KR20140012016A - 전극촉매 - Google Patents

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KR20140012016A
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사이드 슈완 호쎄니
마쉬엘 사커스
마티아스 웨슬링
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마그네토 스페셜 아노즈 비. 브이.
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Abstract

본 발명은 전극촉매 M’aIrbMc에 관한 것인데, 여기에서 M’은 Pt, Ta 및 Ru으로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, a: b 몰 비는 85: 15 내지 50: 50의 범위 이내에 있고 a: c 몰 비는 50: 50 내지 95: 5의 범위 이내에 있고, 둘 다 순금속(pure metal)으로 계산된다(calculated). 나아가 본 발명은 지지체 및 상기 전극촉매를 포함하는 전극에 관한 것이다. 나아가 본 발명은 상기 전극촉매 및/또는 산소환원공정(ORR), 산소발생공정(OER), 수소발생반응(HER), 수소산화반응(HOR), 일산화탄소 산화반응(COR) 또는 메탄올 산화반응(MOR)을 포함하는 전기화학적 공정에 있어서 전극의 용도에 관한 것이다.

Description

전극촉매{ELECTRO-CATALYST}
본 발명은 Pt, Ta 및 Ru로 이루어진 그룹으로부터 선택된 첫 번째 금속, Ir인 두 번째 금속 및 세 번째 금속을 포함하는 전극촉매에 관한 것이다. 또한 본 발명은 전극촉매 및 전극촉매의 공정들에 있어서 전극의 사용을 포함하는 전극 용도에 관한 것이다. 특히, 상기 전극촉매는 산소환원반응, 산소발생반응, 수소발생반응, 수소산화반응, 일산화탄소 산화반응 및 메탄올 산화반응에 이용될 수 있는 이기능성 공기 전극(bifunctional air electrode)으로 사용될 수 있다.
전극촉매의 공정에 있어서 금속 기반 촉매들의 적용은 그 분야에 잘 알려져 있다. 예를 들어, 수소/공기 연료 전지는 보통 수소와 같은 연료를 변화시킴으로써 전기 에너지를 발생시킨다. 그러한 연료 전지들은 멤브레인(예를 들어 Nafion®과 같은)에 의해 분리된 두 개의 하프 전지들(two half cells)을 통상적으로 포함하는데, 여기에서 상기 수소는 양극(anode), 보통 Pt-기반 양극, 및 대응 반-반응(corresponding half-reaction)(또한 소위 “수소산화반응” 또는“HOR”로 일컫는)에서 산화된다:
H2 → 2 H＋ + 2 e- (E˚= 0.0 V vs. NHE)
연료의 이러한 유형들의 애노딕(anodic) 산화는 번잡하지만, 수소 대신에, 메탄올, 에탄올 및 포름산은 원칙적으로 연료로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 직접메탄올연료전지(DMFC)는 참조로 포함된 K. Scott et al ., J. Appl. Electrochem. 31, 823 - 832, 1991에 개시되어 있다. 연료전지는 전극중립상태(electro-neutral conditions) 하에서 작동해야 하므로, 통상적으로 환원은 산소(O2)에 관련된 음극(cathode)에서 발생해야만 한다. 또한 보통 이용되는 촉매들은 Pt-기반(Pt-based) 촉매이다. 대응 반-반응(또한 소위 “산소환원반응” 또는“ORR”일컫는)은 아래와 같다:
O2 + 4 H+ + 4 e- → 2 H2O (E˚= 1.23 V vs. NHE)
수소의 산화는 상기 ORR과 반대로 쉽게 진행한다. 상기 ORR은 산성 환경하에서 발생해야만 하고 느린 동역학에 의해 제약이 따른다. 이러한 느린 동역학은 상당한 전기의 전류밀도(current density)가 열역학의 전위차(potential difference) △E = 1.23 V에서 발생되지 않고 더 높은 과전압(원동력)이 합리적인 전류밀도를 생성하도록 요구된다는 것을 야기한다. 이것은 예를 들어 음극 위의 더 높은 Pt-하중을 사용함으로써 부분적으로 피할 수 있지만, 이것은 더 높은 비용을 야기한다. 다른 문제들은 음극 안정성에 영향을 미치고 반전지를 분리하는 멤브레인의 분해를 야기할 수도 있는 과산화수소의 부반응을 포함한다. 레퍼런스는 참조로 포함된 A.E. Gewirth 및 M.S. Thorum, Inorg. Chem. 49, 3557 - 3566, 2010로 만들어진다. 그 결과, 중요한 과전압을 생성하지 않고 더 높은 전기의 전류밀도를 생성할 수 있는 Pt-기반 음극이 요구된다.
