO x /CB nanoparticles, Pt/CB, and Ir/CB catalysts.
Figure 7 shows (a) glassy carbon, (b) deposited NbO x /CB, (c) CB (d) NbO x /CB (annealed in Ar), (e) N-doped NbO x /CB in alkaline solution. The OER and ORR activities of CB were compared.
Figure 8 shows the ORR dynamics established by measuring the hydrodynamic voltammogram of N-doped NbO x /CB nanoparticles using RDE at different rotation speeds from 100 to 2500 rpm.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 산소 발생 또는 환원용 전기 촉매의 제조 방법을 제공한다.The present invention provides a method for producing an electrocatalyst for oxygen generation or reduction.

본 발명은 전도성 나노입자 지지체 표면에 전이금속 산화물을 전착하는 단계를 포함한다.The present invention includes electrodepositing a transition metal oxide on the surface of a conductive nanoparticle support.

상기 전도성 나노입자 지지체는 전도성을 갖는 나노크기의 입자로서, 전이금속 산화물를 표면에 전착할 수 있는 것이라면 특별이 제한되지 않으며, 예를 들어, 카본블랙, 케첸블랙(KB), 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 그래파이트, 그래핀 및 탄소나노튜브와 같은 탄소계 나노입자, 플루오린 도핑된 산화주석(Fluorine-doped tin oxide), 인듐 산화주석(Indium tin oxide) 및 알루미늄 도핑된 산화아연(aluminum-doped zinc oxide)과 같은 전도성 산화물, 또는 타타늄나이트라이드(TiN) 또는 티타늄카바이드(TiC)의 나노입자일 수 있다.The conductive nanoparticle support is a conductive nano-sized particle, and is not particularly limited as long as it can electrodeposit a transition metal oxide on the surface. For example, carbon black, Ketjen black (KB), acetylene black, Denka black, Activated carbon, mesoporous carbon, graphite, carbon-based nanoparticles such as graphene and carbon nanotubes, fluorine-doped tin oxide, indium tin oxide, and aluminum-doped zinc oxide. It may be a conductive oxide such as aluminum-doped zinc oxide, or nanoparticles of titanium nitride (TiN) or titanium carbide (TiC).

상기 전이금속은 하나 이상의 원자가를 가진 금속이라면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 니오븀(Nb), 탄탈럼(Ta), 바나듐(V), 더브늄(Db), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf) 또는 러더포듐(Rf)일 수 있다.The transition metal is not particularly limited as long as it is a metal with one or more valences, but for example, niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V), dubium (Db), titanium (Ti), and zirconium (Zr). ), hafnium (Hf), or rutherpodium (Rf).

상기 전착은 당 분야에 공지된 방법, 조건으로 공지된 수단을 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 전이금속 전구체 및 전도성 나노입자 지지체를 포함하는 비수용성 용액에 전압을 가하여 수행되는 것일 수 있다.The electrodeposition may be performed using known methods and conditions known in the art. For example, it may be performed by applying a voltage to a non-aqueous solution containing a transition metal precursor and a conductive nanoparticle support.

구체적으로, 전도성 나노입자 지지체는 전착 셀(electrodeposition cell)에 고정된 탄소 시트 사이에 위치하고 있고, 전압을 가하면, 전이금속 전구체를 포함하는 비수용성 용액이 교반기를 통해 회전하면서 전도성 나노입자 지지체의 표면에 전이금속 산화물이 전착되는 것일 수 있다.Specifically, the conductive nanoparticle support is located between carbon sheets fixed in an electrodeposition cell, and when voltage is applied, the non-aqueous solution containing the transition metal precursor rotates through a stirrer and is deposited on the surface of the conductive nanoparticle support. Transition metal oxide may be electrodeposited.

전착은 20 ℃ 내지 40℃ 또는 25 ℃ 내지 30 ℃에서 수행되는 것일 수 있다. 본 발명은 비수용성 용액 내에 전해질로 암모늄 염을 포함하므로 전착 공정에서 비수용성 용액 내 전이금속이 산화되지 않고, 이온 형태로 유지될 수 있도록 하여 비수용성 용액의 안정성이 높아 상온에서 전착이 수행될 수 있다. 본 발명은 상온에서 전착이 이루어지므로, 비용 절감의 효과가 있다.Electrodeposition may be performed at 20°C to 40°C or 25°C to 30°C. The present invention includes ammonium salt as an electrolyte in the non-aqueous solution, so that the transition metal in the non-aqueous solution is not oxidized and maintained in ionic form during the electrodeposition process, so the stability of the non-aqueous solution is high and electrodeposition can be performed at room temperature. there is. Since electrodeposition is performed at room temperature in the present invention, it has the effect of reducing costs.

비수용성 용액 내 암모늄 염은 예를 들어, 암모늄클로라이드(NH4Cl), 암모늄 플로오라이드(NH4F) 또는 암모늄 브로마이드(NH4Br)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The ammonium salt in non-aqueous solution may be, for example, but is not limited to ammonium chloride (NH 4 Cl), ammonium fluoride (NH 4 F), or ammonium bromide (NH 4 Br).

전이금속 전구체는 전이금속의 다양한 염의 형태일 수 있으며, 예를 들어, 전이금속이 니오븀(Nb)이면, 전이금속 전구체는 니오븀 클로라이드(NbCl5), 니오븀 플로오라이드(NbF5) 및 니오븀 브로마이드(NbBr5) 등의 니오븀 할라이드 또는 니오븀 에톡사이드 등의 니오븀 알콕사이드일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.The transition metal precursor may be in the form of various salts of the transition metal, for example, if the transition metal is niobium (Nb), the transition metal precursor may be niobium chloride (NbCl 5 ), niobium fluoride (NbF 5 ) and niobium bromide ( It may be a niobium halide such as NbBr 5 ) or a niobium alkoxide such as niobium ethoxide, but is not limited thereto.

본 발명은 전도성 나노입자 지지체의 표면에 전이금속 산화물을 전착하는 것이므로, 전극의 일표면에 전이금속 산화물을 전착하는 것 대비 보다 많은 전이금속 산화물이 전착될 수 있다. 따라서, 전이금속의 함량이 높아 반응성이 우수하다.Since the present invention involves electrodepositing a transition metal oxide on the surface of a conductive nanoparticle support, more transition metal oxide can be electrodeposited compared to electrodepositing the transition metal oxide on one surface of an electrode. Therefore, the reactivity is excellent due to the high transition metal content.

본 발명은 상기 전도성 나노입자 지지체 표면에 전착된 전이금속 산화물에 질소를 도핑하는 단계;를 포함한다.The present invention includes the step of doping nitrogen to the transition metal oxide electrodeposited on the surface of the conductive nanoparticle support.

상기 도핑은 당 분야에 공지된 방법, 조건으로 공지된 수단을 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 전도성 나노입자 지지체 표면에 전착된 전이금속 산화물을 질소를 포함하는 가스 분위기에서 열처리하는 방법으로 수행될 수 있다.The doping may be performed using known methods and conditions known in the art. For example, the transition metal oxide electrodeposited on the surface of the conductive nanoparticle support may be heat treated in a gas atmosphere containing nitrogen.

상기 열처리는 예를 들어, 암모니아 가스 분위기에서 100℃ 내지 1000℃ 또는 300℃ 내지 800℃에서 30분 내지 3시간 또는 50분 내지 1.5시간 동안 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the heat treatment may be performed in an ammonia gas atmosphere at 100°C to 1000°C or 300°C to 800°C for 30 minutes to 3 hours or 50 minutes to 1.5 hours, but is not limited thereto.

