KR20130048403A - 백금 나노덴드라이트가 담지된 전기 전도성 텅스텐 산화물 나노 와이어 및 그 제조 방법 - Google Patents

백금 나노덴드라이트가 담지된 전기 전도성 텅스텐 산화물 나노 와이어 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20130048403A
KR20130048403A KR1020110113237A KR20110113237A KR20130048403A KR 20130048403 A KR20130048403 A KR 20130048403A KR 1020110113237 A KR1020110113237 A KR 1020110113237A KR 20110113237 A KR20110113237 A KR 20110113237A KR 20130048403 A KR20130048403 A KR 20130048403A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tungsten oxide
catalyst
platinum
nanowires
electrically conductive
Prior art date
Application number
KR1020110113237A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101453596B1 (ko
Inventor
이진우
Original Assignee
포항공과대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 포항공과대학교 산학협력단 filed Critical 포항공과대학교 산학협력단
Priority to KR1020110113237A priority Critical patent/KR101453596B1/ko
Priority to PCT/KR2012/008818 priority patent/WO2013065997A1/ko
Priority to US14/355,412 priority patent/US9601783B2/en
Publication of KR20130048403A publication Critical patent/KR20130048403A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101453596B1 publication Critical patent/KR101453596B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9016—Oxides, hydroxides or oxygenated metallic salts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/42—Platinum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G41/00—Compounds of tungsten
    • C01G41/02—Oxides; Hydroxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9075—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
    • H01M8/1011—Direct alcohol fuel cells [DAFC], e.g. direct methanol fuel cells [DMFC]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/54—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/56—Platinum group metals
    • B01J23/64—Platinum group metals with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/652—Chromium, molybdenum or tungsten
    • B01J23/6527—Tungsten
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/20—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state
    • B01J35/23—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state in a colloidal state
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/33—Electric or magnetic properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • B01J35/58—Fabrics or filaments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/10—Particle morphology extending in one dimension, e.g. needle-like
    • C01P2004/16—Nanowires or nanorods, i.e. solid nanofibres with two nearly equal dimensions between 1-100 nanometer
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 백금 나노덴드라이트가 담지된 전기전도성 텅스텐 산화물 촉매 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 직접 메탄올 연료전지에서 일산화탄소 피독에 저항성이 강한 산화극 촉매로 활용 가능한 백금 나노덴드라이트가 담지된 전기전도성 텅스텐 산화물의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 백금 나노덴드라이트가 담지된 전기전도성 텅스텐 산화물 나노 와이어의 제조 방법을 및 백금 나노덴드라이트가 담지된 전기전도성 텅스텐 산화물 나노 와이어 및 이를 메탄올과 반응시키는 단계를 포함하는 촉매 활성 실험 단계를 포함한다.
본 발명의 백금 나노 덴드라이트-전기전도성 텅스텐 산화물 나노 와이어 촉매는 일반적인 백금 나노 입자-탄소 촉매에 비해 비약적으로 향상된 일산화탄소 피독 저항성을 보여 고효율 DMFC 산화극 촉매로 사용될 수 있다.

