KR20090093203A - 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유및 그 제조방법 - Google Patents

금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유및 그 제조방법

Info

Publication number
KR20090093203A
KR20090093203A KR1020080018597A KR20080018597A KR20090093203A KR 20090093203 A KR20090093203 A KR 20090093203A KR 1020080018597 A KR1020080018597 A KR 1020080018597A KR 20080018597 A KR20080018597 A KR 20080018597A KR 20090093203 A KR20090093203 A KR 20090093203A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal catalyst
hydrogen storage
storage medium
nanofibers
carbon nanofibers
Prior art date
Application number
KR1020080018597A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100953147B1 (ko
Inventor
이영석
이정민
임지선
Original Assignee
충남대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 충남대학교산학협력단 filed Critical 충남대학교산학협력단
Priority to KR1020080018597A priority Critical patent/KR100953147B1/ko
Publication of KR20090093203A publication Critical patent/KR20090093203A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100953147B1 publication Critical patent/KR100953147B1/ko

Links

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/16—Preparation
    • C01B32/162—Preparation characterised by catalysts
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2101/00—Inorganic fibres
    • D10B2101/10—Inorganic fibres based on non-oxides other than metals
    • D10B2101/12—Carbon; Pitch

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)

Abstract

본 발명은 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법은 (1) 폴리머 전구체와 용매를 혼합하는 단계; (2) 상기 '단계 (1)'의 과정을 통하여 얻어진 혼합물을 전기방사하여 나노섬유를 제조하는 단계; (3) 상기 '단계 (2)'의 과정을 통하여 얻어진 전기방사 나노섬유의 안정화를 위하여 산화시키는 단계; (4) 상기 '단계 (3)'의 과정을 통하여 안정화된 나노섬유에 열처리를 하여 전기방사 나노섬유를 탄화시키는 단계; (5) 상기 ‘단계 (4)'의 과정을 통하여 얻어진 탄소나노섬유에 수산화칼륨 용액을 가하여 활성화시키는 단계 및; (6) 상기 '단계 (5)'의 과정을 통하여 활성화된 탄소나노섬유에 플라즈마법을 이용하여 금속 촉매를 균일하게 증착시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명에 의할 경우, 금속 촉매가 탄소나노섬유에 나노의 크기로 고르게 분산되면서 수소 저장량 증가를 위한 촉매로서의 기능이 극대화되어 탄소나노섬유의 수소저장능력이 획기적으로 증대될 수 있게 된다.