본 발명은 전이금속 산화물을 질소로 도핑함으로써 전이금속 산화물의 전도성을 향상시킬 수 있다. The present invention can improve the conductivity of the transition metal oxide by doping the transition metal oxide with nitrogen.

본 발명은 상기 도핑하는 단계 전에 전이금속 산화물이 전착된 전도성 나노입자 지지체를 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다.The present invention may further include the step of washing the conductive nanoparticle support on which the transition metal oxide is electrodeposited before the doping step.

상기 세척은 예를 들면, 무수 에탄올로 수행될 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 세척은 잔류하는 전이금속 전구체를 제거하여, 질소 도핑의 효율을 높이고, 고순도의 전기 촉매를 제조할 수 있다.The washing may be performed, for example, with absolute ethanol, but is not limited thereto. The washing removes the remaining transition metal precursor, thereby increasing the efficiency of nitrogen doping and producing a high-purity electrocatalyst.

본 발명은 전도성 나노입자 지지체; 및 상기 전도성 나노입자 지지체 표면에 분포된 복수개의 질소-도핑된 전이금속 산화물 나노입자;를 포함하는 전기 촉매를 제공한다.The present invention provides a conductive nanoparticle support; and a plurality of nitrogen-doped transition metal oxide nanoparticles distributed on the surface of the conductive nanoparticle support.

본 발명의 전기 촉매는 알칼리성 전해질에서 산소 발생 또는 산소 환원 반응에 우수한 효과가 있다.The electrocatalyst of the present invention has excellent effects on oxygen generation or oxygen reduction reactions in alkaline electrolytes.

상기 전도성 나노입자 지지체는 전도성을 갖는 나노크기의 입자로서, 전이금속 산화물를 표면에 전착할 수 있는 것이라면 특별이 제한되지 않으며, 예를 들어, 카본블랙, 케첸블랙(KB), 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 그래파이트, 그래핀 및 탄소나노튜브와 같은 탄소계 나노입자, 플루오린 도핑된 산화주석(Fluorine-doped tin oxide), 인듐 산화주석(Indium tin oxide) 및 알루미늄 도핑된 산화아연(aluminum-doped zinc oxide)과 같은 전도성 산화물, 또는 타타늄나이트라이드(TiN) 또는 티타늄카바이드(TiC)의 나노입자일 수 있다.The conductive nanoparticle support is a conductive nano-sized particle, and is not particularly limited as long as it can electrodeposit a transition metal oxide on the surface. For example, carbon black, Ketjen black (KB), acetylene black, Denka black, Activated carbon, mesoporous carbon, graphite, carbon-based nanoparticles such as graphene and carbon nanotubes, fluorine-doped tin oxide, indium tin oxide, and aluminum-doped zinc oxide. It may be a conductive oxide such as aluminum-doped zinc oxide, or nanoparticles of titanium nitride (TiN) or titanium carbide (TiC).

상기 전이금속은 하나 이상의 원자가를 가진 금속이라면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 니오븀(Nb), 탄탈럼(Ta), 바나듐(V), 더브늄(Db), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf) 또는 러더포듐(Rf)일 수 있다.The transition metal is not particularly limited as long as it is a metal with one or more valences, but for example, niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V), dubium (Db), titanium (Ti), and zirconium (Zr). ), hafnium (Hf), or rutherpodium (Rf).

상기 질소-도핑된 전이금속 산화물은 전이금속 산화물의 격자 내 산소의 일부가 소량의 질소로 치환되거나 전이금속 산화물의 격자 내 빈 공간에 질소가 포함되는 것일 수 있다.The nitrogen-doped transition metal oxide may have some of the oxygen in the lattice of the transition metal oxide replaced with a small amount of nitrogen or nitrogen may be included in the empty space in the lattice of the transition metal oxide.

상기 복수개의 질소-도핑된 전이금속 산화물 나노입자는 예를 들어, 전도성 나노입자 지지체의 표면에 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상 분포될 수 있고, 그 상한은 특별히 제한되지 않으나, 전도성 나노입자 지지체의 입자 크기 및 질소-도핑된 전이금속 산화물 나노입자의 크기에 따라 정해질 수 있다. 예를 들어, 80개이하, 70개 이하, 60개 이하로 분포될 수 있다. 보다 구체적으로, 전도성 나노입자 지지체의 중량 대비 전이금속이 10 중량% 내지 50 중량% 또는 15 중량% 내지 40 중량%가 포함되는록 하는 개수일 수 있다.For example, the plurality of nitrogen-doped transition metal oxide nanoparticles may be distributed on the surface of the conductive nanoparticle support in 2 or more, 3 or more, 4 or more, and the upper limit is not particularly limited, but the conductive nano particle It can be determined depending on the particle size of the particle support and the size of the nitrogen-doped transition metal oxide nanoparticles. For example, it may be distributed as 80 or less, 70 or less, and 60 or less. More specifically, the transition metal may be included in an amount of 10% to 50% by weight or 15% to 40% by weight relative to the weight of the conductive nanoparticle support.

질소-도핑된 전이금속 산화물 나노입자는 전도성 나노입자 지지체의 기공에 분포하는 것일 수 있다. 전도성 나노입자 지지체의 기공의 개수가 많을 수록 질소-도핑된 전이금속 산화물 나노입자가 많이 분포할 수 있어, 반응성이 향상될 수 있다.The nitrogen-doped transition metal oxide nanoparticles may be distributed in the pores of the conductive nanoparticle support. The larger the number of pores of the conductive nanoparticle support, the more nitrogen-doped transition metal oxide nanoparticles can be distributed, thereby improving reactivity.

상기 전도성 나노입자 지지체의 입자 크기는 30 nm 내지 80 nm 또는 40 nm 내지 70 nm 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 입자의 크기가 작을수록 표면적이 넓어져 전이금속 산화물 나노입자가 더 많이 증착되어 촉매 활성이 높아지기는 하나, 크기가 너무 작으면 전도성 나노입자 지지체의 미세 기공에 전이금속 산화물 나노입자가 파묻혀 촉매로써 반응에 참여하기 어려우므로 상기 범위가 바람직하다.The particle size of the conductive nanoparticle support may be 30 nm to 80 nm or 40 nm to 70 nm, but is not limited thereto. The smaller the particle size, the larger the surface area, allowing more transition metal oxide nanoparticles to be deposited, increasing the catalytic activity. However, if the size is too small, the transition metal oxide nanoparticles are buried in the micropores of the conductive nanoparticle support and react as a catalyst. Since it is difficult to participate in the above range, the above range is desirable.

상기 전이금속 산화물 나노입자는 크기가 1 nm 내지 10 nm 또는 2nm 내지 6nm 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 전이금속 산화물이 벌크(bulk)형태인 경우, 전도성이 매우 저하되므로(부도체에 가까움), 나노입자 형태인 것이 바람직하며, 입자 크기가 상기 범위인 경우, 전도성 나노입자 지지체에의 전착 및 촉매 효율이 향상될 수 있다. The transition metal oxide nanoparticles may have a size of 1 nm to 10 nm or 2 nm to 6 nm, but are not limited thereto. When the transition metal oxide is in the bulk form, the conductivity is very low (close to an insulator), so it is preferable that the transition metal oxide is in the form of nanoparticles. When the particle size is within the above range, the electrodeposition and catalytic efficiency on the conductive nanoparticle support are reduced. It can be improved.