참조로 포함된 Stamenkovic et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 45, 2897­2901, 2006는 3d 전이금속이 상기 ORR 내 Pt-촉매의 활성에 어떻게 영향을 미치는 가에 대한 사례를 보여준다. 연구된 상기 촉매는 Pt3M인데, 여기에서 M은 Ti, Fe, Co 또는 Ni이다.
참조로 포함된 The DOE Annual Progress Report 2009, published in November 2009, 섹션 V.E.2는 전극촉매 Pt2IrCr, Pt2IrFe, Pt2IrCo, Pt2IrNi, Pt4IrCo3, Pt4Ir5Co1 .53 및 Pt6IrCo7과 상기 ORR에 있어 그것들의 적용을 밝힌다.
또 다른 잘 알려진 전기화학반응은 예를 들어 물의 알칼리성 퇴화에 의한 수소 생성과 같은 몇몇 산업공정들 중에서 양극에 발생하는 상기 산소발생반응(“OER”)이다. 상기 반-반응은 아래와 같다:
4 OH- → O2 + 2 H2O + 4 e- (E˚= 0.40 V vs. NHE)
예를 들어, 산소 생성은 우주선 및 잠수함 안과 같이 산소에 대한 수요가 있는 어디든지 유용하긴 하지만, 산소 생성은 통상적으로 주 타겟이 없다. 상기 OER은 보통 알칼리성 매체 내 Ni-기반 촉매들과 함께 수행된다. 그러나 그것들은 예를 들어 Ru- 및 Ir-기반 촉매들 보다 더 높은 과전압을 필요로 한다. 반면에, 상기 Ru- 및 Ir-기반 촉매들은 값비싸고 알칼리성 매체 내 부족한 장기적 안정성을 가지는 약점으로 나빠진다. 참조로 포함된 M.P. Brandon, Int. J. Electrochem. Sci. 3, 1386 - 1424, 2008 및 M.E.G Lyons에서 볼 수 있다. 이런 이유로 산성 매체 내 특히, 상기 OER의 효율적인 금속-기반 촉매를 위한 기술의 필요성이 있다.
예를 들어 Pt-음극에 관한 상기 수소발생반응(HER)은 참조로 포함된 J.O.M Bockris et al ., J. Chem. Phys. 61, 879 - 886, 1957에 개시되어 있다. 텅스텐 카바이드 나노크리스탈에 관한 PtPd용도는 참조로 포함된 M. Wu et al ., J. Power Sources 166, 310 - 316, 2007 에 개시되어 있다. 참조로 포함된 B. Pyrozynsky, Int. J. Electrochem. Sci. 6, 63 - 77, 2011는 다른 금속들 및 Ni, Co, Pb, Zn-Ni, Ni-P, Ni-Mo, Ni-Mo-Fe와 같은 그의 합금들뿐만 아니라 Pt, Pt-Ru, Pt-Ir에 기반한 HER을 위한 촉매들은 상기 선행기술로부터 알려져 있다는 것을 개시하고 있다.