Description

백금 나노덴드라이트가 담지된 전기 전도성 텅스텐 산화물 나노 와이어 및 그 제조 방법{Pt Nanodendrites on Conductive Tungsten Oxide Nanowires and Process for Preparing the Material}
본 발명은 백금 나노덴드라이트가 담지된 전기전도성 텅스텐 산화물 촉매 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 직접 메탄올 연료전지에서 일산화탄소 피독에 저항성이 강한 산화극 촉매로 활용 가능한 백금 나노덴드라이트가 담지된 전기전도성 텅스텐 산화물의 제조 방법에 관한 것이다.
장기적인 관점에서 환경적으로 친화적인 지속 가능한 에너지원 개발이 세계적으로 화두가 되고 있다. 기존에 가장 많이 사용되는 화석 연료는 다량의 이산화탄소를 배출하여 지구 온난화를 유발한다. 지구 온난화는 해수면 상승에서 유래하는 다양한 기상이변 및 생태계 변화를 초래할 수 있기 때문에 이산화탄소 배출이 없는 청정 에너지원의 개발이 필요하다.
연료전지는 산화극에서 연료가 산화되고 환원극에서 산소가 환원되는 화학적 반응에 의해 전기 에너지를 생산하는 장치로, 부산물로 물이 생산되기 때문에 차세대 청정 에너지원으로 활발한 연구가 진행되어 왔다. 다양한 이동기기에 사용 가능한 저온형 연료전지 중 하나인 직접 메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell : DMFC)는 메탄올을 연료로 사용하는 연료전지이다. 산화극에서 메탄올이 산화되는 반응을 촉진시키기 위하여 백금 촉매가 사용된다.
현재 가장 널리 사용되는 산화극 촉매는 2-4 나노미터의 크기를 가지는 백금-루테늄 합금 나노 입자가 탄소에 담지된 형태의 촉매이다. 산화극에서 메탄올은 백금 나노 입자에 일산화탄소의 형태로 흡착되었다가, 이산화탄소의 형태로 산화되어 탈착되게 된다. 그런데 일산화탄소는 백금에 결합력이 매우 강하기 때문에 백금 나노 입자의 활성점을 차단하여 활성을 저하시키는 백금 피독 현상을 야기한다. 백금-루테늄 합금 나노 입자의 루테늄은 백금에 흡착된 일산화탄소를 빠르게 이산화탄소로 산화시키는 작용을 함으로써 일산화탄소 피독 현상을 획기적으로 줄이는 작용을 한다. 그러나 담지체로 쓰이는 탄소가 DFMC 구동 환경에서 부식되어 나노 입자의 응집 및 용출을 야기하기 때문에 시간이 지남에 따라 촉매 활성이 저하되는 문제점을 지닌다.
상기와 같은 산화극 촉매의 문제점을 해결하기 위한 방안으로, 흡착된 일산화탄소의 산화를 촉진시켜 백금 촉매의 피독을 막으면서도 내구성이 뛰어난 금속 산화물을 담지체로 사용하는 방안들이 제시되고 있다. 특히 WO3과 같은 텅스텐 산화물은 표면의 OH기가 흡착된 일산화탄소 산화를 촉진시켜 일산화탄소 피독에 대한 저항성이 크면서도 DFMC 구동 조건에서 내구성이 높기 때문에 탄소를 대체할 수 있는 담지체로 각광받고 있다. 그러나 이러한 담지체들은 표면적이 적고 전기전도성이 없어 DMFC에 사용하기에는 부적합하다는 문제점이 있다.
이로 인해, 일산화탄소의 피독에 강하며, DFMC의 구동환경에서 내구성이 높고 표면적이 넓어 활성이 좋은 새로운 촉매에 대한 요구가 계속되고 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 일산화탄소의 피독에 강한 새로운 연료전지용 촉매를 개발하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 일산화탄소의 피독에 강하고 내구성이 높으며 전기전도성을 가지는 새로운 DFMC용 촉매를 제조하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는 일산화탄소의 피독에 강하고 내구성이 높으며 전기전도성을 가지는 새로운 DFMC용 촉매의 제조 방법을 개발하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는 일산화탄소의 피독에 강하고 내구성이 높은 새로운 DFMC용 전극 및 이를 이용한 연료 전지를 개발하는 것이다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 메탄올 산화 활성 입자가 전기 전도성 텅스텐 산화물 나노 와이어에 담지된 것을 특징으로 하는 촉매 입자를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 메탄올 산화 활성 입자는 연료전지의 산화극에서 메탄올을 산화시킬 수 있는 활성 물질로 이루어진 입자를 의미한다. 