본 발명은 상기 전기 촉매를 포함하는 금속-공기 전지 또는 수전해-연료전지를 제공한다.The present invention provides a metal-air battery or water electrolysis-fuel cell including the electrocatalyst.

전기 촉매에 관하여는 전술한 바와 같다.The electrocatalyst is as described above.

금속-공기 전지 및 수전해조-연료전지는 당 분야에 공지된 구조 및 구성을 갖는 것일 수 있다.Metal-air batteries and water electrolyzer-fuel cells may have structures and configurations known in the art.

수전해-연료전지는 수전해조 및 연료 전지가 융합된 형태로, 수전해조에서 산소 발생 반응, 연료전지에서 산소 환원 반응이 일어나는 것이다.Water electrolysis-fuel cell is a fusion of a water electrolyzer and a fuel cell, in which an oxygen generation reaction occurs in the water electrolyzer and an oxygen reduction reaction occurs in the fuel cell.

본 발명의 전지는 상기 전기 촉매를 촉매층에 포함하는 것일 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 전기 촉매를 공기극(양극)의 촉매층에 포함할 수 있다.The battery of the present invention may include the electrocatalyst in a catalyst layer, and more specifically, may include the electrocatalyst in the catalyst layer of the air electrode (anode).

본 발명의 전지는 전이금속 산화물의 함량이 높고, 전이금속 산화물 나노입자에 질소가 도핑되므로, 질소와 전이금속 산화물 간의 결합으로 인해 산소 환원 반응 뿐만 아니라 산소 발생 반응에 대한 활성이 우수하고, 안정성이 높다.The battery of the present invention has a high content of transition metal oxide and the transition metal oxide nanoparticles are doped with nitrogen, so it has excellent activity against oxygen reduction reaction as well as oxygen generation reaction due to the bond between nitrogen and transition metal oxide, and has excellent stability. high.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.

실험방법Experiment method

1. N-도핑된 NbOx/CB 분말 촉매의 제조1. Preparation of N-doped NbOx/CB powder catalyst

CB 분말 표면에서 NbOx 종의 로딩을 위해 비수용성 Nb 기반 용액에서 정전위 전착(Potentiostatic electrodeposition)을 수행하였다. 10 mg의 CB 분말(Ketjen black EC-600JD, Akzo Nobel Functional Chemicals)을 두 개의 탄소 종이 시트(AvCarb MGL190, AvCarb Material Solutions) 사이에 끼웠다. 홈메이드 전착 셀(electrodeposition cell)을 사용하여 샌드위치형 CB 어셈블리를 고정하였다. potentiostat(CHI700E, CH Instruments, Inc.)을 사용하여 일반적인 3-전극 시스템에 작동 전극인 셀을 장착하였다. 탄소봉과 Ag/Ag+를 상대전극과 기준전극으로 각각 사용하였다. 비수용성 Nb 기반 용액은 10mM NbCl5(99.9%, Sigma-Aldrich), 지지 전해질로서 10mM NH4Cl(99%, Kanto Chemical) 및 무수 에탄올 용매로 구성되었다. CB에 NbOx 종을 전착시키기 위해, -0.4 VAg/Ag+의 일정한 전위를 298K에서 교반된 Ar-퍼징된 NbCl5-NH4Cl 에탄올 용액에서 작업 셀에 30초 동안 적용하였다. 전착된 CB 분말은 무수 에탄올로 세척하여 남아있는 Nb 전구체를 제거한 다음 298K에서 완전히 건조시켰다. 이어서, 생성된 분말을 10K min-1의 램프 속도로 1시간 동안 873K에서 200ml min-1의 순수한 NH3(5N 등급) 또는 Ar(5N 등급) 흐름에서 어닐링하였다.Potentiostatic electrodeposition was performed in a non-aqueous Nb-based solution for loading of NbO x species on the CB powder surface. 10 mg of CB powder (Ketjen black EC-600JD, Akzo Nobel Functional Chemicals) was sandwiched between two carbon paper sheets (AvCarb MGL190, AvCarb Material Solutions). The sandwich-type CB assembly was fixed using a homemade electrodeposition cell. A cell as a working electrode was mounted on a typical three-electrode system using a potentiostat (CHI700E, CH Instruments, Inc.). Carbon rods and Ag/Ag + were used as counter and reference electrodes, respectively. The non-aqueous Nb-based solution consisted of 10mM NbCl 5 (99.9%, Sigma-Aldrich), 10mM NH 4 Cl (99%, Kanto Chemical) as a supporting electrolyte, and absolute ethanol solvent. To electrodeposit NbO _ The electrodeposited CB powder was washed with absolute ethanol to remove the remaining Nb precursor and then completely dried at 298 K. The resulting powder was then annealed in a flow of pure NH 3 (grade 5N ) or Ar (grade 5N) at 200 ml min -1 at 873 K for 1 hour with a ramp rate of 10 K min -1 .

2. 전기화학적 측정2. Electrochemical measurements

ORR 및 OER 전기화학적 측정을 위해 촉매 슬러리를 준비하였다. 제조된 N-도핑된 NbOx/CB 분말 2 mg과 나피온 용액(물/지방족 알코올 내 5 wt%, Sigma-Aldrich) 12 ㎕를 이소프로필 알코올(99.9%, Kanto Chemical) 300 ㎕에 분산시켰다. 이 혼합물을 초음파 bath와 자기 교반기에 반복적으로 넣어 분산도를 높였다. 촉매 슬러리 2.5㎕를 유리질 탄소 회전 디스크 전극(RDE; 직경 4mm)에 떨어뜨리고 자연 건조시켰다. 촉매의 로딩량은 약 128㎍ cm-2이었다. 비교를 위해 상용 20wt% Pt/CB(Premetek Co., Vulcan XC-72의 Pt) 및 20wt% Ir/CB(Premetek Co., Vulcan XC-72의 Ir) 촉매 슬러리도 같은 방식으로 RDE에서 주조하였다.Catalyst slurries were prepared for ORR and OER electrochemical measurements. 2 mg of the prepared N-doped NbO This mixture was repeatedly placed in an ultrasonic bath and magnetic stirrer to increase dispersion. 2.5 μl of catalyst slurry was dropped onto a glassy carbon rotating disk electrode (RDE; diameter 4 mm) and air-dried. The loading amount of catalyst was about 128 ㎍ cm -2 . For comparison, commercial 20 wt% Pt/CB (Pt from Premetek Co., Vulcan XC-72) and 20 wt% Ir/CB (Ir from Premetek Co., Vulcan XC-72) catalyst slurries were also cast in RDE in the same manner.

전기화학적 측정은 298K에서 Hg/HgO 참조 및 탄소봉 상대 전극으로 구성된 RDE 시스템을 사용하여 수행하였다. Cyclic and linear sweep voltammograms(CV 및 LSV)는 Ar- 또는 O2-포화 0.1 M 수용성 KOH 용액에서 10 mV s-1스캔 속도에서 2.0 ~ 0.10 VRHE의 전위 범위로 스캔하였다. Hg/HgO 전극에 의해 참조된 전위 척도는 가역적 수소 전극(RHE)으로 보정하였다.Electrochemical measurements were performed using an RDE system consisting of a Hg/HgO reference and carbon rod counter electrode at 298 K. Cyclic and linear sweep voltammograms (CV and LSV) were scanned over a potential range of 2.0 to 0.10 V RHE at a scan rate of 10 mV s -1 in Ar- or O 2 -saturated 0.1 M aqueous KOH solution. The potential scale referenced by the Hg/HgO electrode was calibrated with a reversible hydrogen electrode (RHE).