Description

금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유 및 그 제조방법{Carbon Nanofiber uniformly deposited catalytic metal as a Hydrogen Storage Medium and Manufacturing Method Thereof}
본 발명은 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기방사를 통하여 나노섬유를 형성하고, 여기에 산화, 열처리 및 화학적인 활성화를 통하여 기공을 형성시키고, 최종적으로 플라즈마법을 이용하여 금속 촉매를 나노 크기로 탄소나노섬유에 균일하게 증착시킴으로써 수소저장능력이 획기적으로 증대될 수 있는 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 국제원유 가격이 급등하면서 대체에너지원의 유망한 분야로 수소에너지에 대한 관심이 집중되고 있다. 특히 에너지원의 대부분을 해외에 의존하는 우리나라의 경우 대체에너지 개발이 국가의 사활을 좌우하는 명제로 부상하고 있다.
수소에너지는 물을 이용하여 생성되는 무공해 청정에너지이며, 석유 등 화석연료의 대체에너지이고, 무한자원인 물을 이용하는 에너지로 에너지 문제해결의 유력한 대안 중에 하나이다. 또한 단위에너지 제품기준으로 석탄의 이산화탄소 배출량을 100으로 할 때 석유와 천연가스는 각각 80 및 60의 이산화탄소를 배출하는 반면, 수소는 이산화탄소를 전혀 배출하지 않아 친환경적인 에너지 자원이며, 사용 후에 다시 물로 재순환되어 자원 고갈의 우려가 없다. 수소에너지의 활용범위로는 일반 연료, 수소자동차, 수소비행기, 연료전지 등 현재의 에너지시스템에서 사용되는 거의 모든 분야에 이용가능하다.
그러나 수소를 에너지로서 상용화하기 위해서는 고효율의 수소저장매체를 필요로 한다. 현재까지 수소를 저장하는 방법으로는 액화수소 저장방법, 고압수소 저장방법 및 고체재료를 이용한 수소저장 방법이 알려져 있다. 액화수소 저장방법은 저장용기를 수소의 액화점 이하 온도로 유지하기 위하여 많은 비용이 들어가는 단점이 있고, 고압수소 저장방법은 고압에 견딜 수 있는 가벼운 수소저장 용기의 개발과 안정성에 문제가 있다.
따라서 고체재료, 특히 합금 및 탄소재료를 이용한 수소저장 방법이 많이 연구되었으나, 아직 만족할 만한 성과를 거두지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전기방사를 통하여 나노섬유를 형성하고, 여기에 산화, 열처리 및 화학적인 활성화를 통하여 기공을 형성시키고, 최종적으로 플라즈마법을 이용하여 금속 촉매를 나노 크기로 탄소나노섬유에 균일하게 증착시킴으로써 수소저장능력이 획기적으로 증대될 수 있는 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명은 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유 및 그 제조방법을 제공하는데, 본 발명에 따른 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법은,
(1) 폴리머 전구체와 용매를 혼합하는 단계;
(2) 상기 '단계 (1)'의 과정을 통하여 얻어진 혼합물을 전기방사하여 나노섬유를 제조하는 단계;
(3) 상기 '단계 (2)'의 과정을 통하여 얻어진 전기방사 나노섬유의 안정화를 위하여 산화시키는 단계;
(4) 상기 '단계 (3)'의 과정을 통하여 안정화된 나노섬유에 열처리를 하여 전기방사 나노섬유를 탄화시키는 단계;
(5) 상기 ‘단계 (4)'의 과정을 통하여 얻어진 탄소나노섬유에 수산화칼륨 용액을 가하여 활성화시키는 단계 및;
(6) 상기 '단계 (5)'의 과정을 통하여 활성화된 탄소나노섬유에 플라즈마법을 이용하여 금속 촉매를 균일하게 증착시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 '단계 (1)'의 폴리머 전구체는 석유계 핏치, 석탄계 핏치, 폴리이미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아크릴니트릴, 메조페이스 핏치, 푸르프릴 알콜, 페놀, 셀룰로오스, 수크로오스, 폴리비닐 클로라이드 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
상기 '단계 (3)'의 산화시키는 과정은 1 내지 5 ℃/min의 속도로 승온시키고, 최종적으로 200 내지 300℃의 온도범위에서 5 내지 10 시간 동안 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 '단계 (4)'의 열처리 과정은 5 내지 10 ℃/min의 속도로 승온시키고, 최종적으로 800 내지 1,200℃의 온도범위에서 0.5 내지 5 시간 동안 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 ‘단계 (5)’의 활성화시키는 과정은 수산화칼륨 용액을 사용하여 이루어진다. 상기 수산화칼륨 용액의 농도는 2 내지 10 M인 것이 바람직하며, 6 내지 8 M인 것이 보다 바람직하다.