본 발명에 있어서, 메탄올 활성입자는 백금 나노 입자이며, 메탄올의 양극 산화 촉매로 공지된 다른 활성 물질을 더 포함할 수 있다. 상기 백금 나노 입자는 백금의 사용량을 줄이면서도 백금이 가지는 효율(mass activity)을 높여 메탄올 산화 반응에 높은 활성을 가질 수 있도록 덴드라이트 형태로 합성하는 것이 바람직하다. 이론적으로 한정되는 것은 아니지만, 백금 나노 덴드라이트는 높은 표면적을 가지고, 덴드라이트 입자 내에서 내부적으로 백금이 연결이 잘 되어 있기 때문에 메탄올의 산화 반응 활성을 높이는 효과를 가지게 된다. 백금 나노 덴드라이트 입자의 메탄올 산화 반응에 대한 활성 연구 및 그 제조 방법은 이 출원에서 참고문헌으로 제시되는 Wang 등의 연구에서 공지되어 있다.(Wang et al., J. Cryst. Growth 10, 3454, 2010). 본 발명에 있어서, 상기 텅스텐 산화물은 연료 전지에 전극에 사용될 수 있도록 전기 전도성을 가진다.
본 발명은, 다른 일 측면에서, 텅스텐 산화물 나노와이어를 결정화하고, 백금 전구체를 주입하여 백금 나노덴드라이트가 담지된 텅스텐 산화물 나노 와이어의 제조 방법을 제공한다. 텅스텐 전구체로 WCl6, 텅스텐 이소프로폭사이드를 사용할 수 있다.
본 발명은, 또 다른 일 측면에서, 양극에 백금을 포함하는 나노 입자가 담지된 전기 전도성 텅스텐 산화물이 형성된 것을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료 전지를 제공한다.
본 발명은, 또 다른 일 측면에서, 메탄올을 백금 나노 덴드라이트 입자가 담지된 전도성 나노 와이어를 이용하여 산화시키는 방법을 제공한다.
본 발명은, 또 다른 일 측면에서, 백금 나노 덴드라이트 입자 지지용 전기 전도성 텅스텐 산화물 나노 와이어 및 그 용도를 제공한다.
본 발명에 있어서, 텅스텐 산화물은 텅스텐이 산화된 상태의 물질로 전기전도성을 가지는 WO2, W18O49 를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 도 1 X-ray 회절 (Panalytical X'Pert PRO) 그래프와 같은 W18O49의 상을 지닌다. 본 발명에의 텅스텐 나노 와이어는 1-10 nm의 굵기, 바람직하게는 1-5 nm, 예를 들어2 nm의 두께를 가지는 것을 사용할 수 있다. 합성방법은 공지된 기술에 기재된 방법(J. Polleux et al., J. Am. Chem. Soc. 127, 15595, 2005)을 참조할 수 있으며, 바람직하게는 WCl6를 벤질 알콜(benzyl alcohol)에 녹여서 가열하여 제조한다.
본 발명에 있어서, 백금 나노덴드라이트의 담지는 H2PtCl6·6H2O를 에틸렌 글리콜(ethylene glycol)에 녹인 용액을 텅스텐 나노 와이어가 결정화하고 있는 용액에 160~196℃의 온도에서 주입함으로써 제조할 수 있다. 160℃ 이하의 온도에서는 백금 나노덴드라이트가 형성되지 않으며, 196℃ 이상의 온도는 에틸렌 글리콜 끓는점보다 높은 온도이다.
본 발명의 백금 나노 덴드라이트-전기전도성 텅스텐 산화물 나노 와이어 촉매는 일반적인 백금 나노 입자-탄소 촉매에 비해 비약적으로 향상된 일산화탄소 피독 저항성을 보여 고효율 DMFC 산화극 촉매로 사용될 수 있다.
본 발명에 의해서 일산화탄소의 피독에 강하고 내구성이 높으며 전기전도성을 가지는 새로운 DFMC용 촉매를 이용함으로써, 장기 운정성이 좋은 고성능의 연료 전지가 개발되었다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 백금 나노덴드라이트가 담지된 전기전도성 텅스텐 산화물 나노 와이어의 XRD 그래프를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 백금 나노덴드라이트가 담지된 전기전도성 텅스텐 산화물 나노 와이어의 TEM 사진을 나타낸 도면.