3. 표면 및 물리적 특성화3. Surface and physical characterization

제조된 N-도핑된 NbOx/CB 촉매의 결정 구조는 40 kV 및 15 mA에서 Cu Kα 방사선을 사용하여 X-선 회절(XRD; MiniFlex 600, Rigaku)로 조사하였다. N-도핑된 NbOx/CB 나노입자의 표면 형태는 전계 방출 투과 전자 현미경(FE-TEM; JEM-2200FS, JEOL)에 의해 특성화되었다. N-도핑된 NbOx/CB에서 Nb의 로딩량은 유도 결합 플라즈마 광학 방출 분광법(ICP-OES; PerkinElmer, Avio 500)에 의해 결정되었다. 제조된 촉매의 BET(Brunauer-Emmett-Teller) 표면적은 77K에서 N2 가스의 흡착에 기초한 BET(ASAP2020, Micromeritics Instrument Corp.) 흡착 방법을 사용하여 결정되었다. 기공 크기 분포도는 등온선의 탈착 분기를 사용하는 Barrett-Joyner-Halenda(BJH) 방법에 의해 얻어졌다. N-도핑된 NbOx/CB 표면의 Nb, O 및 N 종의 화학적 상태는 전류 θmA 및 가속 전압 12kV로 Al Kα 방출을 생성하는 단색 X선 소스를 사용하는 고성능 X선 광전자 분광법(HP-XPS; K-Alpha+, Thermo Scientific)에 의해 결정되었다.The crystal structure of the prepared N-doped NbO x /CB catalyst was investigated by X-ray diffraction (XRD; MiniFlex 600, Rigaku) using Cu Kα radiation at 40 kV and 15 mA. The surface morphology of N-doped NbO x /CB nanoparticles was characterized by field emission transmission electron microscopy (FE-TEM; JEM-2200FS, JEOL). The loading of Nb in N-doped NbO x /CB was determined by inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES; PerkinElmer, Avio 500). The Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area of the prepared catalyst was determined using the BET (ASAP2020, Micromeritics Instrument Corp.) adsorption method based on the adsorption of N 2 gas at 77 K. The pore size distribution was obtained by the Barrett-Joyner-Halenda (BJH) method using the desorption branch of the isotherm. The chemical states of Nb, O and N species on the N-doped NbO x /CB surface were determined by high-performance X-ray photoelectron spectroscopy (HP-XPS; K-Alpha+, Thermo Scientific).

실험 결과Experiment result

NbOx 입자는 10mM Nb 기반 비수용성 용액에서 -0.4VAg/Ag+의 일정한 전위로 30초 동안 전착하여 넓은 표면적을 갖고 CB에서 합성되었다. 생성된 입자는 표면 특성을 수정하기 위해 873K에서 1시간 동안 NH3 흐름에서 어닐링되었다. 비교를 위해 동일한 온도의 Ar 분위기에 두었다. 증착된 상태 및 어닐링된 입자의 결정 구조는 XRD 분석에 의해 측정되었다(도 1). 전착된 입자의 XRD 패턴은 전착되지 않은 CB 분말과 구별되는 피크를 나타내지 않았다. Ar에서의 어닐링 후 입자의 결정성은 26°에서 약한 피크로 약간의 결정성을 나타내었으며 거의 β-NbO2(220)(ICSD #35181)에 할당할 수 있었다. 대조적으로, NH3에서 어닐링된 입자는 회절 피크를 나타내지 않았으며, 이는 입자가 매우 미세하거나 비정질일 수 있음을 나타낸다. 입자의 표면 형태는 (S)TEM 측정에 의해 조사되었다. 도 2는 NH3에서 어닐링된 입자의 STEM 및 TEM 이미지를 보여준다. 도 2A의 STEM 이미지에서 상대적으로 무거운 원소로 이루어진 밝은 점이 공 모양의 지지체에 잘 분산되었다. 도 2B의 TEM 이미지와 교차 확인된 바와 같이, 지지체는 50 nm 크기보다 작은 1차 입자로 구성된 CB로서 Ketjen Black의 전형적인 표면 형태를 보여주었다. 도 2C 및 2D에 표시된 CB에 잘 분산된 약 3nm 크기의 미세 입자는 Nb 기반 종으로 간주되었다. 도 2D의 삽입된 나노입자에는 격자 무늬가 있어 재료의 결정성을 나타내었다. 결정질 입자가 관찰되었지만 현재 단계에서는 결정 구조가 불분명하였다.(도 3). 따라서 NH3에서의 전착 및 후속 어닐링에 의한 촉매 합성은 잘 분산된 결정질 Nb 기반 나노입자를 생성하였다. NbO _ The resulting particles were annealed in NH 3 flow at 873 K for 1 h to modify the surface properties. For comparison, they were placed in an Ar atmosphere at the same temperature. The crystal structure of the as-deposited and annealed particles was determined by XRD analysis (Figure 1). The XRD pattern of the electrodeposited particles did not show any peaks distinct from those of the non-electrodeposited CB powder. After annealing in Ar, the particles showed some crystallinity with a weak peak at 26° and could almost be assigned to β-NbO 2 (220) (ICSD #35181). In contrast, particles annealed in NH 3 showed no diffraction peaks, indicating that the particles may be very fine or amorphous. The surface morphology of the particles was investigated by (S)TEM measurements. Figure 2 shows STEM and TEM images of particles annealed in NH 3 . In the STEM image of Figure 2A, bright spots made of relatively heavy elements were well dispersed in the ball-shaped support. As cross-confirmed with the TEM image in Figure 2B, the support showed the typical surface morphology of Ketjen Black as CB composed of primary particles smaller than 50 nm in size. Microparticles with a size of approximately 3 nm well dispersed in the CB shown in Figures 2C and 2D were considered to be Nb-based species. The nanoparticles inserted in Figure 2D had a lattice pattern, indicating the crystallinity of the material. Crystalline particles were observed, but the crystal structure was unclear at this stage (Figure 3). Therefore, catalyst synthesis by electrodeposition in NH 3 and subsequent annealing produced well-dispersed crystalline Nb-based nanoparticles.