재충전 Zn/공기 연료전지들은 전기화학배터리들인데 여기에서 Zn은 산소와 함께 산화된다. 이들 배터리들은 고에너지 밀도 W.h/l(작은 배터리들과 비교하여 더 많은 양) 및 높은 비에너지(high specific energies) W.h/kg(큰 배터리들과 비교하여 더 많은 양)를 가지며 그것들의 제조는 비싸지 않다. W.h/kg는 kg 당 전력량(watthours) 내 중량 에너지 밀도(또는 비에너지)를 의미하는데 반하여 W.h/l는 리터 당 전력량 내 용적 에너지 밀도를 의미한다. 그것들은 예를 들어 시계, 청각 장치, 필름 카메라(작은 배터리들의 모든 예들) 및 전기 자동차(큰 배터리의 예) 내에 사용된다. 참조로 포함된 WO 2010/052336는 재충전 Zn/공기 배터리들을 개시하고 있다. 관련있는 반-반응은 아래와 같다:
Zn + 4 OH- → Zn(OH)4 2- + 2e- (E˚= -1.285 V vs. NHE)
O2 + 2 H2O + 4e- → 4 OH- (E˚= 0.34 V vs. NHE)
참조로 포함된 US 4.528.084는 Ru, Rh, Ir 및/또는 Pt과 같은 백금족 금속(원소주기율표의 8-10족)을 포함하는 상기 OER을 위한 촉매들을 개시하고 있다. 실시예 XI은 Pt/Ir 촉매를 개시하고 있다.
또한 참조로 포함된 US 4.797.182는 상기 OER을 위해 사용될 수 있는 훌륭한 수명을 가지는 Pt/Ir 촉매들을 개시하고 있다.
참조로 포함된 US 2007/0166602는 상기ORR 및 OER 둘 다를 촉진시키는 이기능성 공기 전극들을 개시하고 있다. 이들 전극들은 OER 촉매 및 이기능성 촉매의 조합을 구성한다. 상기 OER 촉매는 Mn, Sn, Fe, Co, Pt 또는 Pd를 포함한다. 상기 이기능성 촉매는 La2O3, Ag2O 또는 스피넬(즉, 화학식AB2O4의 금속 산화물들, 여기에서 A는 Mg, Fe, Ni 또는 Zn과 같은 2가 금속 양이온이고 V는 Al, Fe, Cr 또는 Mn과 같은 3가 금속 양이온이다.)을 포함한다.
참조로 포함된 WO 2006/046453는 Pt, Ir 와 Ti, Zr, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 및 Zn으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 세 번째 금속 M을 포함하는 연료 전지들을 위한 전극촉매들을 개시하고 있다. 바람직하게는, 상기 세 번째 금속은 Co이다. Pt : Ir : M의 비는 바람직하게는 1 : 0.02 - 2 : 0.02 : 2이다. 상기WO 2006/046453의 실시예 6은 Pt4Ir2Co를 개시하고 있다.
본 발명의 목적은 산소발생반응뿐만 아니라 산소환원반응 둘 다를 촉진시킬 수 있는 전극촉매를 제공하는 것이다. 추가적인 목적은 이것들의 전극촉매들이 장기적인 수명을 가지고 있고 작동에 있어서 안정적이라는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 수소발생반응, 수소산화반응, 일산화탄소 산화반응 및 메탄올 산화반응을 촉진시킬 수 있는 전극촉매들을 제공하는 것이다.
도 1은 Pt-Ir (69: 31; 중량비) 촉매의 생명주기검사 결과를 보여준다.
도 2는 Pt-Ir-V (69 : 29 : 2; 중량비) 촉매의 생명주기검사 결과를 보여준다.
도 3은 Pt-Ir (70 : 30) 및 Pt-Ir-V (63 : 27 : 10) 촉매들을 위한 산소발생반응에 관한 순환 전압전류법 연구(cyclic voltammetry study)의 결과를 보여준다.
도 4는 Pt-Ir (70 : 30) 및 Pt-Ir-V (63 : 27 : 10) 촉매들을 위한 산소환원반응에 관한 순환 전압전류법 연구의 결과를 보여준다.
도 5는 Pt-Ir (70 : 30) 및 Pt-Ir-V (63 : 27 : 10) 촉매들을 위한 수소발생반응에 관한 순환 전압전류법 연구의 결과를 보여준다.
도 6은 Pt 촉매를 위한 CO 스트립핑(stripping)에 관한 순환 전압전류법 연구의 결과를 보여준다.
도 7은 Pt-Ir(70: 30) 촉매를 위한 CO 스트립핑(stripping)에 관한 순환 전압전류법 연구의 결과를 보여준다.
도 8은 Pt-Ir-V (63 : 27 : 10) 촉매를 위한 CO 스트립핑(stripping)에 관한 순환 전압전류법 연구의 결과를 보여준다.
도 9는 Ta-Ir (81 : 19) 및 Ta-Ir-V (80 : 19 : 1) 촉매들을 위한 산소발생반응에 관한 순환 전압전류법 연구의 결과를 보여준다
도 10은 Ru-Ir (70 : 30) 및 Ru-Ir-V (69 : 29 : 2) 촉매들을 위한 산소발생반응에 관한 순환 전압전류법 연구의 결과를 보여준다
도 11은 Pt-Ir (70 : 30) 촉매의 XRD-패턴(patterns)을 보여준다.
도 12는 Pt-Ir-V (63 : 27 : 10) 촉매의 XRD-패턴을 보여준다.
발명의 요약
본 발명은 촉매, 바람직하게는 전극촉매 M’aIrbMc에 관한 것인데, 여기에서 M’은 Pt, Ta 및 Ru으로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, a: b 몰 비는 85: 15 내지 50: 50의 범위 이내에 있고 a: c 몰 비는 50: 50 내지 95: 5의 범위 이내에 있고, 둘 다 순금속(pure metal)으로 계산된다(calculated). 나아가 본 발명은 전극촉매의 공정들에 있어서 이들 촉매들의 사용에 관련된 것이다.
발명의 상세한 설명
동사 “포함하는 것”이 서술 및 청구항들에서 사용되고 그것의 활용은 단어에 따라 항목들이 포함되는 것을 의미하도록 그것의 비제한적인 의미로 사용되지만 명확하게 언급되지 않은 항목들은 제외되지 않는다. 게다가, 문맥이 원소들 중 오직 하나 및 하나인 것을 분명하게 요구하지 않는다면, 부정관사 “하나(a, an)”의해 원소에 대한 언급은 원소들 중 하나 이상이 존재하는 가능성을 제외하지 않는다. 이와 같이 상기 부정관사 “하나(a, an)”보통 “적어도 하나”를 의미한다.
이 문서에서, 양극은 전류(electric current)의 영향 하에 기질이 산화되는(즉, 전자들이 방출되는 것) 전극이다. 애노딕(anodic) 구획(compartment)은 양극을 포함하는 구획이다. 마찬가지로, 음극은 전류의 영향 하에 기질이 환원되는(즉, 전자들이 소모되는 것) 전극이다. 캐소오딕(cathodic) 구획은 음극을 포함하는 구획이다.
이 문서에서, 상기 촉매들, 바람직하게는 상기 전극촉매는 보통 말하는 금속들의 비로 정하여진다. 그러나 통상의 기술자에게 있어서 명백한 것처럼, 이들 촉매들은 그것들의 산화물 및/또는 염, 대개 무기 염류로부터 대개 제조된다. 그런 이유로, 상기 금속들의 비가 이 문서에 정해진 것과 같다면, 상기 촉매들의 정의는 산화물 및/또는 염 형태로 금속을 포함하는 촉매들을 또한 포함한다.