도 3A는 본 발명의 일실시예에 따른 백금 나노덴드라이트가 담지된 전기전도성 텅스텐 산화물 나노 와이어의 메탄올 산화 반응 그래프를 나타낸 도면.
도 3B는 본 발명의 일실시예에 따른 백금 나노덴드라이트가 담지된 전기전도성 텅스텐 산화물 나노 와이어의 일산화탄소 스트리핑 그래프를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 백금 나노덴드라이트가 담지된 전기전도성 텅스텐 산화물 나노 와이어의 시간-전류 그래프를 나타낸 도면.
이하, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것이 아니며, 단지 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 실시를 명확히 하는 목적을 지닌다.
실시예 1
백금 나노 덴드라이트가 담지된 전기 전도성 텅스텐 산화물 나노 와이어의 제조
WCl6 200 mg 를 10 ml 벤질 알콜에 녹인 용액을 196℃까지 가열하고, 50 mg H2PtCl6·6H2O를 10 ml 에틸렌 글리콜에 녹인 용액을 2 ml씩, 5분에 한 번씩 주입하여 백금 나노덴드라이트가 담지된 전기 전도성 텅스텐 산화물을 제조하였다. 도 1에서 보는 바와 같이, 제조된 백금 나노덴드라이트-전기 전도성 텅스텐 산화물 복합체의 텅스텐 산화물은 W18O49의 상을 가진다. 평균적으로 30 nm의 크기를 가지는 백금 나노덴드라이트가 2 nm 폭의 W18O49 나노 와이어 다발에 잘 분산되어 담지되어 있음을 도 2에서 확인할 수 있다.
상기 실시예에서 텅스텐 산화물 전구체로 사용된 WCl6 대신 텅스텐 이소프로폭사이드 (tungsten isopropoxide)가 사용되어도 동일 또는 유사한 전기 전도성 텅스텐 산화물 나노 와이어를 얻을 수 있다.
실시예 2
백금 나노 덴드라이트가 담지된 전기 전도성 텅스텐 산화물 나노 와이어의 제조 및 메탄올 산화 반응 촉매 활성 실험
실시예 1에서 제조한 나노 입자를 메탄올 산화 반응 촉매 반응을 실험하기 위하여 삼전극으로 구성된 반쪽 전지 장치에서 순환 전압전류 실험을 수행하였다.
이를 위해, 5 mg의 촉매를 0.98 ml의 증류수, 2μl의 5 wt% Nafion 용액과 섞고 10분간 초음파 분산시킨 후, 이 용액을 글래시 카본 전극에 떨어뜨려 건조시켰다.
작업 용액은 1 M 메탄올 + 0.1 M 과염소산 수용액을 제조하여 사용하였다.
전극 실험 전 질소를 20분간 공급하여 산소를 제거하였다.
도 3A는 실시예 1에서 제조된 촉매와 상용 촉매인 10 wt% Pt/C (E-Tek사)의 순환 전압전류 실험의 그래프이다. 봉우리 전위 (peak potential)의 백금 질량당 전류밀도(mA/mgPt)를 비교하였을 때, 실시예 1에서 제조된 촉매가 상용 촉매보다 1.4배 우수한 촉매 활성을 지니고 있음을 확인할 수 있다. 일산화탄소 스트리핑 실험은 0.1 M 과염소산 수용액에서 수행되었다.
일산화탄소 스트리핑 실험 전, 아르곤을 30분간 공급하여 산소를 제거하였다.
고순도 일산화탄소를 -0.12 V의 전압을 유지하면서 30분 동안 공급하여 일산화탄소를 촉매에 흡착시켰다.
촉매에 흡착되지 않고 용매에 녹아 있는 일산화탄소를 아르곤을 30분간 공급하여 제거하였다.
도 3B는 실시예 1에서 제조한 촉매와 상용촉매의 일산화탄소 스트리핑 그래프이다. 실시예 1에서 제조한 촉매는 상용촉매보다 매우 낮은 전류밀도를 보이며, 이는 일산화탄소 피독에 대한 내구성이 상용촉매에 비해 월등히 뛰어남을 의미한다.
촉매의 내구성 실험은 0.2 V의 전위를 1시간 동안 가해주는 동안 기록된 시간-전류 그래프를 비교하여 수행하였다.
용매는 0.1 M 과염소산 수용액을 사용하였다.
도 4는 실시예 1에서 제조한 촉매와 상용촉매의 시간-전류 그래프이다. 실시예 1에서 제조한 촉매가 상용촉매에 비해 높은 내구성을 보임을 확인할 수 있다.
위 결과를 통해 높은 촉매 활성은 백금 나노덴드라이트의 높은 표면적 및 상호연결된 구조와 텅스텐 산화물의 일산화탄소 산화 촉진의 시너지 효과에 의해서 발생하며, 높은 내구성은 촉매의 높은 일산화탄소 피독 저항성 때문임을 알 수 있다.