Nb 기반 종의 화학적 상태 및 조성은 XPS 분석에 의해 측정되었다. 도 4는 Ar 및 NH3 분위기에서 증착된 나노입자와 어닐링된 유도체에 대한 narrow-scan Nb 3d, O 1s 및 N 1s XPS 스펙트럼을 보여주었다. 모든 샘플에 대한 Nb 3d 스펙트럼은 완전히 산화된 Nb2O5(Nb5+)에 해당하는 이중 분할 피크에서 넓어지고 벗어났으며, 이는 더 낮은 원자가 상태로의 화학적 이동을 나타낸다. 따라서, 넓은 Nb 3d 스펙트럼은 Nb5+ 및 Nb4+의 다른 산화 상태로 디컨볼루션되었다. 최적합으로 인한 Nb 종의 표면 조성비는 표 1에 요약하였다. 컨볼루션은 전착된 Nb 종이 두 가지 산화 상태로 구성되었음을 분명히 보여주었다. Nb5+의 표면 농도는 어닐링 후 증가했지만 다가 Nb 종의 존재는 여전히 변하지 않았다. 그러나 O 1s 스펙트럼에 따르면, 촉매 표면에 흡착된 OH-/H2O 그룹을 포함한 산소종의 농도는 Ar에서 어닐링 동안 감소하였다. 환원성 NH3에서 Nb 기반 나노입자의 어닐링은 상대적으로 낮은 함량의 질소의 삽입을 촉진시키면서 산소 수준의 감소를 가속화시켰다. 비교를 위해 CB만 NH3에서 어닐링했을 때 질소 농도는 검출되지 않았다. 이러한 결과는 제조된 촉매가 질소가 도핑된 NbOx 나노입자로 확인되었으며, 이후에는 N-도핑된 NbOx/CB로 명명됨을 나타낸다.The chemical state and composition of Nb-based species were determined by XPS analysis. Figure 4 shows narrow-scan Nb 3d, O 1s, and N 1s XPS spectra for nanoparticles and annealed derivatives deposited in Ar and NH 3 atmospheres. The Nb 3d spectra for all samples broadened and deviated from the double split peak corresponding to fully oxidized Nb 2 O 5 (Nb 5+ ), indicating a chemical shift to lower valence states. Therefore, the broad Nb 3d spectrum was deconvoluted into different oxidation states of Nb 5+ and Nb 4+ . The surface composition ratios of Nb species resulting from the best fit are summarized in Table 1. The convolution clearly showed that the electrodeposited Nb species consisted of two oxidation states. The surface concentration of Nb 5+ increased after annealing, but the presence of multivalent Nb species still remained unchanged. However, according to the O 1s spectrum, the concentration of oxygen species, including OH - /H 2 O groups adsorbed on the catalyst surface, decreased during annealing in Ar. Annealing of Nb-based nanoparticles in reducing NH 3 accelerated the reduction of oxygen levels while promoting the insertion of relatively low nitrogen contents. For comparison, when only CB was annealed in NH 3 , nitrogen concentration was not detected. These results indicate that the prepared catalyst was confirmed to be nitrogen-doped NbO x nanoparticles, and is hereafter named N-doped NbO x /CB.

-0.4 VAg/Ag+에서 30초 동안 전착하여 제조된 촉매 내 Nb의 양은 ICP-OES 분석에 의해 결정되었다. 20.1wt% Nb가 전착 시스템에서 CB 표면에 증착되었다. Nb의 높은 로딩량은 현저하였다. 또한, 제조된 N-도핑된 NbOx/CB의 표면적 및 기공 크기 분포를 BET 흡착법으로 추정하였다. 도 5(A)는 N-도핑된 NbOx/CB 촉매에 대한 N2 흡착-탈착 등온선을 나타내며, 이를 CB 분말만의 경우와 비교하였다. Ketjen Black은 큰 BET 표면적을 가진 전도성 메조다공성(mesoporous) 탄소로 알려져 있기 때문에 NbOx 나노입자의 CB 지지체로 사용되었다. CB에 대한 hysteresis loop는 IUPAC 분류에 따른 유형 IV 흡착 등온선을 대표하였다. 도 5(B)에 나타난 기공 크기 분포는 또한 기공 직경이 2-50 nm인 메조다공성 물질의 특성을 나타낸다. NbOx 나노입자의 증착 후에도 등온선은 메조다공성 특성을 유지했지만 상대 압력에 대한 부피 경향은 약간 낮아졌다. N-도핑된 NbOx/CB 및 CB의 BET 표면적은 각각 1158 및 1251 m2g-1로 측정되었다. 기공 크기 분포에서 볼 수 있듯이 20wt% 이상의 NbOx 입자의 적용 범위는 10-50 nm 범위로 CB의 기공 부피를 유의하게 감소시켰다. 그럼에도 불구하고 제조된 촉매의 표면적은 촉매에서 NbOx 미세 입자의 로딩때문에 크다. 따라서 표면적이 큰 CB를 적용하여 NbOx 나노입자의 로딩량과 균일한 분포를 향상시켰다.The amount of Nb in the catalyst prepared by electrodeposition at -0.4 V Ag/Ag+ for 30 seconds was determined by ICP-OES analysis. 20.1 wt% Nb was deposited on the CB surface in an electrodeposition system. The high loading of Nb was significant. Additionally, the surface area and pore size distribution of the prepared N-doped NbO x /CB were estimated using the BET adsorption method. Figure 5(A) shows the N 2 adsorption-desorption isotherm for the N-doped NbO x /CB catalyst, which was compared with that of CB powder alone. Ketjen Black was used as the CB support for NbO x nanoparticles because it is known to be a conducting mesoporous carbon with a large BET surface area. The hysteresis loop for CB represented a type IV adsorption isotherm according to the IUPAC classification. The pore size distribution shown in Figure 5(B) also characterizes mesoporous materials with pore diameters of 2-50 nm. After deposition of NbO The BET surface areas of N-doped NbO x /CB and CB were measured to be 1158 and 1251 m 2 g -1 , respectively. As can be seen from the pore size distribution, the coverage of NbO x particles above 20 wt% significantly reduced the pore volume of CB to the range of 10–50 nm. Nevertheless, the surface area of the prepared catalyst is large due to the loading of NbO x fine particles in the catalyst. Therefore, by applying CB with a large surface area, the loading amount and uniform distribution of NbO x nanoparticles were improved.

ORR 및 OER에 대한 N-도핑된 NbOx/CB 나노입자의 촉매 활성은 도 6(A)에 나타내었다. 10mV s-1의 스캔 속도에서 Ar- 및 O2-퍼징된 0.1M KOH 전해질에서 CVs를 보여주었다. ORR은 Ar 분위기에서 전류가 거의 없는 것과 비교하여 O2 분위기에서 높은 음극 전류로 판단할 때 나노 입자에서 현저하게 촉매되었다. ORR에서 반응물 O2가 사용되었음을 알 수 있다. OER에 반응하는 높은 양극 전류는 가스 분위기에 관계없이 나노 입자에서 관찰되었다. 이러한 결과는 N-도핑된 NbOx/CB 나노입자가 알칼리 매질에서 두 산소 반응 모두에 대해 활성임을 입증한다. 귀금속 Pt/CB는 대표적인 ORR 전기촉매이며 Ir/CB는 주목할만한 OER 전기촉매로 잘 알려져 있다. 비교를 위해 상용의 20wt% Pt/CB 및 Ir/CB 촉매가 O2 포화 0.1M KOH 전해질에서 ORR 및 OER에 대해 측정되었으며 그 결과는 도 6(B)에 나타내었다. N-도핑된 NbOx/CB 나노입자는 -5mA cm-2의 전류 밀도로 주어진 반파장 전위 E1/2에서 Ir/CB 촉매보다 ORR에 대해 더 활성이고 Pt/CB 촉매보다 150mV 덜 활성이다. 또한, 나노 입자는 OER 벤치마크를 나타내는 10mV cm-2의 양극 전류 밀도에서 Pt/CB보다 OER에 대해 분명히 더 활성이었고 Ir/CB보다 100mV 덜 활성이었다. 이중 기능성 촉매의 전체 산소 활성을 나타내기 위해 각 촉매에 대한 ORR과 OER 활성 사이의 전위차(△E)를 표 2에 요약하였다. N-도핑된 NbOx/CB 나노입자의 전위차는 1.09V로 귀금속 촉매의 전위차와 비슷하였다. 이는 나노 입자의 이중기능성 활성이 현저함을 나타낸다. 따라서 전착 및 후속 어닐링에 의해 합성된 N-도핑된 NbOx/CB 나노입자는 이상적인 가역적 산소 전기촉매가 될 가능성이 있다.The catalytic activities of N-doped NbO x /CB nanoparticles for ORR and OER are shown in Figure 6(A). CVs were shown in Ar- and O 2 -purged 0.1 M KOH electrolyte at a scan rate of 10 mV s -1 . ORR was significantly catalyzed in the nanoparticles as judged by the high cathodic current in the O 2 atmosphere compared to almost no current in the Ar atmosphere. It can be seen that reactant O 2 was used in ORR. High anodic currents in response to OER were observed for nanoparticles regardless of the gas atmosphere. These results demonstrate that N-doped NbO x /CB nanoparticles are active for both oxygen reactions in alkaline medium. The noble metal Pt/CB is a representative ORR electrocatalyst, and Ir/CB is well known as a notable OER electrocatalyst. For comparison, commercial 20 wt% Pt/CB and Ir/CB catalysts were measured for ORR and OER in O 2 saturated 0.1 M KOH electrolyte, and the results are shown in Figure 6(B). N - doped NbO Additionally, the nanoparticles were clearly more active for OER than Pt/CB and 100 mV less active than Ir/CB at an anodic current density of 10 mV cm -2 , which represents the OER benchmark. To show the overall oxygen activity of the bifunctional catalysts, the potential difference (ΔE) between the ORR and OER activities for each catalyst is summarized in Table 2. The potential difference of N-doped NbO x /CB nanoparticles was 1.09 V, which was similar to that of the noble metal catalyst. This indicates that the bifunctional activity of the nanoparticles is remarkable. Therefore, N-doped NbO x /CB nanoparticles synthesized by electrodeposition and subsequent annealing have the potential to be ideal reversible oxygen electrocatalysts.