본 발명에 따르면, 전극촉매PtaIrbMc 는 Pt4Ir2Co, Pt2IrCr, Pt2IrFe, Pt2IrCo, Pt2IrNi, Pt4IrCo3, Pt4Ir5Co1 .53 및 Pt6IrCo7으로 이루어진 그룹으로부터 선택되지 않는 것이 선호된다.
선호되는 구현예에 따르면, 통상의 기술자들에게 명백한 것처럼 어떤 M이 선택되는 것으로부터의 금속은 Pt, Ta, Ru 또는 Ir이 아니라면(provided that the metal from which M is selected is not Pt, Ta, Ru or Ir as will be apparent to those skilled in the art), M은 원소주기율표(2007년 6월 22일 IUPAC)의 3-15족(group), 보다 바람직하게는 3-11족으로부터의 금속을 포함하는 상기 그룹으로부터 선택된다. 보다 바람직하게는, M은 원소주기율표(2007년 6월 22일 IUPAC)의 4-6 주기(row), 보다 바람직하게는 4 주기의 금속을 포함하는 그룹으로부터 선택된다. 훨씬 더 바람직하게는, M은 Sc, V, In, Cr, Mn, Co, Ni 및 Cu으로 이루어진 그룹으로부터 선택되고 가장 바람직하게는 V, In, Ni 및 Co으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
또한 본 발명은 본 발명에 따른 지지체(support) 및 상기 전극촉매를 포함하는 전극에 관한 것이다. 상기 지지체는 바람직하게는 금속-기반이다. 상기 금속은 바람직하게는 티타늄이다. 상기 지지체는 바람직하게는 소결된(sintered) 티타늄, 티타늄 메쉬, 티타늄 펠트, 티타늄 폼, 티타늄 입자들 또는 티타늄 포일(foil)의 형태이다.
나아가 본 발명은, 본 발명에 따른 전극촉매가 사용되는 전극촉매의 공정에 관한 것이다. 상기 전극촉매의 공정은 바람직하게는 산소환원공정(ORR), 산소발생공정(OER), 또는 산소환원공정(ORR) 및 산소발생공정(OER) 둘 다를 포함한다. 상기 OER 및/또는 ORR은 부반응으로써 발생할 수 있다. 게다가, 상기 전극촉매의 공정은 알칼리성 매체 또는 산성 매체 내에서 수행될 수 있다. 또 다른 구현예에 따르면, 상기 전극촉매의 공정은 수소발생반응(HER), 수소산화반응(HOR), 일산화탄소 산화반응(COR) 또는 메탄올 산화반응(MOR)을 포함한다.
본 발명에 따르면, 상기 전극촉매 공정은, 전기화학적 응용에 있어서, 특히 연료 전지에 있어서, 전기도금(electroplating), 유기오염물질의 산화처리, 전기부상(electro-flotation), 염분해(salt splitting), 물분해(water splitting), 유기종(organic species)의 전기화학적 합성, 전기분해(electro-dialysis), 금속회수(metal recovery), 금속정제(metal refining), 순원소(pure element)의 전기화학적 합성, 캐소오딕(cathodic) 공정으로서 산화환원 및 전기화학적 응용에 있어서 애노딕(anodic) 공정으로서 산소로의 물의 산화(oxidation of water to oxygen as anodic process)로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
나아가 본 발명은 본 발명에 따른 전극촉매 및/또는 전극을 포함하는 전기화학적 전지에 관련된 것이다. 상기 전기화학적 전지는 바람직하게는 연료전지(재충전이 불가능한 연료전지 및 재충전 연료전지 둘 다를 포함한다), 배터리, 레독스 플로우 배터리(redox flow battery), 직접 메탄올 연료전지 또는 금속/공기, 바람직하게는 Zn/공기, 재충전 전지이다.
상기 배터리는 바람직하게는 전부 금속 배터리(all metal battery) 또는 금속 산소 배터리, 보다 바람직하게는 금속 산소 배터리 및 보다 바람직하게는 레독스 쌍(redox couple), 바람직하게는 z와y가 정수이고 z 보다 y가 더 큰 Mz +/My + 레독스쌍을 가지는 레독스 플로우 배터리이다.
또한 본 발명은 본 발명에 따른 상기 촉매들이 적용되는 화학적 수소화 반응들(hydrogenation reactions) 및 화학적 산화반응들에 관한 것이다. 이들 공정들을 위해 선호되는 촉매들은 M’이 Pt인 것들이다. 이들 공정들을 위해 보다 선호되는 촉매들은 M’이 Pt이고 M이 V인 것들이다.
실시예들
실시예 1
상기 촉매들은 US 4.528.084 및 US 4.797.182에 개시된 일반적인 방법들에 의해 제조된다. 이들의 일반적인 방법들에 따르면, 상기 촉매를 위한 지지체는 희석된 산으로 식각 및 탈지된다(etched and degreased). 그 뒤에, 필수의 금속 염 또는 산화물을 포함하는 페인트가 적용된다. 상기 지지체는 약 500 ℃에서 공기 중에 가열 및 건조되었다. 필요하다면 몇 층의 페인트가 적용되고 그것들은 그 다음에 가열 및 건조된다.
PtIr (70: 30) 촉매는 다음과 같이 준비되었다. 티타늄 시트(160 x 30 x 1 mm)는 식각(20% HCl, 90 ℃) 및 탈지되고 그리고 나서 탈염수(deionised water)로 씻어 내었다. H2PtCl6 및 IrCl3의 수용액은 코팅으로 쓰였다. 코팅 두께는 5 g/m2이었다. 그 다음에 상기 티타늄 시트는 약 500 ℃에서 가열 및 건조되었다.
TaIr 촉매는 다음과 같이 준비되었다. 티타늄 시트(160 x 30 x 1 mm)는 식각(20% HCl, 90 ℃) 및 탈지되었고 그리고 나서 탈염수로 씻어 내었다. Ta(V) 에톡시드 및H2IrCl6를 가지는 부탄올의 유기용액은 코팅으로 쓰였다. 코팅 두께는 5 g/m2이었다. 상기 티타늄 시트는 약 500 ℃에서 가열 및 건조되었다.
PtIrV (70 : 30 : 10) 촉매는 상기와 동일한 방법으로 제조되었다. 코팅 두께는 10 g/m2이었다.
실시예 2
순환 전압전류법 측정은 다음의 조건 하에 촉매 조성물들로 수행되었다.
전해액 : H2SO4 (25% w/w)
전위(Potential) : -300/1600 mV
스캐닝 속도(Scanning speed) : 5mV/s
온도 : 25 ℃ (오븐 내)
기준전극 : Ag/AgCl
전해액을 통한 공기 흐름 : 있음
촉매 조성물들(Ti 지지체 위의) 및 그 결과들은 하기 표 1에 나타내었다.
촉매 중량%　 촉매 몰% ORR OER
M Pt Ir M Pt Ir M Imax (A/m2) Imax (A/m2) at +1600mV vs. Ag/AgCl
- 70 30 0 70 30 0 -0,9 29
V 76 21 3 70 20 10 -1,6 52
V 63 27 10 49 21 30 -4,4 127
In 56 24 20 49 21 30 -4,4 66
Ni 76 21 3 70 20 10 -0,9 11
Co 76 21 3 70 20 10 -0,9 19
실시예 3
생명주기 시험에서, Ti 지지체 위의 Pt-Ir 촉매(70 : 30 중량비) 및 Pt-Ir-V 촉매(69 : 29: 2 중량비) 둘 다는 그 대신에 양극 및 음극(양극성이 매 5분 마다 전환된다)처럼 2500 A/m2의 전류밀도에서 비교되었다. 시험은 1 mol/l Na2SO4 에 50 ℃에서 수행되었다.
Pt-Ir-V 촉매는 상기 Pt-Ir 촉매(Pt-Ir-V를 위한 생명주기 시간은 1.06 MAh/m2 = 102,3 kAh/g.m2이었다); (Pt-Ir를 위한 생명주기 시간은 0.86 MAh/m2 = 80.7 kAh/g.m2이었다) 보다 상기 HER, HOR, ORR 및 OER에 있어서 더 높은 활성을 가졌다. 그 결과는 도 1 및 2에 나타내었다. 이런 이유로, Pt-Ir-V를 위한 생명주기는 Pt-Ir (102.3 / 80.7 = 1.27)와 관련지어 약 27%로 증가되었다.
실시예 4
상기 실시예 3에 따른 촉매들은 주위 온도(25 중량 % H2SO4)에서 순환 전압전류법 측정에 의해 또한 평가되었다. 스캔 속도는 5 mV/s이었다. 도 3은 Pt-Ir (70 : 30 중량비) 및 Pt-Ir-V (63 : 27 : 10 중량비)를 위한 산소발생반응을 보여준다.
실시예 5
Ti 지지체 위의, Pt, Pt-Ir (70: 30 중량비) 및 Pt-Ir-V (63 : 27 : 10 중량비) 촉매들 모두는 상기 ORR 내에 그것들의 활성을 위해 테스트되었다. 시험조건들은 상기 실시예 4와 같다. 결과들은 백워드 스캔(backward scan)(0.6 V - 0.4 V)을 보여주는 도 4에 나타내었다. 상기 Pt-Ir-V 촉매는 Pt-Ir 및 Pt 촉매들 보다 약 4 내지 5 배 더 많이 활발하다.
실시예 6
상기 실시예 5에 따른 촉매들은 상기 HER에 있어서 테스트되었다. 테스트 조건들은 상기 실시예 4와 같다. 결과들은 도 5에 나타내었다. 그것은 Pt-Ir-V 촉매가 가장 활발한 것을 나타내었다.
실시예 7
상기 실시예 4에 따른 촉매들은 CO 스트랩핑 볼타메트리(stripping voltammetry)에 의해 평가되었다. 상기 순환 전압전류법 측정은 주위 온도(0.5 M % H2SO4)에서 수행되었다. 상기 스캔 속도는 20 mV/s이었다. 결과들은 도 6, 7 및 8에 나타내었다. 상기 실선(solid line)은 첫 번째 스캔을 나타내고, 파선(dashed line)은 두 번째 및 세 번째 스캔을 나타낸다. 기호들(symbols)은 다음의 의미를 가진다:COox = CO 산화, Had = 수소 흡착, CO 산화 후 Hdes = 수소 탈착, CO 산화 전 H’es = 수소 탈착. 상기 일산화탄소 산화는 이 촉매로 훨씬 쉽게 진행되기 때문에 이들 결과들은 Pt-Ir-V이 DMFC를 위한 좋은 촉매라는 것을 보여준다.
실시예 8
다음의 Ta-Ir (81 : 19 중량비), Ta-Ir-V (≒81 : 19 : 0.4 중량비), Ta-Ir-V (≒80 : 19 : 0.8 중량비) 및 Ta-Ir-V (80 : 19 : 1 중량비) 촉매는 실시예 1 에 개시된 방법에 따라 준비되었다. 시험 조건들은 상기 실시예 4와 같다.
도 9는 Ta-Ir (81 : 19) 및 Ta-Ir-V (80 : 19 : 1)의 상기 OER 평가를 위한 결과들을 보여준다.
실시예 9
다음의 Ru-Ir (70 : 30) 및 Ru-Ir-V (69 : 29 : 2) 촉매는 실시예 1에 개시된 방법에 따라 준비되었다. 시험 조건들은 상기 실시예 4와 같다.
도 10은 Ru-Ir (70 : 30) 및 Ru-Ir-V (69 : 29 : 2)의 상기 OER 평가를 위한 결과들을 보여준다.
실시예 10
도 11 및 12는 각각 Pt-Ir (70 : 30) 및 Pt-Ir-V (63 : 27 : 10)의 두 개의 다른 확대율들(magnifications)에서 XRD-패턴을 보여준다. 상기 도 11은 균열 결함을 가지는 형태학과 같은 입자(grain)를 보이는 반면 상기 도 12는 인터그레인 상(intergrain phase)에 의해 가교되는 것을 나타내는 도메인과 같은 입자 및 균열을 보이지 않는다.

Claims (19)

  1. M’은 Pt, Ta 및 Ru로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, a: b 몰 비는 85: 15 내지 50: 50의 범위 이내에 있고 a: c 몰 비는 50: 50 내지 95: 5의 범위 이내에 있고, 둘 다 순금속(pure metal)으로 계산되고(calculated), 여기에서 M은 원소주기율표 (2007년6월22일 IUPAC 표)의 3-15 족(group)으로부터의 금속을 포함하는 상기 그룹으로부터 선택되는 것인, 전극촉매 M’aIrbMc.
  2. 제 1 항에 있어서,
    전극촉매 PtaIrbMc 는 Pt4Ir2Co, Pt2IrCr, Pt2IrFe, Pt2IrCo, Pt2IrNi, Pt4IrCo3, Pt4Ir5Co1 .53 및 Pt6IrCo7로 구성된 그룹으로부터 선택되지 않는 것인, 전극촉매.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 M은 원소주기율표(2007년6월22일 IUPAC 표)의 4 내지 6주기(Row)의 금속을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것인, 전극촉매.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 전극촉매 및 지지체(support)를 포함하는 전극.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 전극촉매 또는 제 5 항에 따른 전극이 사용되는 전극촉매 공정.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 공정은 산소환원반응(ORR)을 포함하는 것인, 전극촉매 공정.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 공정은 산소발생반응(OER)을 포함하는 것인, 전극촉매 공정.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 공정은 산소환원반응(ORR) 및 산소발생반응(OER)을 포함하는 것인, 전극촉매 공정.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 공정은 수소발생반응(HER)을 포함하는 것인, 전극촉매 공정.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 공정은 수소산화반응(HOR)을 포함하는 것인, 전극촉매 공정.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 공정은 일산화탄소 산화반응(COR)을 포함하는 것인, 전극촉매 공정.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 공정은 메탄올 산화반응(MOR)을 포함하는 것인, 전극촉매 공정.
  13. 제 5 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정은 pH 약 1 내지 약 15에서 수행되는 것인, 전극촉매 공정.
  14. 제 5 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극촉매 공정은, 전기화학적 응용에 있어서, 전기도금(electroplating), 유기오염물질의 산화처리, 전기부상(electro-flotation), 염분해(salt splitting), 물분해(water splitting), 유기종(organic species)의 전기화학적 합성, 전기분해(electro-dialysis), 금속회수(metal recovery), 금속정제(metal refining), 순원소(pure element)의 전기화학적 합성, 캐소오딕(cathodic) 공정으로서 산화환원 및 애노딕(anodic) 공정으로서 산소로의 물의 산화(oxidation of water to oxygen as anodic process)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것인, 전극촉매 공정.
  15. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 전극촉매 및/또는 제 4 항에 따른 전극을 포함하는 전기화학전지.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 전지는 연료전지, 배터리, 레독스 플로우 배터리(redox flow battery), 직접 메탄올 연료전지 또는 금속/공기 재충전 전지인 것인, 전기화학전지.
  17. 화학 수소첨가반응 및 화학 산화반응에 있어서 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 촉매의 용도.
  18. 제 17 항에 있어서,
    M은 Pt인 것인, 용도.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 M은 V인 것인, 용도.
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