Claims (21)

  1. 메탄올 산화 활성 입자가 전기 전도성 텅스텐 산화물 나노 와이어에 담지된 것을 특징으로 하는 촉매.
  2. 제1항에 있어서, 상기 텅스텐 산화물은 WO2, 또는 W18O49 인 것을 특징으로 하는 촉매.
  3. 제1항에 있어서, 상기 텅스텐 나노 와이어는 굵기가 1-10 nm 인 것을 특징으로 하는 촉매.
  4. 제1항에 있어서, 상기 메탄올 산화 활성 입자는 백금 나노 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매.
  5. 제1항에 있어서, 상기 메탄올 산화 활성 입자는 백금 나노 덴드라이트 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매.
  6. 제1항에 있어서, 상기 촉매 입자는 일산화탄소 피독에 대한 내성을 가지는 것을 특징으로 하는 촉매.
  7. 제5항에 있어서, 상기 백금 나노 덴드라이트 입자는 크기가 평균 1-100 nm 인 것을 특징으로 하는 촉매.
  8. 백금 나노덴드라이트가 담지된 텅스텐 산화물 나노 와이어의 제조 방법에 있어서, 텅스텐 산화물 나노와이어를 결정화하고, 백금 전구체를 주입하는 것을 특징으로 하는 촉매 입자 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 텅스텐 전구체로 WCl6, 텅스텐 이소프로폭사이드를 사용하는 것을 특징으로 하는 촉매 입자 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 백금 전구체를 액상으로 주입하는 것을 특징으로 하는 촉매 입자 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 백금 전구체는 160-196 ℃에서 주입하는 것을 특징으로 하는 촉매 입자 제조 방법.
  12. 양극에 백금을 포함하는 나노 입자가 담지된 전기 전도성 텅스텐 산화물이 형성된 것을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료 전지.
  13. 제12항에 있어서, 상기 나노 입자는 백금 나노 덴드라이트 입자인 것을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료 전지.
  14. 제12항에 있어서, 상기 전기 전도성 텅스텐 산화물은 나노 와이어인 것을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료 전지.
  15. 제12항에 있어서, 상기 전기 전도성 텅스텐 산화물은 산화물은 WO2, 또는 W18O49 을 포함하는 것을 특징으로 하는 직접 메탄올 연료 전지.
  16. 메탄올을 백금 나노 덴드라이트 입자가 담지된 전도성 나노 와이어를 이용하여 산화시키는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 나노 와이어는 텅스텐 산화물인 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제16항에 있어서, 덴드라이트 입자의 직경이 나노 와이어의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 백금 나노 덴드라이트 입자 지지용 전기 전도성 텅스텐 산화물 나노 와이어.
  20. 제19항에 있어서, 상기 나노 와이어는 네트워크를 형태를 이루어는 것을 특징으로 하는 나노 와이어.
  21. 제19항에 있어서, 백금 나노 덴드라이트는 입자크기가 10-100 nm이며, 나노와이어는 직경이 1-10 nm인 것을 특징으로 하는 나노 와이어.
KR1020110113237A 2011-11-02 2011-11-02 백금 나노덴드라이트가 담지된 전기 전도성 텅스텐 산화물 나노 와이어 및 그 제조 방법 KR101453596B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110113237A KR101453596B1 (ko) 2011-11-02 2011-11-02 백금 나노덴드라이트가 담지된 전기 전도성 텅스텐 산화물 나노 와이어 및 그 제조 방법
PCT/KR2012/008818 WO2013065997A1 (ko) 2011-11-02 2012-10-25 백금 나노덴드라이트가 담지된 전기전도성 텅스텐 산화물 나노와이어 및 그 제조 방법
US14/355,412 US9601783B2 (en) 2011-11-02 2012-10-25 Electroconductive tungsten oxide nanowire carrying a platinum nanodendrite and method for manufacturing same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110113237A KR101453596B1 (ko) 2011-11-02 2011-11-02 백금 나노덴드라이트가 담지된 전기 전도성 텅스텐 산화물 나노 와이어 및 그 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130048403A true KR20130048403A (ko) 2013-05-10
KR101453596B1 KR101453596B1 (ko) 2014-10-24

Family

ID=48192300

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110113237A KR101453596B1 (ko) 2011-11-02 2011-11-02 백금 나노덴드라이트가 담지된 전기 전도성 텅스텐 산화물 나노 와이어 및 그 제조 방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9601783B2 (ko)
KR (1) KR101453596B1 (ko)
WO (1) WO2013065997A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109467127A (zh) * 2018-10-31 2019-03-15 青岛大学 一种多金属负载氧化钨复合纳米线的制备方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106745277A (zh) * 2017-02-16 2017-05-31 重庆文理学院 一种氧化钨纳米线及其制备方法
CN109894139A (zh) * 2019-04-28 2019-06-18 河北大学 一种氮掺杂碳包覆氧化钨纳米线复合材料及其制备方法与应用