N-도핑된 NbOx/CB 촉매에 대한 이중기능성 산소 활성의 특성을 확인하기 위해 다른 조성으로 만들어진 나노입자를 사용하여 ORR 및 OER에 대한 체계적인 연구가 수행되었다. CB와 유리질 탄소의 촉매 활성은 비교를 위해 평가되었다. 도 7(A)는 0.1M KOH 용액에서 N-도핑된 NbOx/CB, NbOx/CB(Ar에서 어닐링됨), 증착된 NbOx/CB, CB 및 유리질 탄소의 ORR에 대한 LSV를 보여준다. ORR에 대한 전류 밀도, iORR은 O2-와 Ar- 포화 분위기 사이의 음극 전류 밀도의 차이로부터 계산되었다. 지지체로 사용된 CB는 유리질 탄소에 비해 ORR에 대해 약간의 활성을 보였다. CB의 ORR은 알칼리성 용액에서 어느 정도 발생하는 반면 산성 용액에서는 거의 무시할 만하다고 알려져 있다. 증착된 상태의 NbOx/CB는 CB보다 ORR에 대해 더 적은 활성을 나타냈다. 그러나 다른 가스 분위기에서 증착된 촉매의 어닐링은 ORR 활성을 크게 향상시켰고 NH3 분위기는 특히 우수한 조건이었다. N-도핑된 NbOx/CB의 개시 전위는 약 -0.01 mA cm-2에 대해 0.8 VRHE였으며, 이는 증착된 나노입자의 개시 전위에서 상당히 이동되었다. 어닐링된 촉매는 더 많은 양(positive)의 개시 전위로 더 높은 ORR 전류를 생성하여 NbOx 나노입자가 ORR 전기촉매로 활성화되었음을 증명하였다. 0.1M H2SO4 전해질에서 NbOx 나노입자의 ORR 활성은 이전 간행물에 보고되었다. 결국, NbOx/CB 나노입자가 산성 및 알칼리성 매질 모두에서 ORR을 구동할 수 있다는 것은 확실하다. Ar 어닐링은 도 4의 XPS 결과에 따라 촉매 표면을 변형시키는 것으로 밝혀졌으며, 이는 산화물 및 표면 흡착된 OH-/H2O 내의 O2-와 같은 산소 종의 제거를 나타낸다. 환원성 NH3 흐름에서 산소 손실이 가속화되었다. 또한 NbOx 나노입자로 NH3 분위기에서 소량의 질소를 도핑하였다. 따라서, 크게 향상된 ORR 활성은 더 농축된 Nb와 NbOx의 질소 도핑에 기인한다.To characterize the bifunctional oxygen activity on N-doped NbO x /CB catalysts, a systematic study on ORR and OER was performed using nanoparticles made with different compositions. The catalytic activities of CB and glassy carbon were evaluated for comparison. Figure 7(A) shows the LSV versus ORR of N-doped NbO x /CB, NbO x /CB (annealed in Ar), deposited NbO x /CB, CB, and glassy carbon in 0.1 M KOH solution. Current density relative to ORR, i ORR was calculated from the difference in cathodic current density between O 2 - and Ar - saturated atmospheres. CB used as a support showed little activity against ORR compared to glassy carbon. It is known that the ORR of CB occurs to some extent in alkaline solutions, while it is almost negligible in acidic solutions. As-deposited NbO x /CB showed less activity toward ORR than CB. However, annealing of catalysts deposited in different gas atmospheres greatly improved ORR activity, and NH 3 atmosphere was a particularly excellent condition. The onset potential of N-doped NbO The annealed catalyst produced a higher ORR current with a more positive onset potential, demonstrating that the NbO x nanoparticles were activated as ORR electrocatalysts. The ORR activity of NbO x nanoparticles in 0.1MH 2 SO 4 electrolyte was reported in a previous publication. Ultimately, it is clear that NbO x /CB nanoparticles can drive ORR in both acidic and alkaline media. Ar annealing was found to modify the catalyst surface according to the Oxygen loss was accelerated in the reducing NH 3 flow. Additionally, a small amount of nitrogen was doped with NbO x nanoparticles in NH 3 atmosphere. Therefore, the greatly enhanced ORR activity is due to the more concentrated Nb and nitrogen doping of NbO x .

도 7(A)에서 얻은 1.23V의 열역학적 전위에 대한 낮은 과전위에서 모든 샘플의 Tafel 플롯은 도 7(B)에 나타내었다. 20wt% Pt/CB의 Tafel 플롯도 비교하였다. 증착된 상태의 NbOx/CB에 대한 Tafel 기울기는 약 60mV dec-1이었다. 그러나 Ar 및 NH3 분위기에서 어닐링 처리 후 약간 작아져 ORR에 대한 속도 결정 단계가 변경되었음을 나타냈다. Tafel 기울기는 N-도핑된 NbOx/CB에 대해 48mV dec-1로 결정되었으며, 이는 Pt/CB의 45mV dec-1과 유사하다. 120mV dec-1의 Tafel 기울기는 일반적으로 단일 전자 전달 반응이 ORR의 속도 결정 단계이며 촉매의 표면 사이트가 측정 조건에서 안정적임을 시사한다. 산성 매질에서 금속 Pt의 표면은 PtO로 산화되어 낮은 과전위 범위에서 ORR에 대해 더 작은 기울기인 60mV dec-1이 관찰되었다. 유사한 전기화학적 거동이 알칼리 매체에서도 보고되었다. 증착된 NbOx/CB는 CB와 동일하게 Tafel 기울기가 60 mV dec-1인 것으로 나타났다. 이것은 ORR 전류가 CB보다 훨씬 낮기 때문에 NbOx 나노 입자가 ORR에 사용되지 않았음을 설명할 수 있다. 어닐링 후 촉매의 표면 산소 농도가 감소하여 ORR에 대한 활성 NbOx 표면 사이트를 유도하고 따라서 낮은 과전위에서 Tafel 기울기의 감소로 이어진다. MOO, MOO-, MOOH(M=metal)와 같은 다양한 표면 커버리지가 ORR 동안 다른 Tafel 기울기를 유발한다는 이론적인 연구가 있었다. 따라서, 어닐링된 NbOx/CB 나노입자에 대한 작은 기울기는 금속 Pt와 마찬가지로 비화학량론적 NbOx의 다양한 표면 상태로부터 기인할 수 있다. 또한, N-도핑된 NbOx/CB 나노입자의 유체역학적 전압전류를 100~2500rpm의 서로 다른 회전 속도에서 RDE를 사용하여 측정하여 ORR 동역학을 설정하였다(도 8). 낮은 전위에서의 ORR 전류는 회전 속도가 증가함에 따라 증가하여 확산 제한 전류가 지배적임을 나타내었다. 나노입자에 대한 Koutecky-Levich 플롯은 |i|-1과 ω-1/2 사이의 선형 관계와 4개의 전자선에 거의 평행한 지정된 전위에서의 기울기를 나타낸다. 이것은 N-도핑된 NbOx/CB 나노입자에 대한 ORR 프로세스가 물질 전달 영역에서 4개의 전자 전달 경로에 의해 지배됨을 나타낸다.Tafel plots of all samples at low overpotentials versus the thermodynamic potential of 1.23 V obtained in Figure 7(A) are shown in Figure 7(B). The Tafel plot of 20 wt% Pt/CB was also compared. The Tafel slope for NbO x /CB in the deposited state was about 60mV dec -1 . However, it became slightly smaller after annealing treatment in Ar and NH 3 atmospheres, indicating that the rate-determining step for ORR was changed. The Tafel slope was determined to be 48 mV dec -1 for N-doped NbO x /CB, which is similar to 45 mV dec -1 for Pt/CB. The Tafel slope of 120 mV dec −1 suggests that, in general, the single electron transfer reaction is the rate-determining step of ORR and that the surface site of the catalyst is stable under the measurement conditions. In acidic media, the surface of metallic Pt was oxidized to PtO, and a smaller slope of 60 mV dec-1 for ORR was observed in the low overpotential range. Similar electrochemical behavior was also reported in alkaline media. The deposited NbO x /CB was found to have a Tafel slope of 60 mV dec -1, the same as CB. This may explain that NbO x nanoparticles were not used for ORR because the ORR current was much lower than that of CB. After annealing, the surface oxygen concentration of the catalyst decreases, leading to active NbO x surface sites for ORR and thus a decrease in Tafel slope at low overpotentials. There have been theoretical studies showing that different surface coverages, such as MOO, MOO-, and MOOH (M=metal), lead to different Tafel slopes during ORR. Therefore, the small slope for the annealed NbO x /CB nanoparticles may result from the different surface states of non-stoichiometric NbO Additionally, the hydrodynamic voltammograms of N-doped NbO x /CB nanoparticles were measured using RDE at different rotation speeds from 100 to 2500 rpm to establish ORR dynamics ( Figure 8 ). The ORR current at low potentials increased with increasing rotation speed, indicating that diffusion-limited currents were dominant. The Koutecky-Levich plot for nanoparticles |i| It represents the linear relationship between -1 and ω -1/2 and the slope at a given potential approximately parallel to the four electron beams. This indicates that the ORR process for N-doped NbO x /CB nanoparticles is dominated by four electron transfer paths in the mass transfer region.

도 7(C)는 N-도핑된 NbOx/CB, NbOx/CB(Ar에서 어닐링됨), 증착된 NbOx/CB, CB 및 유리질 탄소의 O2-퍼징된 0.1M KOH 용액에서 OER에 대한 LSV를 보여준다. LSV는 도 5(A)와 같이 촉매의 자체 산화를 피하기 위해 음극 스윕 방향으로 기록되었다. 증착된 상태의 NbOx/CB의 OER 활성은 2.0 VRHE의 최종 전위에서 10 mA cm-2의 OER 벤치마크 값과 멀게 상당히 낮았다. 또한 CB보다 낮았다. 양극 전류는 Ar 어닐링 후에 증가되었고, NH3 어닐링에 의해 현저하게 증가하였다. OER의 활동 경향은 ORR의 활동 경향과 유사하였다. 도 7(D)에 표시된 Tafel 플롯에서 N-도핑된 NbOx/CB 나노입자의 기울기는 약 200mV dec-1을 나타내며 60mV dec-1보다 120mV dec-1에 가깝다. 기울기는 증착된 상태의 NbOx/CB의 기울기에서 거의 변하지 않았다. 그러나 Ir/CB 촉매의 72 mV dec-1과는 확연히 구별되었다. 이는 N-도핑된 NbOx가 산화 전위에서 전기화학적으로 안정한 반면 금속성 Ir은 산화되었음을 의미할 수 있다. 그 결과, 제조된 나노입자에 대해 낮은 과전위에서 OER 공정 동안 거의 1개의 전자 전달 반응이 속도 결정 단계였다. Figure 7(C) shows the OER of N- doped NbO Shows the LSV for LSV was recorded in the cathodic sweep direction to avoid self-oxidation of the catalyst, as shown in Figure 5(A). The OER activity of as-deposited NbO x /CB was significantly low, far from the OER benchmark value of 10 mA cm -2 at a final potential of 2.0 V RHE . It was also lower than CB. The anode current increased after Ar annealing and increased significantly with NH 3 annealing. The activity trend of OER was similar to that of ORR. In the Tafel plot shown in Figure 7(D), the slope of the N - doped NbO The slope changed little from that of as-deposited NbO x /CB. However, it was clearly different from the 72 mV dec -1 of the Ir/CB catalyst. This may mean that N-doped NbO x is electrochemically stable at the oxidation potential, while metallic Ir is oxidized. As a result, almost one electron transfer reaction was the rate-determining step during the OER process at low overpotential for the prepared nanoparticles.

도 7(E)와 7(F)는 O2-퍼징된 0.1M KOH 전해질에서 ORR 및 OER 동안 N-도핑된 NbOx/CB 촉매의 CA 곡선을 보여준다. 비교를 위해 20wt% Ir/CB도 동일한 방법으로 평가하였다. 대략 반파장 전위를 나타내는 0.65 VRHE에서 적용된 N-도핑된 NbOx/CB 나노입자의 ORR 활성은 시작점에서 증가된 다음 10시간 반응 동안 -5 mA cm-2의 일정한 값을 유지하는 반면, Ir/CB 촉매에서 크게 감소했다. 나노입자가 알칼리성 매질에서 장기간 ORR에 대해 안정적이었다는 것은 주목할 만하다. Ta 기반 산화물 나노 입자는 이전 결과에서 산성 전해질에서 ORR에 대해서도 내구성이 있었다. 따라서, ORR은 전해질의 pH 수준에 관계없이 산화물 나노입자에서 꾸준히 촉매작용을 한다고 할 수 있다. 또한, 나노입자의 장기 OER 활성은 10mA cm-2에 대해 1.74VRHE의 벤치마크 전위에서 측정되었다. 그러나 O2 발생이 매우 활발하여 촉매가 RDE에서 분리되어 촉매 안정성을 측정할 수 없었다. 따라서 OER 활성은 1시간 동안 10mA cm-2에 대한 벤치마크 전위보다 낮은 1.61VRHE의 전위에서 평가되었다. 도 7(f)와 같이 양극 전류는 Ir/CB 촉매에 비해 상대적으로 안정적이었다. 따라서 이러한 결과는 N-도핑된 NbOx/CB 나노입자가 알칼리성 매질의 ORR 및 OER 분위기 모두에서 안정적임을 입증한다.Figures 7(E) and 7(F) show the CA curves of N-doped NbO x /CB catalyst during ORR and OER in O 2 -purged 0.1 M KOH electrolyte. For comparison, 20wt% Ir/CB was also evaluated using the same method. The ORR activity of N- doped NbO It decreased significantly on CB catalyst. It is noteworthy that the nanoparticles were stable for long-term ORR in alkaline media. Ta-based oxide nanoparticles were also durable against ORR in acidic electrolytes in previous results. Therefore, it can be said that ORR consistently catalyzes oxide nanoparticles regardless of the pH level of the electrolyte. Additionally, the long-term OER activity of the nanoparticles was measured at a benchmark potential of 1.74V RHE for 10mA cm -2 . However, O 2 generation was so active that the catalyst was separated from the RDE and catalyst stability could not be measured. Therefore, OER activity was evaluated at a potential of 1.61 V RHE , which is lower than the benchmark potential for 10 mA cm -2 for 1 hour. As shown in Figure 7(f), the anode current was relatively stable compared to the Ir/CB catalyst. Therefore, these results demonstrate that N-doped NbO x /CB nanoparticles are stable in both ORR and OER atmospheres of alkaline media.

Claims (14)

전도성 나노입자 지지체 표면에 전이금속 산화물을 전착하는 단계; 및
상기 전도성 나노입자 지지체 표면에 전착된 전이금속 산화물에 질소를 도핑하는 단계;를 포함하고,
상기 전이금속은 니오븀(Nb), 탄탈럼(Ta), 바나듐(V), 더브늄(Db), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf) 또는 러더포듐(Rf)인,
산소 발생 또는 산소 환원용 전기 촉매의 제조 방법.
Electrodepositing a transition metal oxide on the surface of a conductive nanoparticle support; and
Doping nitrogen into the transition metal oxide electrodeposited on the surface of the conductive nanoparticle support,
The transition metal is niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V), dubium (Db), titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), or rutherpodium (Rf).
Method for producing an electrocatalyst for oxygen generation or oxygen reduction.
청구항 1에 있어서, 상기 전착은 전이금속 전구체 및 전도성 나노입자 지지체를 포함하는 비수용성 용액에 전압을 가하여 수행되는 것인, 산소 발생 또는 환원용 전기 촉매의 제조 방법.
The method of claim 1, wherein the electrodeposition is performed by applying voltage to a non-aqueous solution containing a transition metal precursor and a conductive nanoparticle support.
청구항 1에 있어서, 상기 전착은 20 ℃ 내지 40 ℃에서 수행되는 것인, 산소 발생 또는 환원용 전기 촉매의 제조 방법.
The method of claim 1, wherein the electrodeposition is performed at 20°C to 40°C.
청구항 1에 있어서, 상기 전도성 나노입자 지지체는 카본블랙, 케첸블랙(KB), 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 그래파이트, 그래핀, 탄소나노튜브, 플루오린 도핑된 산화주석(Fluorine-doped tin oxide), 인듐 산화주석(Indium tin oxide) 및 알루미늄 도핑된 산화아연(aluminum-doped zinc oxide), 타타늄나이트라이드(TiN) 또는 티타늄카바이드(TiC)의 나노입자인, 산소 발생 또는 산소 환원용 전기 촉매의 제조 방법.
The method of claim 1, wherein the conductive nanoparticle support is carbon black, Ketjen black (KB), acetylene black, Denka black, activated carbon, mesoporous carbon, graphite, graphene, carbon nanotubes, and fluorine-doped tin oxide (Fluorine). Oxygen generation or oxygen generation, which are nanoparticles of -doped tin oxide, indium tin oxide and aluminum-doped zinc oxide, titanium nitride (TiN) or titanium carbide (TiC) Method for producing electrocatalyst for reduction.
삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 도핑은 질소를 포함하는 가스 분위기에서 100℃~1000℃에서 30분 내지 3시간 동안 수행되는 것인, 산소 발생 또는 산소 환원용 전기 촉매의 제조 방법.
The method of claim 1, wherein the doping is performed at 100°C to 1000°C for 30 minutes to 3 hours in a gas atmosphere containing nitrogen.
전도성 나노입자 지지체; 및
상기 전도성 나노입자 지지체 표면에 분포된 복수개의 질소-도핑된 전이금속 산화물 나노입자;를 포함하고
상기 전이금속은 니오븀(Nb), 탄탈럼(Ta), 바나듐(V), 더브늄(Db), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf) 또는 러더포듐(Rf)인,
전기 촉매.
Conductive nanoparticle support; and
It includes a plurality of nitrogen-doped transition metal oxide nanoparticles distributed on the surface of the conductive nanoparticle support;
The transition metal is niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V), dubium (Db), titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), or rutherpodium (Rf).
electrocatalyst.
청구항 7에 있어서, 상기 전기 촉매는 전도성 나노입자 지지체의 중량 대비 전이금속이 10 중량% 내지 50 중량% 포함되는 것인, 전기 촉매.
The electrocatalyst according to claim 7, wherein the electrocatalyst contains 10% to 50% by weight of transition metal relative to the weight of the conductive nanoparticle support.
청구항 7에 있어서, 상기 전도성 나노입자 지지체는 카본블랙, 케첸블랙(KB), 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 활성 카본, 중다공성 카본, 그래파이트, 그래핀, 탄소나노튜브, 플루오린 도핑된 산화주석(Fluorine-doped tin oxide), 인듐 산화주석(Indium tin oxide) 및 알루미늄 도핑된 산화아연(aluminum-doped zinc oxide), 타타늄나이트라이드(TiN) 또는 티타늄카바이드(TiC)의 나노입자인, 전기 촉매.
The method of claim 7, wherein the conductive nanoparticle support is carbon black, Ketjen black (KB), acetylene black, Denka black, activated carbon, mesoporous carbon, graphite, graphene, carbon nanotubes, and fluorine-doped tin oxide (Fluorine). Electrocatalysts, which are nanoparticles of -doped tin oxide, indium tin oxide and aluminum-doped zinc oxide, titanium nitride (TiN) or titanium carbide (TiC).
삭제delete 청구항 7에 있어서, 상기 전도성 나노입자 지지체의 입자 크기는 30 nm 내지 80 nm인, 전기 촉매.
The electrocatalyst according to claim 7, wherein the particle size of the conductive nanoparticle support is 30 nm to 80 nm.
청구항 7에 있어서, 상기 전이금속 산화물 나노입자는 크기가 1 nm 내지 10 nm인, 전기 촉매.
The electrocatalyst of claim 7, wherein the transition metal oxide nanoparticles have a size of 1 nm to 10 nm.
청구항 7 내지 9 및 11 중 어느 한 항의 전기 촉매를 포함하는 금속-공기 전지.
A metal-air battery comprising the electrocatalyst of any one of claims 7 to 9 and 11.
청구항 7 내지 9 및 11 중 어느 한 항의 전기 촉매를 포함하는 수전해-연료전지.A water electrolysis-fuel cell comprising the electrocatalyst of any one of claims 7 to 9 and 11.
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