상기 '단계 (6)'의 플라즈마법을 이용하여 금속 촉매를 증착시키는 과정에서 상기 금속 촉매는 구리, 은, 바나듐, 백금, 철, 티타늄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
상기 플라즈마법을 이용하여 금속 촉매를 증착시키는 과정에서 행해지는 플라즈마 처리는 50 내지 300 W의 전압범위에서 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 상기 플라즈마 처리는 0.1 내지 10초간 이루어지는 것이 바람직하며, 1 내지 5초간 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.
또한 본 발명은 상술한 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법에 의하여 제조된 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유를 제공한다.
본 발명에 의할 경우, 금속 촉매가 탄소나노섬유에 나노의 크기로 고르게 분산되면서 수소 저장량 증가를 위한 촉매로서의 기능이 극대화되어 탄소나노섬유의 수소저장능력이 획기적으로 증대될 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노섬유를 제조하기 위한 전기방사 장치의 개략도를 나타낸 것이다.
<부호의 설명>
1...주사기 펌프고전압 발생 장치, 2...펌프고전압 발생 장치
3...집속기, 4...주사기
도 2는 본 발명의 실시예에 의하여 구리 촉매가 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유의 XPS 데이터를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예와 비교예의 비표면적 분석 데이터를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 구리 촉매가 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유 표면위의 구리 촉매 분산을 FE-SEM 장비를 이용하여 나타낸, 전자분산스펙트라(electron dispersive spectra) 이미지 상이다.
도 5는 수소저장능력을 측정하기 위한 장치의 개략도를 나타낸 것이다.
<부호의 설명>
S1... 임시저장용기 1 S2... 임시저장용기 2
T1... 온도계 1 T2... 온도계 2
T3... 온도계 3 P1... 압력계 (10-4 torr)
P2... 압력계 (20 psia) P3... 압력계 (10 atm)
P4... 압력계 (100 atm) V... 밸브
VP... 진공펌프 EV...배기밸브
도 6은 본 발명의 실시예와 비교예의 수소저장능력을 측정하여 나타낸 것이다.
도 7은 비교예의 XPS 데이터를 나타낸 것이다.
본 발명은 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법을 제공하는데, 본 발명에 따른 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법은,
(1) 폴리머 전구체와 용매를 혼합하는 단계;
(2) 상기 '단계 (1)'의 과정을 통하여 얻어진 혼합물을 전기방사하여 나노섬유를 제조하는 단계;
(3) 상기 '단계 (2)'의 과정을 통하여 얻어진 전기방사 나노섬유의 안정화를 위하여 산화시키는 단계;
(4) 상기 '단계 (3)'의 과정을 통하여 안정화된 나노섬유에 열처리를 하여 전기방사 나노섬유를 탄화시키는 단계;
(5) 상기 ‘단계 (4)'의 과정을 통하여 얻어진 탄소나노섬유에 수산화칼륨 용액을 가하여 활성화시키는 단계 및;
(6) 상기 '단계 (5)'의 과정을 통하여 활성화된 탄소나노섬유에 플라즈마법을 이용하여 금속 촉매를 균일하게 증착시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 '단계 (1)'의 폴리머 전구체는 석유계 핏치, 석탄계 핏치, 폴리이미드, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아크릴니트릴, 메조페이스 핏치, 푸르프릴 알콜, 페놀, 셀룰로오스, 수크로오스, 폴리비닐 클로라이드 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택된다.
상기 '단계 (1)'에서 사용되는 용매는 폴리머 전구체를 용해시키는 용매라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하며, 예를 들면, 디메틸포름알데하이드, N-메틸피롤리돈테트라하이로퓨란, 클로로포름 등의 유기용매 또는 물을 사용할 수 있다.
상기 '단계 (2)'의 전기방사하여 나노섬유를 제조하는 과정은 통상의 전기방사 공정을 통하여 이루어지며, 여기에 사용되는 장치의 모식도를 도 1에 나타내었다.
상기 '단계 (3)'의 산화시키는 과정은 1 내지 5 ℃/min의 속도로 승온시키고, 최종적으로 200 내지 300℃의 온도범위에서 5 내지 10 시간 동안 이루어진다.
상기 산화시키는 과정에서 승온속도를 1 ℃/min 보다 느리게 하는 경우에는 느린 반응속도록 인하여 산화과정에서 폴리머 전구체에 포함되어 있는 질소 등이 제거되며 산소와 탄소가 반응하여 일어나는 고리화반응이 원활하게 이루어지지 않게 되고, 또한 섬유 수율을 떨어뜨리게 된다.
승온속도를 5 ℃/min 보다 빠르게 하는 경우에는 빠른 반응속도로 인하여 섬유의 안정화가 불안정하게 이루어져, 다음 단계의 열처리시(탄화시) 전기방사 나노섬유가 녹거나 유리전이 되어 섬유형태를 유지할 수 없게 된다.
최종적으로 산화시키는 온도가 200℃ 보다 낮을 경우에는 산화반응이 불완전하게 이루어져 다음 단계의 열처리시(탄화시) 전기방사 나노섬유가 녹거나 유리전이 되어 섬유형태를 유지할 수 없고, 탄소원자간의 축합반응 또한 원할하게 이루어지지 않게 된다.
산화시키는 온도가 300℃ 보다 높을 경우에는 높은 산화 온도로 인하여 빠른 속도의 반응이 유발되고, 이에 따라 과산소 상태의 탄소-산소 결합반응으로 인하여 고리화반응이 원활하게 이루어지지 않는다.
산화시키는 시간이 5시간 보다 짧을 경우에는 상기 최종적으로 산화시키는 온도가 200℃ 보다 낮은 경우와 동일한 현상이 발생하고, 산화시키는 시간이 10시간 보다 길 경우에는 산화시키는 시간이 10시간인 경우와 다른 점이 없으며, 불필요한 반응이 일어나게 된다.
상기 '단계 (4)의 열처리 과정은 5 내지 10 ℃/min의 속도로 승온시키고, 최종적으로 800 내지 1,200℃의 온도범위에서 0.5 내지 5 시간 동안 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 열처리 과정에서 승온속도를 5 ℃/min 보다 느리게 하는 경우와 최종적인 열처리를 1,200℃ 보다 높은 온도에서 진행하는 경우에는 반응시간이 길어짐과 더불어 에너지 소모가 많아지는 단점이 있다. 승온속도를 10 ℃/min 보다 빠르게 하는 경우에는 휘발이 많이 일어나는 문제점이 있어 탄소나노섬유의 수율이 낮아지게 된다. 또한 최종적인 열처리를 800℃ 보다 낮은 온도에서 진행하는 경우에는 열분해가 완전하게 이루어지지 않은 가능성이 있다.
열처리 시간이 0.5 시간 보다 짧을 경우에는 열분해가 충분히 이루어지지 않게 되고, 열처리 시간이 5 시간 보다 길 경우에는 열처리 시간이 5 시간인 경우와 다른 점이 없고, 불필요한 반응이 발생하게 된다.
상기 ‘단계 (5)’의 활성화시키는 과정은 수산화칼륨 용액을 사용하여 이루어진다.
상기 수산화칼륨 용액의 농도는 2 내지 10 M인 것이 바람직하며, 6 내지 8 M인 것이 보다 바람직하다.
수산화칼륨 용액의 농도가 2 M 보다 낮은 경우에는 활성화가 충분히 이루어지지 않고, 10 M 보다 높을 10 M인 경우와 큰 차이가 없기 때문이다.
상기 '단계 (6)'에서는 플라즈마법을 이용하여 금속 촉매를 탄소나노섬유에 증착시키게 된다. 플라즈마란 열을 가하면 고체 → 액체 → 기체 순으로 상 변화가 발생하는데, 기체상태에 더 큰 에너지를 가하면 상태전이와는 다른 이온화된 입자들이 만들어지며 이를 플라즈마 상태라 한다. 플라즈마 상태에서는 양이온과 음이온의 총 전하수는 거의 같아진다. 즉, 본 단계에서는 금속 촉매를 플라즈마 상태로 만들고 이를 탄소나노섬유에 증착하는 것이다.
본 단계의 플라즈마법을 이용하여 금속 촉매를 증착시키는 과정에서 사용되는 금속 촉매는 구리, 은, 바나듐, 백금, 철, 티타늄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상기 플라즈마법을 이용하여 금속 촉매를 증착시키는 과정에서 행해지는 플라즈마 처리는 50 내지 300 W의 전압범위에서 이루어지는 것이 바람직하다.
전압이 50 W 미만인 경우에는 플라즈마로 전이된 금속의 양이 너무 적어 즉, 탄소나노섬유에 균일하게 증착될 금속의 양이 부족하여 일부분에만 금속이 증착되는 현상이 발생하게 된다. 전압이 300 W 보다 큰 경우에는 높은 전압에 의하여 많은 양의 금속이 플라즈마로 전이되고, 이온화된 금속 입자들이 탄소나노섬유의 표면에 두껍게 증착되면서 탄소나노섬유의 기공들을 막아버리려 수소의 흡착점이 없어지는 문제점이 발생하게 된다.
또한 상기 플라즈마 처리는 0.1 내지 10초간 이루어지는 것이 바람직하며, 1 내지 5초간 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.
상기 플라즈마 처리 시간이 0.1 초 미만인 경우에는 플라즈마로 전이된 금속의 양이 너무 적어 즉, 탄소나노섬유에 균일하게 증착될 금속의 양이 부족하여 일부분에만 금속이 증착되는 현상이 발생하게 된다. 플라즈마 반응 시간이 10 초를 초과하는 경우에는 많은 양의 금속이 플라즈마로 전이되고, 이온화된 금속 입자들이 탄소나노섬유의 표면에 두껍게 증착되면서 탄소나노섬유의 기공들을 막아버려 수소의 흡착점이 없어지는 현상이 발생하게 된다.
또한 본 발명은 상술한 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법에 의하여 제조된 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유를 제공한다.
본 발명에 의하여 제조된 금속촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유는 금속 촉매가 탄소나노섬유에 나노의 크기로 고르게 분산되면서 수소 저장량 증가를 위한 촉매로서의 기능이 극대화되어 탄소나노섬유의 수소저장능력이 획기적으로 증대된다.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
실 시 예
구리 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조
폴리아크릴로니트릴을 디메틸포름알데히드에 무게비 1 : 9로 용해하여 폴리아크릴로니트릴 용액을 제조하였다.
상기 혼합물을 전기 방사(Electro spinning) 하여 나노섬유를 제조하였다.
전기 방사에 사용된 장치의 모식도를 도 1에 나타내었다.
상기 전기 방사의 조건은 전압 15kV, 집속기와 주사기 팁과의 거리(TCD) 15cm, 실린지 펌프 유속 1.0ml/h, 집속기 속도 200rpm이었다.
전기방사된 나노섬유의 안정화를 위하여 3 ℃/min의 속도로 승온시켜 최종적으로 250 ℃에서 8시간 동안 산화시켰다.
상기 산화과정을 거친 전기방사된 나노섬유를 7 ℃/min의 속도로 승온시켜 최종적으로 1,050 ℃에서 1시간 동안 열처리하였다. 열처리시 불활성 기체로 질소가스를 20 cc/min의 속도로 주입하였다.
상기와 같이 열처리 과정을 통하여 형성된 탄소나노섬유에 8 M의 수산화칼륨 용액을 탄소 1g 당 5㎖를 골고루 뿌려주어 활성화 시켰다. 활성화는 750℃에서 3시간 동안 실시되었다.
상기와 같은 과정에 의하여 활성화된 탄소나노섬유에 구리를 플라즈마법에 의하여 증착시켰다. 증착시의 전압은 100 W 이었고, 3초간 증착하였다.
상기와 같은 과정을 통하여 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유를 얻을 수 있었다.
성능시험
도 2는 본 실시예에 의하여 제조된 구리 촉매가 증착된 탄소나노섬유의 XPS 분석 결과이다. 상기 결과를 통하여 탄소나노섬유에 구리 촉매가 증착되었음을 확인할 수 있다.
본 실시예에 따른 탄소나노섬유의 비표면적 특성을 분석하여 이의 측정결과를 도 3에 나타내었다. 본 실시예에 의한 탄소나노섬유는 2,500 ㎡/g의 비표면적을 가지고 있으며, 이 중 미세기공(micropore)에 의한 표면적은 전체 비표면적 대비 약 24% 이었다.
본 실시예에 따른 구리 촉매가 증착된 탄소나노섬유상의 구리 촉매 분산 정도를 알기 위하여 FE-SEM(Field emission scanning electron microscope) 장비를 이용하여 전자분산스펙트라(electron dispersive spectra) 이미지 상을 얻었다. 상기 결과가 도 4에 도시되어 있다. 도 4를 통하여 구리 촉매가 탄소나노섬유에 고르게 나노입자 크기로 분산되어 있음을 확인할 수 있다.
최종적으로 본 실시예에 의한 탄소나노섬유의 수소저장능력을 평가하였다. 수소저장능력을 평가하기 위한 장치의 모식도를 도 5에 나타내었다. 수소저장능력을 평가하기에 앞서, 150℃에서 1시간 동안 수분을 증발시키기 위한 전처리를 하였다. 수소저장능력은 25℃의 일정한 온도에서 0 내지 100 기압의 범위에서 측정하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 본 실시예의 수소저장능력은 약 2.9 wt%이었다.
비교예 : 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조 및 성능시험
상기 실시예에서 플라즈마 처리 과정만을 생략하여 수소저장매체용 탄소나노섬유를 제조하였다.
도 7은 본 비교예에 의한 탄소나노섬유의 XPS 분석 결과이다. 상기 결과를 통하여 탄소나노섬유의 화학적 조성을 확인할 수 있었다.
본 비교예에 따른 탄소나노섬유의 비표면적 특성을 분석하여 이의 측정결과를 도 3에 나타내었다. 본 비교예에 의한 탄소나노섬유는 2,800 ㎡/g의 비표면적을 가지고 있으며, 이 중 미세기공(micropore)에 의한 표면적은 전체 비표면적 대비 약 27% 이었다.
다음으로 상기 실시예와 동일한 방법으로 수소저장능력을 평가하여 이를 도 6에 나타내었다. 본 비교예에 의한 수소저장능력은 약 1.5 wt%이었다.
본 비교예의 결과와 상기 실시예의 결과를 비교하여 보면, 플라즈마 처리에 의하여 수소저장능력이 현저히 향상되었음을 알 수 있다.
본 발명은 상기한 실시 예와 첨부한 도면을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 개념 및 범위 내에서 상이한 실시 예를 구성할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위 및 이와 균등한 것들에 의해 정해지며, 본 명세서에 기재된 특정 실시 예에 의해 한정되지는 않는다.

Claims (8)

  1. (1) 폴리머 전구체와 용매를 혼합하는 단계;
    (2) 상기 '단계 (1)'의 과정을 통하여 얻어진 혼합물을 전기방사하여 나노섬유를 제조하는 단계;
    (3) 상기 '단계 (2)'의 과정을 통하여 얻어진 전기방사 나노섬유의 안정화를 위하여 산화시키는 단계;
    (4) 상기 '단계 (3)'의 과정을 통하여 안정화된 나노섬유에 열처리를 하여 전기방사 나노섬유를 탄화시키는 단계;
    (5) 상기 ‘단계 (4)'의 과정을 통하여 얻어진 탄소나노섬유에 수산화칼륨 용액을 가하여 활성화시키는 단계 및;
    (6) 상기 '단계 (5)'의 과정을 통하여 활성화된 탄소나노섬유에 플라즈마법을 이용하여 금속 촉매를 균일하게 증착시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 '단계 (3)'의 산화시키는 과정은 1 내지 5 ℃/min의 속도로 승온시키고, 최종적으로 200 내지 300℃의 온도범위에서 5 내지 10 시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 '단계 (4)'의 열처리 과정은 5 내지 10 ℃/min의 속도로 승온시키고, 최종적으로 800 내지 1,200℃의 온도범위에서 0.5 내지 5 시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 '단계 (5)'의 활성화시키는 과정에서 상기 수산화칼륨 용액의 농도는 2 내지 10 M인 것을 특징으로 하는 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 '단계 (6)'의 플라즈마법을 이용하여 금속 촉매를 증착시키는 과정에서, 상기 금속 촉매는 구리, 은, 바나듐, 백금, 철, 티타늄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 '단계 (6)'의 플라즈마법을 이용하여 금속 촉매를 증착시키는 과정에서 행해지는 플라즈마 처리는 50 내지 300 W의 전압범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 '단계 (6)'의 플라즈마법을 이용하여 금속 촉매를 증착시키는 과정에서 행해지는 플라즈마 처리는 0.1 내지 10초간 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법.
  8. 제1항 내지 제7항의 어느 한 항에 의한 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유의 제조방법에 의하여 제조된 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유.
KR1020080018597A 2008-02-28 2008-02-28 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유및 그 제조방법 KR100953147B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080018597A KR100953147B1 (ko) 2008-02-28 2008-02-28 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080018597A KR100953147B1 (ko) 2008-02-28 2008-02-28 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090093203A true KR20090093203A (ko) 2009-09-02
KR100953147B1 KR100953147B1 (ko) 2010-04-16

Family

ID=41301708

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080018597A KR100953147B1 (ko) 2008-02-28 2008-02-28 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100953147B1 (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101156672B1 (ko) * 2009-12-15 2012-06-15 충남대학교산학협력단 다공성 나노섬유를 이용한 가스센서 및 이의 제조방법
KR101291312B1 (ko) * 2011-02-10 2013-07-30 충남대학교산학협력단 광촉매 함유 다공성 나노섬유를 이용한 가스센서 및 이의 제조방법
KR20150119697A (ko) * 2014-04-16 2015-10-26 국방과학연구소 촉매금속이 담지된 나노섬유 복합체 및 이의 제조방법
WO2016208846A1 (ko) * 2015-06-25 2016-12-29 (주)옴니세라 탄화규소 섬유의 제조방법, 이에 의한 탄화규소 섬유, 탄화규소 섬유 발열체, 그리고 이를 이용한 발열장치
KR20170114032A (ko) 2016-03-31 2017-10-13 한국에너지기술연구원 연료전지용 밤송이 탄소 하이브리드 촉매 담지체 및 이의 제조 방법
KR102266377B1 (ko) * 2020-04-06 2021-06-18 울산과학기술원 금속촉매가 담지된 탄소섬유의 제조방법 및 이에 의해 제조된 수전해 전극 제조용 탄소섬유

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101305464B1 (ko) * 2010-08-23 2013-09-06 충남대학교산학협력단 이온성 금속촉매가 도입된 탄소재를 이용한 고감도 가스센서 및 이의 제조방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5990041A (en) 1996-04-05 1999-11-23 Research Foundation Of State University Of New York At Buffalo Mesoporous activated carbon filaments
DE10226969B4 (de) 2002-06-17 2006-05-18 Sgl Carbon Ag Aktivierte Kohlenstofffasern und Verfahren zu ihrer Herstellung
KR100759547B1 (ko) * 2002-07-29 2007-09-18 삼성에스디아이 주식회사 연료전지용 탄소나노튜브, 그 제조방법 및 이를 채용한연료전지

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101156672B1 (ko) * 2009-12-15 2012-06-15 충남대학교산학협력단 다공성 나노섬유를 이용한 가스센서 및 이의 제조방법
KR101291312B1 (ko) * 2011-02-10 2013-07-30 충남대학교산학협력단 광촉매 함유 다공성 나노섬유를 이용한 가스센서 및 이의 제조방법
KR20150119697A (ko) * 2014-04-16 2015-10-26 국방과학연구소 촉매금속이 담지된 나노섬유 복합체 및 이의 제조방법
WO2016208846A1 (ko) * 2015-06-25 2016-12-29 (주)옴니세라 탄화규소 섬유의 제조방법, 이에 의한 탄화규소 섬유, 탄화규소 섬유 발열체, 그리고 이를 이용한 발열장치
KR20170114032A (ko) 2016-03-31 2017-10-13 한국에너지기술연구원 연료전지용 밤송이 탄소 하이브리드 촉매 담지체 및 이의 제조 방법
KR102266377B1 (ko) * 2020-04-06 2021-06-18 울산과학기술원 금속촉매가 담지된 탄소섬유의 제조방법 및 이에 의해 제조된 수전해 전극 제조용 탄소섬유

Also Published As

Publication number Publication date
KR100953147B1 (ko) 2010-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100953147B1 (ko) 금속 촉매가 균일하게 증착된 수소저장매체용 탄소나노섬유및 그 제조방법
Kumar et al. Lignin-based electrospun carbon nanofibers
US7517832B2 (en) Fibrous active carbon and nonwoven fabric including the same
JP5209360B2 (ja) 超極細炭素繊維上に堆積された金属酸化物からなるスーパーキャパシタ用電極およびその製造方法
KR100805104B1 (ko) 높은 비표면적과 전도성을 갖는 탄소 재료 및 이의 제조방법
Kaerkitcha et al. Control of physical properties of carbon nanofibers obtained from coaxial electrospinning of PMMA and PAN with adjustable inner/outer nozzle-ends
KR101009281B1 (ko) 탄소 재료 제조 방법, 이에 따라 제조된 탄소 재료, 이를이용하는 전지 재료 및 장치
KR101314578B1 (ko) 저가의 전이금속을 포함하는 나노섬유를 이용한 연료전지용 전이금속―탄소나노섬유 촉매 및 이의 제조방법
US20090142647A1 (en) Carbon fiber, porous support-carbon fiber composite and method for producing the same as well as catalyst structure, electrode for solid polymer fuel cell and solid polymer fuel cell
Mooste et al. Electrocatalysts for oxygen reduction reaction based on electrospun polyacrylonitrile, styrene–acrylonitrile copolymer and carbon nanotube composite fibres
KR20100110719A (ko) 활성 탄소 형성 방법
KR101485867B1 (ko) 내재적 기공성 고분자를 포함하는 다공성 탄소 구조체 및 이의 제조방법
Alali et al. Grown carbon nanotubes on electrospun carbon nanofibers as a 3d carbon nanomaterial for high energy storage performance
KR20090055299A (ko) 다공성 탄소 재료 및 이의 제조방법
Ojeda-López et al. On site formation of N-doped carbon nanofibers, an efficient electrocatalyst for fuel cell applications
Huang et al. Fabrication of platinum nanowires by centrifugal electrospinning method for proton exchange membrane fuel cell
Lardizábal-G et al. Nitrogen self-doped electrocatalysts synthesized by pyrolysis of commercial polymer fibers for oxygen reduction reaction
KR100936488B1 (ko) 불소 처리된 바나듐 촉매를 함유하는 수소저장매체용탄소나노섬유 및 그 제조방법
CN115831624A (zh) 一种碳纳米纤维复合材料及其制备方法和储能器件
Zhang et al. Fabrication of hierarchically porous TiO2 nanofibers by microemulsion electrospinning and their application as anode material for lithium-ion batteries
McArdle et al. Defective Carbon for Next‐Generation Stationary Energy Storage Systems: Sodium‐Ion and Vanadium Flow Batteries
Ercolano et al. Multilayer hierarchical nanofibrillar electrodes with tuneable lacunarity with 2D like Pt deposits for PEMFC
KR100874459B1 (ko) 높은 비표면적과 전도성을 갖는 탄소 재료
Wang et al. Electrospinning engineering of gas electrodes for high‐performance lithium–gas batteries
Massaglia et al. Development of New Nanostructured Electrodes for Electrochemical Conversion: Energy and Fuels from the Environment

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130321

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140401

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160329

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180406

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190327

Year of fee payment: 10