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8609573B2 (en) * 2005-01-12 2013-12-17 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Photocatalytic methods for preparation of electrocatalyst materials
KR101137066B1 (ko) 2006-09-14 2012-04-19 재단법인서울대학교산학협력재단 직접 메탄올 연료전지용 백금/팔라듐 촉매

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109467127A (zh) * 2018-10-31 2019-03-15 青岛大学 一种多金属负载氧化钨复合纳米线的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
US9601783B2 (en) 2017-03-21
WO2013065997A1 (ko) 2013-05-10
KR101453596B1 (ko) 2014-10-24
US20140287346A1 (en) 2014-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Riyajuddin et al. Super-hydrophilic hierarchical Ni-foam-graphene-carbon nanotubes-Ni2P–CuP2 nano-architecture as efficient electrocatalyst for overall water splitting
Chen et al. Recent progress of transition metal carbides/nitrides for electrocatalytic water splitting
Zhang et al. Iron-doped NiCoP porous nanosheet arrays as a highly efficient electrocatalyst for oxygen evolution reaction
Wu et al. Facile synthesis of free‐standing Pd‐based nanomembranes with enhanced catalytic performance for methanol/ethanol oxidation
Centi et al. The role of nanostructure in improving the performance of electrodes for energy storage and conversion
Xu et al. Highly ordered Pd nanowire arrays as effective electrocatalysts for ethanol oxidation in direct alcohol fuel cells
Muthuchamy et al. Bimetallic NiPd nanoparticle-incorporated ordered mesoporous carbon as highly efficient electrocatalysts for hydrogen production via overall urea electrolysis
Hu et al. Phase-dependent reactivity of nickel molybdates for electrocatalytic urea oxidation
Habibi et al. Synthesis, characterization and electrocatalytic activity of Co@ Pt nanoparticles supported on carbon-ceramic substrate for fuel cell applications
Li et al. High-Performance Zinc–Air Batteries with Scalable Metal–Organic Frameworks and Platinum Carbon Black Bifunctional Catalysts
JP2012518532A (ja) 酸性環境中での酸素還元および水素発生用カーボン担持ＣｏＳｅ２ナノ粒子
Nguyen et al. Synthesis of MoWS2 on flexible carbon-based electrodes for high-performance hydrogen evolution reaction
Daryakenari et al. Highly efficient electrocatalysts fabricated via electrophoretic deposition for alcohol oxidation, oxygen reduction, hydrogen evolution, and oxygen evolution reactions
CN108722453A (zh) 一种用于碱性电催化析氢的磷化钼/碳复合纳米材料
JP2006210135A (ja) 触媒電極材料、触媒電極、及びこれらの製造方法、電極触媒用の担体材料、並びに電気化学デバイス
Ahmadi Daryakenari et al. Single-step electrophoretic deposition of non-noble metal catalyst layer with low onset voltage for ethanol electro-oxidation
CN103227336A (zh) 一种带状碳载金属催化剂及其制备方法和应用
Liao et al. Boosting pH‐universal hydrogen evolution of molybdenum disulfide particles by interfacial engineering
Yu et al. Boosting the OER performance of nitrogen-doped Ni nanoclusters confined in an amorphous carbon matrix
Naik et al. Defect-rich black titanium dioxide nanosheet-supported palladium nanoparticle electrocatalyst for oxygen reduction and glycerol oxidation reactions in alkaline medium
Zhang et al. Efficacious CO2 adsorption and activation on Ag nanoparticles/CuO mesoporous nanosheets heterostructure for CO2 electroreduction to CO
Pham et al. Superior CO-tolerance and stability toward alcohol electro-oxidation reaction of 1D-bimetallic platinum-cobalt nanowires on Tungsten-modified anatase TiO2 nanostructure
CN103259023A (zh) 一种氢燃料电池电极材料制备方法
Feng et al. Interfacial structural and electronic regulation of MoS2 for promoting its kinetics and activity of alkaline hydrogen evolution
Chen et al. Gas penetrating hollow fiber Bi with contractive bond enables industry-level CO2 electroreduction

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee