KR20160142135A - Catalysts for ammonia dehydrogenation, methods of producing the same, and methods of producing hydrogen gas from ammonia using the same - Google Patents

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KR20160142135A KR1020150078096A KR20150078096A KR20160142135A KR 20160142135 A KR20160142135 A KR 20160142135A KR 1020150078096 A KR1020150078096 A KR 1020150078096A KR 20150078096 A KR20150078096 A KR 20150078096A KR 20160142135 A KR20160142135 A KR 20160142135A
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Abstract

Provided is a catalyst for ammonia dehydrogenation, containing ruthenium (Ru), nitrogen (N), and carbon (C) and has a bond between ruthenium (Ru) and nitrogen (N) and a bone between nitrogen (N) and carbon (C). The nitrogen (N) provides electron density to ruthenium (Ru) metal, thereby a catalyst containing the same for ammonia dehydrogenation shows high ammonia conversion rate and high stability to temperature. Also, nitrogen (N) enhances thermal stability of the catalyst and improves durability.

Description

암모니아 탈수소용 촉매, 이의 제조 방법 및 이를 이용하여 암모니아로부터 수소를 생산하는 방법{CATALYSTS FOR AMMONIA DEHYDROGENATION, METHODS OF PRODUCING THE SAME, AND METHODS OF PRODUCING HYDROGEN GAS FROM AMMONIA USING THE SAME}FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a catalyst for ammonia dehydrogenation, a process for producing the same, and a method for producing hydrogen from ammonia using the same. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a catalyst for ammonia dehydrogenation,

본 발명은 암모니아 탈수소용 촉매, 이의 제조 방법 및 이를 이용하여 암모니아로부터 수소를 생산하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 향상된 활성 및 내구성을 갖는 이의 제조 방법 및 이를 이용하여 암모니아로부터 수소를 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst for ammonia dehydrogenation, a process for producing the same, and a process for producing hydrogen from ammonia using the same. More particularly, the present invention relates to a process for the preparation thereof having improved activity and durability and a process for producing hydrogen from ammonia using the process.

휴대용, 자동차용 및/또는 고정형 연료 전지 개발에 대한 청정하고 지속 가능한 기술에 대한 수요를 해결하기 위해, 잠재적으로 실현 가능한 수소저장물질은 지난 10년 동안 연구분야에서 급성장하는 분야가 되었다. 이와 관련된 물질은 금속 수화물(metal hydrides), 금속-유기 구조(metal-organic framework) 및 화학 수화물을 예로 들 수 있다. 특히, 수산화붕소나트륨(sodium borohydride)과 암모니아 보레인(ammonia borane)같은 화학적 수소 저장 물질은 안전한 방식으로 수소를 대량 저장할 수 있기 때문에, 이들 물질 중에 가장 활발한 연구가 진행되고 있다. 뿐만 아니라, 포름산(formaic acid), 암모니아(NH3) 등과 같은 액체 및/또는 고체 물질 역시 연료 전지에 적용 가능한 화학 수소 저장 물질로서 관심이 대두되고 있는데, 이는 이들이 현존하는 기반 시설을 이용한 현장 전력 생산에 경제적인 수소 저장 및 운반 방법을 제시하고 있기 때문이다.To address the need for clean, sustainable technology for the development of portable, automotive and / or stationary fuel cells, potentially feasible hydrogen storage materials have become a rapidly growing field in research for the last decade. Examples of such materials include metal hydrides, metal-organic frameworks and chemical hydrates. Particularly, chemical hydrogen storage materials such as sodium borohydride and ammonia borane are capable of storing hydrogen in a safe manner, and the most active research among these materials is underway. In addition, liquid and / or solid materials such as formaic acid, ammonia (NH 3 ) and the like are also of interest as chemical hydrogen storage materials applicable to fuel cells because they are used in field power production This is because they offer economical hydrogen storage and transportation methods.

한편, 온화한 조건(20℃ 및 0.8 MPa) 하에서 응축될 수 있는 기체인 NH3는 수소 저장 밀도(hydrogen storage density)가 17.8wt% 로 매우 높고, 적절한 촉매를 사용하는 경우 암모니아로부터 수소가 생산될 수 있어 수소의 담체로서 큰 관심을 받고 있다. 또한, NH3로부터 생성된 H2는 CO가 발생하지 않아 고분자 전해질 막 연료 전지(polymer electrolyte membrane fuel cells: PEMFCs) 로 생성물을 바로 공급할 수 있다. 이는 비싸고 외부에 노출된 수소 정화 시스템을 요구하는 종래의 탄화수소 개질 시스템에 비해 잠재적인 강점으로 평가되고 있다. 더욱이, 암모니아 탈수소화 공정시 사용된 연료가 하버-보쉬 공정(harber-bosch process)에 의해 용이하게 NH3로 재생 될 수 있다.On the other hand, NH 3, which is a gas that can be condensed under mild conditions (20 ° C and 0.8 MPa), has a very high hydrogen storage density of 17.8 wt% and can produce hydrogen from ammonia when a suitable catalyst is used There is great interest as a carrier of hydrogen. In addition, H 2 produced from NH 3 can directly supply the product to polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) without generating CO. This is a potential advantage over conventional hydrocarbon reforming systems that require expensive and externally exposed hydrogen purification systems. Moreover, the fuel used in the ammonia dehydrogenation process can easily be regenerated with NH 3 by a harber-bosch process.

연료전지 분야에서, NH3가 유용하게 사용되기 위해서는, 비록, 효율적인 흡착제가 잔여 암모니아의 양을 200ppb 이하로 감소시키더라도, 미반응 NH3로 인한 PEMFC 촉매의 피독을 억제할 수 있는 NH3의 완벽한 전환(>99%)이 요구된다. 또한, 상기와 같은 고 변환율을 달성하기 위해서는 일반적으로 높은 활성화 장벽을 극복하기 위한 고온의 반응 온도(>400℃)가 요구된다.In order to be in the fuel cell field, NH 3 is useful, although, efficient adsorbent remaining even when reducing the amount of ammonia to less than 200ppb, unreacted NH 3 is possible to suppress the poisoning of the PEMFC catalyst of NH 3 complete in due to A conversion (> 99%) is required. In order to achieve such a high conversion rate, a high reaction temperature (> 400 DEG C) is generally required to overcome a high activation barrier.

한편, Ru/탄소나노튜브(carbonnanotube: CNT), Ru/Al203 등과 같은 다양한 Ru 기반의 불균일 촉매들이 암모니아 탈수소반응을 촉진시키기 위해 연구되고 있다. 특히, CNT 및 탄소나노섬유(carbonnanofibers: CNFs) 등과 같은 탄소 기반의 지지체 상의 Ru 촉매가 상기 반응에 고 활성을 보이는 것으로 알려져 있다. Ru/CNT 및 Ru/CNF의 활성은 질소 도핑 등을 통해 탄소 지지체의 전하 밀도를 증가시킴으로써 향상될 수 있다. 암모니아 분해용 촉매 이외에, 최근에 산소 환원 반응(oxygen reduction reaction: ORR)용의 철(Fe), 질소(N) 및 탄소(C)를 포함하는 촉매(이하, Fe-N-C 촉매)가 개발되고 있으며 상기 Fe-N-C 촉매는 다수의 Fe-N-C 접점을 가지고 있다. 이와 같은 나노구조에서, 도입된 질소 원자는 Fe 중심 금속에 전자 밀도를 부여하도록 제작되고, 이는 궁극적으로 ORR 활성을 향상시킬 수 있다. On the other hand, various Ru-based heterogeneous catalysts such as Ru / carbon nanotube (CNT), Ru / Al 2 O 3 and the like are being studied to promote the ammonia dehydrogenation reaction. In particular, Ru catalysts on carbon-based supports such as CNTs and carbon nanofibers (CNFs) are known to exhibit high activity in this reaction. The activity of Ru / CNT and Ru / CNF can be improved by increasing the charge density of the carbon support through nitrogen doping or the like. Recently, a catalyst containing iron (Fe), nitrogen (N) and carbon (C) for oxygen reduction reaction (hereinafter referred to as Fe-NC catalyst) has been developed in addition to a catalyst for decomposing ammonia The Fe-NC catalyst has a number of Fe-NC contacts. In such a nanostructure, the introduced nitrogen atom is made to impart an electron density to the Fe-center metal, which ultimately can improve the ORR activity.

KR10-2012-0010960 AKR10-2012-0010960A

본 발명의 구현예들에서는 촉매 활성이 우수하며, 장기 안정성을 보이는 암모니아 탈수소용 촉매를 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention provide a catalyst for ammonia dehydrogenation which is excellent in catalytic activity and exhibits long-term stability.

본 발명의 다른 구현예들에서는 경제적인 비용으로 대량생산을 할 수 있는 암모니아 탈수소용 촉매의 제조 방법을 제공하고자 한다.Other embodiments of the present invention provide a process for preparing a catalyst for ammonia dehydration which can be mass-produced at an economical cost.

본 발명의 또 다른 구현예들에서는 상기 암모니아 탈수소용 촉매를 이용하여 암모니아로부터 수소를 생산하는 방법으로서, 높은 암모니아 전환율을 보이는 수소를 생산하는 방법을 제공하고자 한다.In another embodiment of the present invention, there is provided a method for producing hydrogen from ammonia using the catalyst for ammonia dehydration, wherein the method produces hydrogen having a high ammonia conversion.

본 발명의 일구현예에서, 암모니아 탈수소용 촉매로서, 루테늄(Ru), 질소(N) 및 탄소(C)를 포함하고, 상기 루테늄(Ru)과 탄소(C)의 결합, 상기 루테늄(Ru)과 질소(N)의 결합 및 상기 질소(N)와 탄소(C)의 결합을 포함하는 암모니아 탈수소용 촉매가 제공된다. In one embodiment of the present invention, the catalyst for ammonia dehydrogenation comprises ruthenium (Ru), nitrogen (N) and carbon (C), wherein the ruthenium (Ru) And nitrogen (N), and a combination of nitrogen (N) and carbon (C).

예시적인 구현예에서, 상기 암모니아 탈수소용 촉매는 상기 암모니아 탈수소용 촉매 전체 중량에 대해 상기 원소 비율로서 상기 루테늄(Ru) 0.1 내지 20 중량부, 상기 질소(N) 0 내지 63 중량부 및 상기 탄소(C) 0.01 내지 100 중량부를 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the catalyst for ammonia dehydrogenation comprises 0.1 to 20 parts by weight of the ruthenium (Ru), 0 to 63 parts by weight of the nitrogen (N), and the carbon ( C) 0.01 to 100 parts by weight.

예시적인 구현예에서, 상기 질소(N)는 상기 탄소(C) 및 상기 루테늄(Ru)에 도핑되어 있을 수 있다.In an exemplary embodiment, the nitrogen (N) may be doped to the carbon (C) and the ruthenium (Ru).

예시적인 구현예에서, 상기 질소(N)는 상기 루테늄(Ru)의 전자 밀도를 향상시키는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the nitrogen (N) may enhance the electron density of the ruthenium (Ru).

예시적인 구현예에서, 450 내지 570℃ 범위의 온도에서 50 내지 99.9% 범위의 암모니아 변환율을 나타낼 수 있다.In an exemplary embodiment, the ammonia conversion can range from 50 to 99.9% at a temperature ranging from 450 to 570 占 폚.

예시적인 구현예에서, 500 내지 550℃ 범위의 온도에서 95 내지 99.9%의 암모니아 변환율을 나타낼 수 있다.In an exemplary embodiment, it may exhibit an ammonia conversion of 95 to 99.9% at a temperature in the range of 500 to 550 占 폚.

본 발명의 다른 구현예에서, 루테늄(Ru) 전구체, 탄소(C) 전구체 및 질소(N) 전구체를 용매 내에서 혼합하여 혼합물을 형성하는 제1단계; 상기 혼합물을 열처리하고 건조시켜 고체 생성물을 형성하는 제2단계; 상기 고체 생성물을 환원하여 루테늄(Ru) 금속, 질소(N) 및 탄소(C)를 포함하는 암모니아 탈수소용 촉매를 형성하는 제3단계를 포함하는 암모니아 탈수소용 촉매의 제조 방법이 제공된다. In another embodiment of the present invention, there is provided a process for preparing a mixture comprising: a first step of mixing a ruthenium (Ru) precursor, a carbon (C) precursor and a nitrogen (N) precursor in a solvent to form a mixture; A second step of heat treating and drying the mixture to form a solid product; And a third step of reducing the solid product to form a catalyst for ammonia dehydration comprising ruthenium (Ru) metal, nitrogen (N) and carbon (C).

예시적인 구현예에서, 상기 루테늄(Ru) 전구체는 루테늄 클로라이드(RuCl3), 루테늄 아세틸아세토네이트(Ru(acac)3), 루테늄(III) 클로라이드 수화물 (RuCl3ㆍxH2O), 루테늄 아이오다이드 (RuI3), 루테늄(IV) 산화물 수화물 (RuO2ㆍxH2O), 루테늄(III) 브로마이드 (RuBr3) 및 헥사암민 루테늄(II) 클로라이드([Ru(NH3)6]Cl2)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the ruthenium (Ru) precursor is selected from ruthenium chloride (RuCl 3 ), ruthenium acetylacetonate (Ru (acac) 3 ), ruthenium (III) chloride hydrate (RuCl 3 .xH 2 O) Id (RuI 3), ruthenium (IV) oxide hydrate (RuO 2 and xH 2 O), ruthenium (III) bromide (RuBr 3), and hexahydro ammin ruthenium (II) chloride ([Ru (NH 3) 6 ] Cl 2) ≪ RTI ID = 0.0 > and / or < / RTI >

예시적인 구현예에서, 상기 탄소(C) 전구체는 카본블랙, 그래핀 산화물, 환원된 그래핀 산화물, 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽의 탄소나노튜브 및 다중벽의 탄소나노튜브로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the carbon (C) precursor is selected from the group consisting of carbon black, graphene oxide, reduced graphene oxide, single wall carbon nanotubes, double wall carbon nanotubes, and multiwalled carbon nanotubes. Or more.

예시적인 구현예에서, 상기 질소(N) 전구체는 디시안아미드(dicyanamide), 디메틸시안아미드(dimethyl cyanamide), 디에틸시안아미드(diethylcyanamide), 벤질(메틸)시안아미드(benzyl(methyl)cyanamide) 및 벤질시안아미드(benzyl cyanmide) 으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the nitrogen (N) precursor is selected from the group consisting of dicyanamide, dimethyl cyanamide, diethylcyanamide, benzyl (methyl) cyanamide, and Benzyl cyanamide, and the like.

예시적인 구현예에서, 상기 제1단계에서, 루테늄(Ru) 이온과 질소(N)의 결합을 포함하는 킬레이트 화합물이 형성되고, 상기 제2단계에서, 상기 탄소(C) 전구체 상에 상기 킬레이트 화합물이 고정될 수 있다.In an exemplary embodiment, in the first step, a chelate compound comprising a bond of ruthenium (Ru) ions and nitrogen (N) is formed, and in the second step, the chelate compound Can be fixed.

예시적인 구현예에서, 상기 제2단계에서, 상기 킬레이트 화합물의 질소(N)는 상기 루테늄(Ru) 이온 간의 응집을 방지하는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, in the second step, the nitrogen (N) of the chelate compound may be one that prevents aggregation of the ruthenium (Ru) ions.

예시적인 구현예에서, 상기 제2단계는 500 내지 550℃ 범위의 온도에서 3 내지 5 시간 동안 진행되는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the second step may be conducted at a temperature in the range of 500 to 550 DEG C for 3 to 5 hours.

예시적인 구현예에서, 상기 제3단계는 450 내지 650℃범위의 온도에서 1 내지 2 시간 동안 진행되는 것일 수 있다.In an exemplary embodiment, the third step may be conducted at a temperature in the range of 450 to 650 ° C for 1 to 2 hours.

본 발명의 또 다른 구현예에서, 상기 암모니아 탈수소용 촉매를 이용한 암모니아로부터 수소를 생산하는 방법이 제공된다.In another embodiment of the present invention, there is provided a process for producing hydrogen from ammonia using the catalyst for ammonia dehydration.

본 발명의 일 구현예에 따른 암모니아 탈수소용 촉매는 촉매 활성이 우수하며, 장기 안정성을 보일 수 있다.The catalyst for ammonia dehydrogenation according to an embodiment of the present invention has excellent catalytic activity and can exhibit long-term stability.

본 발명의 일 구현예에 따른 암모니아 탈수소용 촉매의 제조 방법에 의하면, 경제적인 비용으로 암모니아 탈수소용 촉매를 대량으로 생산할 수 있다.According to the method for producing a catalyst for ammonia dehydration according to an embodiment of the present invention, a large amount of a catalyst for ammonia dehydration can be produced at an economical cost.

본 발명의 일 구현예에 따른 암모니아 탈수소용 촉매를 이용한 암모니아로부터 수소를 생산하는 방법에 따르면, 높은 암모니아 전환율을 보일 수 있으며, 높은 온도 및 오랜 시간 후에도 안정성을 보일 수 있다.According to the method of producing hydrogen from ammonia using the catalyst for ammonia dehydrogenase according to an embodiment of the present invention, high ammonia conversion can be exhibited and stability can be shown even at a high temperature and a long time.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따라 제조된, 암모니아 탈수소용 촉매의 제조 방법을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따라 제조된 암모니아 탈수소용 촉매 및 비교예에 따라 제조된 암모니아 탈수소용 촉매를 비교한 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope: TEM) 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예들에 따라 제조된, 암모니아 탈수소용 촉매의 고각도 고리형 어두운 시야 주사 투과 전자 현미경 (high-angle annular dark-field scanning transmission electron microscopy: HAADF-STEM) 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예들에 따라 제조된, 암모니아 탈수소용 촉매 의 에너지 분산 X선 (energy-dispersive X-ray: EDX) 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예들에 따라 제조된 암모니아 탈수소용 촉매 및 비교예에 따라 제조된 암모니아 탈수소용 촉매의 X선 회절(X-ray diffraction: XRD) 을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예들에 따라 제조된 암모니아 탈수소용 촉매 및 비교예에 따라 제조된 암모니아 탈수소용 촉매의 열 중량 분석(thermogravimetric analysis: TGA) 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예들에 따라 제조된 암모니아 탈수소용 촉매의 (X-ray photoelectron spectroscopy: XPS) 측정 결과를 나타내는 그래프이다(C1s: (a), Ru3p :(b)).
도 8은 본 발명의 일 구현예들에 따라 제조된 암모니아 탈수소용 촉매 및 비교예에 따라 제조된 암모니아 탈수소용 촉매의 XPS 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 구현예들에 따라 제조된, 암모니아 탈수소용 촉매의 XPS 측정 결과를 나타내는 그래프이다(C1s: (a), N 1s(b), Ru3p :(c)).
도 10은 본 발명의 일 구현예들의 따라 제조된 암모니아 탈수소용 촉매 및 비교예에 따라 제조된 암모니아 탈수소용 촉매의 온도에 따른 암모니아 변환율을 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 구현예들의 따라 제조된 암모니아 탈수소용 촉매를 이용한 탈수소화 반응에서 암모니아의 GHSV(gas hourly space velocity)에 따른 암모니아 변환율을 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 구현예들의 따라 제조된 암모니아 탈수소용 촉매의 암모니아 탈수소화반응에 대한 장기 안정성을 실험한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 구현예들의 따라 제조된 암모니아 탈수소용 촉매 및 비교예에 따라 제조된 암모니아 탈수소용 촉매의 장기 안정성을 실험한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 14는 비교예에 따라 제조된 암모니아 탈수소용 촉매의 암모니아 탈수소 반응 후 HAADF-STEM 사진이다.
도 15는 비교예에 따라 제조된 암모니아 탈수소용 촉매의 반응 후 EDX 스펙트럼이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a method for producing a catalyst for ammonia dehydrogenation produced according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 2 is a transmission electron microscope (TEM) image of a catalyst for ammonia dehydration prepared according to an embodiment of the present invention and a catalyst for ammonia dehydration prepared according to a comparative example.
FIG. 3 is a high angle annular dark-field scanning transmission electron microscopy (HAADF-STEM) photograph of a catalyst for ammonia dehydrogenation prepared according to one embodiment of the present invention.
4 is an energy-dispersive X-ray (EDX) graph of a catalyst for ammonia dehydration prepared according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing X-ray diffraction (XRD) of the catalyst for ammonia dehydrogenation prepared according to one embodiment of the present invention and the catalyst for ammonia dehydration prepared according to the comparative example.
6 is a graph showing the results of thermogravimetric analysis (TGA) of the catalyst for ammonia dehydrogenation prepared according to one embodiment of the present invention and the catalyst for ammonia dehydration prepared according to the comparative example.
FIG. 7 is a graph showing the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurement results of the catalyst for ammonia dehydrogenation prepared according to one embodiment of the present invention (C1s: (a), Ru3p: (b)).
FIG. 8 is a graph showing XPS measurement results of the catalyst for ammonia dehydrogenation prepared according to one embodiment of the present invention and the catalyst for ammonia dehydration prepared according to the comparative example.
9 is a graph showing the results of XPS measurement of a catalyst for ammonia dehydrogenation produced according to one embodiment of the present invention (C1s: (a), N1s (b), Ru3p: (c)).
10 is a graph showing the ammonia conversion according to the temperature of the catalyst for ammonia dehydration prepared according to one embodiment of the present invention and the catalyst for ammonia dehydration prepared according to the comparative example.
11 is a graph showing the ammonia conversion according to the gas hourly space velocity (GHSV) of ammonia in a dehydrogenation reaction using a catalyst for ammonia dehydration prepared according to one embodiment of the present invention.
12 is a graph showing the results of an experiment on the long-term stability of ammonia dehydrogenation of a catalyst for ammonia dehydrogenation prepared according to one embodiment of the present invention.
13 is a graph showing the results of an experiment on the long-term stability of the catalyst for ammonia dehydration prepared according to one embodiment of the present invention and the catalyst for ammonia dehydration prepared according to the comparative example.
14 is a HAADF-STEM photograph of the ammonia dehydrogenation catalyst prepared according to Comparative Example after ammonia dehydrogenation reaction.
15 is an EDX spectrum after the reaction of the catalyst for ammonia dehydration prepared according to the comparative example.

본 명세서에서, “Ru-N-C 촉매”란 루테늄(Ru), 질소(N) 및 탄소(C)를 포함하고 있는 촉매로서, 루테늄(Ru)과 탄소 (C)의 결합, 루테늄(Ru)와 질소(N)의 결합 및 질소(N) 와 탄소(C)의 결합을 포함하는 촉매를 의미한다.As used herein, the term "Ru-NC catalyst" refers to a catalyst containing ruthenium (Ru), nitrogen (N), and carbon (C), and includes ruthenium (Ru) (N) and a combination of nitrogen (N) and carbon (C).

본 명세서에서, “Ru-C 촉매”란 루테늄(Ru) 및 탄소(C)를 포함하고 있는 촉매로서, 루테늄(Ru) 및 탄소(C)의 결합을 포함하는 촉매를 의미한다.As used herein, the term " Ru-C catalyst " means a catalyst containing ruthenium (Ru) and carbon (C) and containing a combination of ruthenium (Ru) and carbon (C).

본 명세서에서, “C-N 촉매”란 탄소(C) 및 질소(N)를 포함하고 있는 촉매로서, 질소(N)와 탄소(C)의 결합을 포함하는 촉매를 의미한다.
As used herein, the term " CN catalyst " means a catalyst containing carbon (C) and nitrogen (N), and includes a combination of nitrogen (N) and carbon (C).

이하, 본 발명의 구현예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 구현예들이 첨부된 도면을 참고로 설명되었으나 이는 예시를 위하여 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 적용이 제한되지 않는다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, it is to be understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the present invention.

암모니아 탈수소용 촉매Catalyst for ammonia dehydration

본 발명은 암모니아 탈수소용 촉매로서, 루테늄(Ru), 질소(N) 및 탄소(C)를 포함하며, 상기 루테늄(Ru)과 탄소(C)의 결합, 상기 루테늄(Ru)와 질소(N)의 결합 및 상기 질소(N) 와 탄소(C)의 결합을 포함하는 암모니아 탈수소용 촉매를 제공한다.
The present invention relates to a catalyst for ammonia dehydrogenation which comprises ruthenium (Ru), nitrogen (N) and carbon (C), and is characterized in that the ruthenium (Ru) And a combination of nitrogen (N) and carbon (C). The present invention also provides a catalyst for ammonia dehydrogenation.

예시적인 구현예에서, 상기 암모니아 탈수소용 촉매는 루테늄(Ru) 전구체, 질소(N) 전구체 및 탄소(C) 전구체를 포함하는 혼합물을 열처리하여 얻은 탄화생성물일 수 있다.
In an exemplary embodiment, the catalyst for ammonia dehydration may be a carbonation product obtained by heat treating a mixture comprising a ruthenium (Ru) precursor, a nitrogen (N) precursor and a carbon (C) precursor.

이하, 루테늄(Ru), 질소(N) 및 탄소(C)를 각각 Ru, N 및 C 로 표시하고, 루테늄(Ru) 전구체, 질소(N) 전구체 및 탄소(C) 전구체를 각각 Ru 전구체, N 전구체 및 C 전구체로 표시한다.
(R), nitrogen (N), and carbon (C) are represented by Ru, N, and C, respectively, and the ruthenium (Ru) precursor, Precursor and C precursor.

예시적인 구현예에서, 상기 Ru 전구체는 Ru 이온을 포함하는 유기 화합물 및 무기화합물을 포함하는 그룹에서 선택된 하나 이상일 수 있으며, 구체적으로 루테늄 클로라이드(RuCl3), 루테늄 아세틸아세토네이트(Ru(acac)3), 루테늄(III) 클로라이드 수화물 (RuCl3ㆍxH2O), 루테늄 아이오다이드 (RuI3), 루테늄(IV) 산화물 수화물 (RuO2ㆍxH2O), 루테늄(III) 브로마이드 (RuBr3), 헥사암민 루테늄(II) 클로라이드 ([Ru(NH3)6]Cl2) 등을 포함하는 그룹에서 선택된 하나 이상일 수 있으며, 바람직하게는 상기 Ru 전구체는 루테늄(III) 클로라이드 수화물 또는 루테늄 아세틸아세토네이트(Ru(acac)3) 일 수 있다.
In an exemplary embodiment, the Ru precursor may be at least one selected from the group consisting of an organic compound containing Ru ions and an inorganic compound, and specifically includes ruthenium chloride (RuCl 3 ), ruthenium acetylacetonate (Ru (acac) 3 ), ruthenium (III) chloride hydrate (RuCl 3 and xH 2 O), and ruthenium iodide (RuI 3), ruthenium (IV) oxide hydrate (RuO 2 and xH 2 O), ruthenium (III) bromide (RuBr 3) , And hexammin ruthenium (II) chloride ([Ru (NH 3 ) 6 ] Cl 2 ), and preferably the Ru precursor is at least one selected from the group consisting of ruthenium (III) chloride hydrate or ruthenium acetylacetonate (Ru (acac) 3 ).

예시적인 구현예에서, 상기 N 전구체는 아마이드를 비롯한 C-N 결합을 포함하는 다양한 유기화합물을 포함하는 그룹에서 선택된 하나 이상일 수 있으며, 구체적으로, 예를 들어, 상기 N 전구체는 디시안아미드(dicyanamide), 디메틸시안아미드(dimethyl cyanamide), 디에틸시안아미드(diethylcyanamide), 벤질(메틸)시안아미드(benzyl(methyl)cyanamide), 벤질시안아미드(benzyl cyanmide) 등을 포함하는 그룹에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
In an exemplary embodiment, the N precursor may be at least one selected from the group consisting of various organic compounds including CN bonds, including amides. Specifically, for example, the N precursor may be selected from the group consisting of dicyanamide, And may be at least one selected from the group consisting of dimethyl cyanamide, diethylcyanamide, benzyl (methyl) cyanamide, benzyl cyanamide, and the like.

예시적인 구현예에서, 상기 C 전구체는 카본블랙, 그래핀 산화물, 환원된 그래핀 산화물, 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 등을 포함하는 그룹에서 선택된 하나 이상일 수 있다.In an exemplary embodiment, the C precursor may be at least one selected from the group consisting of carbon black, graphene oxide, reduced graphene oxide, single wall carbon nanotubes, double wall carbon nanotubes, multiwall carbon nanotubes, .

예시적인 구현예에서, 상기 암모니아 탈수소용 촉매는, 상기 암모니아 탈수소용 촉매 전체 중량에 대해 상기 원소 비율로서 상기 Ru 약 0.1 내지 20 중량부, 상기 N 0.01 내지 63 중량부 및 상기 C 0.01 내지 100 중량부를 포함할 수 있다. 또한, 보다 바람직하게는, 상기 Ru 0.5 내지 5 중량부, 상기 N 10 내지 20 중량부 및 상기 C 80 내지 90 중량부를 포함할 수 있다. In an exemplary embodiment, the catalyst for ammonia dehydration comprises about 0.1 to 20 parts by weight of Ru, 0.01 to 63 parts by weight of N, and 0.01 to 100 parts by weight of C, based on the total weight of the catalyst for ammonia dehydration, . More preferably, 0.5 to 5 parts by weight of Ru, 10 to 20 parts by weight of N and 80 to 90 parts by weight of C may be contained.

상기 Ru가 5 중량부 이상인 경우 Ru 금속이 소결될 수 있으며, 상기 N이 20 중량부 이상인 경우 암모니아와 Ru 활성점의 상호작용 자리를 감소시킬 수 있으며, 상기 C가 90 중량부 이상인 경우 암모니아 탈수소화반응의 반응성이 감소할 수 있다. When the Ru content is 5 parts by weight or more, Ru metal can be sintered. When the N content is 20 parts by weight or more, the site of interaction between the ammonia and the Ru active site can be reduced. When the C content is 90 parts by weight or more, The reactivity of the reaction may be reduced.

한편, 상기 Ru가 0.5 중량부 이하인 경우 암모니아 탈수소화반응 속도의 저하를 가져올 수 있으며, 상기 N이 10 중량부 이하인 경우 상호작용의 감소로 인해 반응성 향상 효과가 낮아질 수 있으며, 상기 C가 80 중량부 이하인 경우 표면적의 감소로 인해 반응성이 낮아질 수 있다.
On the other hand, if Ru is less than 0.5 part by weight, ammonia dehydrogenation reaction rate may be lowered. If N is less than 10 parts by weight, the reactivity improving effect may be lowered due to decrease of interaction. , The reactivity may be lowered due to the reduction of the surface area.

예시적인 구현예에서, 상기 C는 촉매 지지체로서 기능할 수 있다. 또한, 상기 촉매 지지체는 중공 구조를 가질 수 있다.
In an exemplary embodiment, C may function as a catalyst support. In addition, the catalyst support may have a hollow structure.

예시적인 구현예에서, 상기 Ru은 N와 결합한 것이고, 상기 N은 C와도 결합한 것 일 수 있다. 즉, 상기 암모니아 탈수소용 촉매는 Ru, N 및 C 가 순차적으로 결합된 Ru-N-C 결합을 포함할 수 있다.
In an exemplary embodiment, Ru is bonded to N, and N may be bonded to C. That is, the catalyst for ammonia dehydration may include a Ru-NC bond in which Ru, N and C are sequentially bonded.

예시적인 구현예에서, 상기 N은 상기 Ru에 전자밀도를 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 암모니아 탈수소용 촉매의 활성을 증가시킬 수 있다.
In an exemplary embodiment, the N may provide an electron density to the Ru. Accordingly, the activity of the catalyst for ammonia dehydration can be increased.

예시적인 구현예에서, 상기 암모니아 탈수소용 촉매는 약 700 내지 1200 m2·g-1의 BET 비표면적 값을 보일 수 있으며, 보다 상세하게는 약 800 m2·g-1 내지 1000 m2·g-1의 BET 비표면적 값을 보일 수 있다.
In an exemplary embodiment, the use of ammonia dehydration catalyst may exhibit a BET specific surface area value of about 700 to 1200 m 2 · g -1, more particularly from about 800 m 2 · g -1 to about 1000 m 2 · g -1 . ≪ / RTI >

예시적인 구현예에서, 상기 암모니아 탈수소용 촉매는 약 95 내지 99.9% 범위의 암모니아 변환율을 보일 수 있다.
In an exemplary embodiment, the ammonia dehydrogenation catalyst may exhibit an ammonia conversion in the range of about 95 to 99.9%.

예시적인 구현예에서, 상기 암모니아 탈수소용 촉매는 약 450 내지 570℃ 범위의 온도에서 50 내지 99.9% 범위의 암모니아 변환율을 보일 수 있으며, 보다 상세하게는 약 500 내지 550℃ 범위의 온도에서 약 95 내지 99.9%의 암모니아 변환율을 보일 수 있다.
In an exemplary embodiment, the catalyst for ammonia dehydration may exhibit an ammonia conversion in the range of from about 50 to about 99.9% at a temperature in the range of from about 450 to about 570 < 0 > C, Ammonia conversion of 99.9%.

본 발명의 일 구현예에 따른 암모니아 탈수소용 촉매의 형성 시 상기 N 전구체는 Ru 전구체를 고정시켜 상기 Ru 전구체 간의 응집을 방지하고, 소결되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 작은 크기의 Ru 입자를 형성할 수 있다. 예시적인 구현예에서, 상기 Ru는 약 1.0 내지 1.5nm의 크기를 가질 수 있으며, 보다 상세하게는 약 1.25 내지 1.35 nm의 크기를 가질 수 있다.
In forming the catalyst for ammonia dehydration according to an embodiment of the present invention, the N precursor fixes the Ru precursor to prevent aggregation between the Ru precursors and prevent sintering. Thus, Ru particles of a small size can be formed. In an exemplary embodiment, the Ru may have a size of about 1.0 to 1.5 nm, and more specifically about 1.25 to 1.35 nm.

또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 암모니아 탈수소용 촉매에서, N은 Ru에 전자를 제공할 수 있다. 구체적으로, 상기 암모니아 탈수소용 촉매 중 Ru의 활성영역에 전자를 제공할 수 있다. 이에 따라, Ru의 활성영역의 전자 밀도가 증가될 수 있어 이를 포함하는 상기 암모니아 탈수소용 촉매의 촉매활성을 향상시킬 수 있으며, 열적 안정성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.
Further, in the catalyst for ammonia dehydration according to an embodiment of the present invention, N may provide electrons to Ru. Specifically, electrons can be provided to the active region of Ru among the catalysts for ammonia dehydrogenation. Accordingly, the electron density of the active region of Ru can be increased, the catalytic activity of the catalyst for ammonia dehydrogenase including the Ru can be improved, and thermal stability and durability can be improved.

Ru-N-C 촉매의 제조 방법Preparation method of Ru-N-C catalyst

본 발명에 따른 루테늄(Ru), 질소(N) 및 탄소(C)를 포함하는 암모니아 탈수소용 촉매는 하기의 제조방법으로 제조되는 것일 수 있다. 즉, 본 발명의 암모니아 탈수소용 촉매의 제조방법은 루테늄(Ru) 전구체, 탄소(C) 전구체 및 질소(N) 전구체를 용매 내에서 혼합하여 혼합물을 형성하는 제1단계; 상기 혼합물을 열처리하고 건조시켜 고체 생성물을 형성하는 제2단계; 및 상기 고체 생성물을 환원하여 암모니아 탈수소용 촉매를 형성하는 제3단계를 포함할 수 있다.The catalyst for ammonia dehydrogenation including ruthenium (Ru), nitrogen (N) and carbon (C) according to the present invention may be prepared by the following process. That is, a method for preparing a catalyst for ammonia dehydration of the present invention comprises a first step of mixing a ruthenium (Ru) precursor, a carbon (C) precursor and a nitrogen (N) precursor in a solvent to form a mixture; A second step of heat treating and drying the mixture to form a solid product; And a third step of reducing the solid product to form a catalyst for ammonia dehydration.

이하, 루테늄(Ru), 질소(N) 및 탄소(C)를 각각 Ru, N 및 C 로 표시하고, 루테늄(Ru) 전구체, 질소(N) 전구체 및 탄소(C) 전구체를 각각 Ru 전구체, N 전구체 및 C 전구체로 표시한다.
(R), nitrogen (N), and carbon (C) are represented by Ru, N, and C, respectively, and the ruthenium (Ru) precursor, Precursor and C precursor.

우선, Ru 전구체, C 전구체 및 N 전구체를 혼합하여 혼합물을 형성한다(제1단계).First, a Ru precursor, a C precursor, and an N precursor are mixed to form a mixture (Step 1).

예시적인 구현예에서, 상기 Ru 전구체는 Ru 이온을 포함하는 유기 화합물 및 무기화합물을 포함하는 그룹에서 선택된 하나 이상일 수 있으며, 구체적으로 루테늄 클로라이드(RuCl3), 루테늄 아세틸아세토네이트(Ru(acac)3), 루테늄(III) 클로라이드 수화물 (RuCl3ㆍxH2O), 루테늄 아이오다이드 (RuI3), 루테늄(IV) 산화물 수화물 (RuO2ㆍxH2O), 루테늄(III) 브로마이드 (RuBr3), 헥사암민 루테늄(II) 클로라이드 ([Ru(NH3)6]Cl2) 등을 포함하는 그룹에서 선택된 하나 이상일 수 있으며, 바람직하게는 상기 Ru 전구체는 루테늄(III) 클로라이드 수화물 혹은 루테늄 아세틸아세토네이트(Ru(acac)3)일 수 있다.In an exemplary embodiment, the Ru precursor may be at least one selected from the group consisting of an organic compound containing Ru ions and an inorganic compound, and specifically includes ruthenium chloride (RuCl 3 ), ruthenium acetylacetonate (Ru (acac) 3 ), ruthenium (III) chloride hydrate (RuCl 3 and xH 2 O), and ruthenium iodide (RuI 3), ruthenium (IV) oxide hydrate (RuO 2 and xH 2 O), ruthenium (III) bromide (RuBr 3) , And hexammin ruthenium (II) chloride ([Ru (NH 3 ) 6 ] Cl 2 ), and preferably the Ru precursor is at least one selected from the group consisting of ruthenium (III) chloride hydrate or ruthenium acetylacetonate (Ru (acac) 3 ).

예시적인 구현예에서, 상기 N 전구체는 아마이드를 비롯한 탄소(C) 와 질소(N)과의 결합(이하, C-N 결합)을 포함하는 다양한 유기화합물을 포함하는 그룹에서 선택된 하나 이상일 수 있으며, 예를 들어, 상기 N 전구체는 디시안아미드(dicyanamide), 디메틸시안아미드(dimethyl cyanamide), 디에틸시안아미드(diethylcyanamide), 벤질(메틸)시안아미드(benzyl(methyl)cyanamide), 벤질시안아미드(benzyl cyanmide) 등을 포함하는 그룹에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
In an exemplary embodiment, the N precursor may be at least one selected from the group consisting of various organic compounds including amide and a bond of carbon (C) with nitrogen (N) (hereinafter, CN bond) For example, the N precursor may be selected from the group consisting of dicyanamide, dimethyl cyanamide, diethylcyanamide, benzyl (methyl) cyanamide, benzyl cyanamide, And the like.

예시적인 구현예에서, 상기 C 전구체는 카본블랙, 그래핀 산화물, 환원된 그래핀 산화물, 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 등을 포함하는 그룹에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
In an exemplary embodiment, the C precursor may be at least one selected from the group consisting of carbon black, graphene oxide, reduced graphene oxide, single wall carbon nanotubes, double wall carbon nanotubes, multiwall carbon nanotubes, .

예시적인 구현예에서, 상기 혼합물은 극성 용매 내에서 형성될 수 있으며, 구체적으로 물, 테트로하이드라퓨란(tetrahydrofuran, THF), 다이메틸설폭사이드(Dimethyl?sulfoxide, DMSO), 디메틸포름아미드(Dimethylformamide, DMF) 등과 같은 높은 극성을 보이는 용매 내에서 형성될 수 있다.
In an exemplary embodiment, the mixture may be formed in a polar solvent, and specifically includes water, tetrahydrofuran (THF), dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide , DMF), and the like.

예시적인 구현예에서, 상기 Ru 전구체, C 전구체 및 N 전구체는 각각 약 0.5 내지 5 중량부: 80 내지 90 중량부: 10 내지 20 중량부 비율로 포함될 수 있다.In an exemplary embodiment, the Ru precursor, C precursor, and N precursor may each be included in a ratio of about 0.5 to 5 parts by weight: 80 to 90 parts by weight: 10 to 20 parts by weight, respectively.

예시적인 구현예에서 상기 Ru 전구체의 Ru가 5 중량부 이상인 경우 Ru 금속이 소결 될 수 있으며, 상기 N 전구체의 N이 20 중량부 이상인 경우 암모니아와 반응할 수 있는 Ru 활성점의 상호작용 자리를 감소시킬 수 있으며, 상기 C 전구체의 C가 90 중량부 이상인 경우 암모니아 탈수소화반응의 반응성이 감소할 수 있다. In an exemplary embodiment Ru metal can be sintered when Ru of the Ru precursor is greater than or equal to 5 parts by weight and when the N of the N precursor is greater than or equal to 20 parts by weight the interaction site of the Ru active site capable of reacting with ammonia is reduced If the C content of the C precursor is 90 parts by weight or more, the reactivity of the ammonia dehydrogenation reaction may be reduced.

한편, 상기 Ru 전구체의 Ru가 0.5 중량부 이하인 경우 암모니아 탈수소화반응의 속도 저하를 가져올 수 있으며, 상기 N 전구체의 N이 10 중량부 이하인 경우 상호작용의 감소로 인해 암모니아 탈수소화반응의 반응성 향상효과가 낮아질 수 있으며, 상기 C 전구체의 C가 80 중량부 이하인 경우 암모니아 탈수소용 촉매의 표면적의 감소로 인해 암모니아 탈수소화반응의 반응성이 낮아질 수 있다.
On the other hand, if Ru of the Ru precursor is less than 0.5 part by weight, the rate of ammonia dehydrogenation reaction may decrease. If N of the N precursor is less than 10 parts by weight, the reactivity of the ammonia dehydrogenation reaction And if C of the C precursor is 80 parts by weight or less, the reactivity of the ammonia dehydrogenation reaction may be lowered due to a decrease in the surface area of the catalyst for ammonia dehydration.

예시적인 구현예에서, 상기 혼합물 내에서, 상기 Ru 전구체 및 C 전구체가 반응하여 Ru 이온과 C의 결합을 포함하는 Ru-C 전구체를 형성할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 혼합물 내에서 상기 Ru 전구체 및 N 전구체가 반응하여 Ru 이온과 N의 결합을 포함하는 Ru-N 전구체를 형성할 수 있다. 또한, 이때 Ru 이온에 하나 이상의 C 및/또는 N이 결합하여 상기 Ru-C 전구체 또는 Ru-N 전구체가 형성될 수 있다. 상기 Ru-C 전구체 및 Ru-N 전구체가 형성됨에 따라, 상기 혼합물은 Ru 이온의 킬레이트 (chelated) 화합물을 포함하도록 형성될 수 있다.
In an exemplary embodiment, within the mixture, the Ru precursor and C precursor can react to form a Ru-C precursor that includes a combination of Ru ions and C. In addition, within the mixture, the Ru precursor and the N precursor may react to form a Ru-N precursor including a combination of Ru ion and N. Also, at this time, one or more C and / or N may be bonded to the Ru ion to form the Ru-C precursor or Ru-N precursor. As the Ru-C precursor and the Ru-N precursor are formed, the mixture may be formed to include a chelated compound of Ru ion.

이어서, 상기 혼합물을 열처리하고 건조시켜 고체 생성물을 한다(제2단계).
The mixture is then heat treated and dried to give a solid product (second step).

예시적인 구현예에서, 상기 혼합물에 포함되어있는 Ru 이온의 킬레이트 화합물을 열 처리 및 건조시켜 탄소 지지체인 상기 C 전구체 상에 Ru-N 전구체가 고정되어 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 C 전구체 상에 N 전구체의 N이 도핑될 수 있으며, 상기 N과 결합된 Ru 이온이 상기 탄소 지지체 상에서 균일하게 배치될 수 있다. 즉, 상기 제2단계가 수행됨에 따라, N과 C의 결합 및 Ru 이온과 N의 결합을 포함하는 Ru-N-C 전구체들을 포함하는 고체생성물이 형성될 수 있다. 또한, 상기 Ru-N-C 전구체 역시 N과 C의 결합 및 Ru 이온과 N의 결합을 포함하는 Ru-N-C 전구체들을 포함하므로, Ru-N-C 전구체 역시 킬레이트 화합물일 수 있다.In an exemplary embodiment, the Ru-N precursor may be formed by fixing a Ru-N precursor on the C precursor, which is a carbon support, by heat treating and drying the Ru-ion chelate compound contained in the mixture. Accordingly, N of the N precursor may be doped on the C precursor, and Ru ions combined with the N may be uniformly disposed on the carbon support. That is, as the second step is performed, a solid product comprising Ru-N-C precursors including a combination of N and C and a combination of Ru ion and N may be formed. The Ru-N-C precursor also includes Ru-N-C precursors including N and C bonds and Ru ion and N bonds, so that the Ru-N-C precursor may also be a chelate compound.

예시적인 구현예에서, 상기 C 전구체 상에 고정된 상기 Ru-N 전구체의 N으로 인해 상기 Ru-N 전구체의 Ru 이온간의 응집이 억제될 수 있으며, Ru 이온이 탄소 지지체 상에서 균일하게 널리 분산되도록 형성될 수 있다. In an exemplary embodiment, cohesion between the Ru ions of the Ru-N precursor may be inhibited due to N of the Ru-N precursor immobilized on the C precursor, and Ru ions may be formed uniformly and widely dispersed on the carbon support .

예시적인 구현예에서, 상기 제2단계는 500 내지 550℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 500 ℃ 이하의 온도에서 수행되는 경우, 상기 Ru 이온, N 및 C간의 결합이 약해질 수 있으며550 ℃ 이상 온도에서 수행되는 경우, 최종 생성물인 Ru-N-C 촉매가 쉽게 분해될 수 있다.In an exemplary embodiment, the second step may be performed at a temperature in the range of 500 to 550 < 0 > C. When the reaction is carried out at a temperature of 500 ° C or lower, the bond between the Ru ion, N and C can be weakened, and when the reaction is carried out at a temperature of 550 ° C or higher, the Ru-N-C catalyst as a final product can be easily decomposed.

예시적인 구현예에서, 상기 제2단계는 3 내지 5 시간 동안 진행될 수 있다. 3시간 이하로 수행하는 경우, Ru 이온, N 및 C원소간의 결합이 충분히 강하게 형성되지 않을 수 있으며, 5시간 이상 온도에서 수행되는 경우, 최종생성물인 Ru-N-C 촉매가 분해될 수 있다.
In an exemplary embodiment, the second step may be carried out for 3 to 5 hours. If the reaction is conducted for 3 hours or less, the bond between the Ru ion, N and C elements may not be formed sufficiently strong, and if the reaction is carried out at a temperature of 5 hours or more, the Ru-NC catalyst as a final product may be decomposed.

이후, 상기 고체 생성물을 환원하여 암모니아 탈수소용 촉매를 형성할 수 있다(제3단계).Thereafter, the solid product may be reduced to form a catalyst for ammonia dehydration (Step 3).

구체적으로, 상기 고체 생성물이 Ru이온의 킬레이트 화합물인 Ru-N-C 전구체를 불활성 분위기에서 환원하여 Ru 금속, N 및 C를 포함하는 암모니아 탈수소용 촉매(즉, Ru-N-C 촉매)를 형성할 수 있다. Specifically, the Ru-N-C precursor, which is a chelate compound of Ru ions, can be reduced in an inert atmosphere to form Ru metal, a catalyst for ammonia dehydrogenation including N and C (i.e. Ru-N-C catalyst).

예시적인 구현예에서, 상기 암모니아 탈수소용 촉매는 Ru 금속 및 N의 결합 및 N과 C의 결합을 포함할 수 있다. 또한, Ru 금속 및 C의 결합을 더 포함할 수도 있다.In an exemplary embodiment, the catalyst for ammonia dehydration may comprise a combination of a Ru metal and N and a combination of N and C. In addition, it may further include a bond of a Ru metal and C.

예시적인 구현예에서, 상기 고체 생성물의 환원을 위해 H2 가스 등이 주입될 수 있으며, 불활성 분위기를 조성하기 위해 N2 가스 등이 주입될 수 있다.In an exemplary embodiment, H 2 gas or the like may be injected to reduce the solid product, and N 2 gas or the like may be injected to form an inert atmosphere.

예시적인 구현예에서, 상기 제3단계는 450 내지 650 ℃범위의 온도에서 수행될 수 있다. 450℃ 이하에서 수행되는 경우 Ru이온의 충분한 환원이 이루어지지 않을 수 있으며, 650 ℃ 이상에서 수행되는 경우 환원된 Ru 금속이 소결 될 수 있다.In an exemplary embodiment, the third step may be performed at a temperature in the range of 450 to 650 < 0 > C. When performed at 450 캜 or below, sufficient reduction of Ru ions may not be achieved, and when performed at 650 캜 or higher, reduced Ru metal may be sintered.

예시적인 구현예에서, 상기 제3단계는 약 1 내지 2 시간 동안 진행될 수 있다. 1시간 이하로 수행되는 경우 Ru 이온이 충분히 환원되지 않을 수 있으며, 2시간 이상으로 수행되는 경우 Ru 금속이 소결될 수 있다.
In an exemplary embodiment, the third step may be conducted for about 1 to 2 hours. Ru ions may not be sufficiently reduced when carried out for 1 hour or less, and Ru metal may be sintered for 2 hours or more.

이와 같이, 본 발명의 일 구현예에 따른 Ru 금속, C 및 N을 포함하는 암모니아 탈수소용 촉매는 Ru 전구체, C 전구체 및 N 전구체를 혼합하여 혼합물을 형성하는 제1단계; 상기 혼합물을 열처리하고 건조시켜 고체 생성물을 형성하는 제2단계; 및 상기 고체 생성물을 환원하여 Ru 금속, C 및 N을 포함하는 암모니아 탈수소용 촉매를 제조하는 제3단계;를 포함하는 제조 방법을 통해 제조될 수 있다.
As described above, the catalyst for ammonia dehydrogenation including Ru metal, C and N according to an embodiment of the present invention includes a first step of mixing a Ru precursor, C precursor and N precursor to form a mixture; A second step of heat treating and drying the mixture to form a solid product; And a third step of reducing the solid product to prepare a catalyst for ammonia dehydrogenation including Ru metal, C and N. [

하지만, 이와 달리, Ru 금속 및 C를 포함하는 촉매를 형성한 후, 암모니아를 이용한 탈수소화반응을 수행하며 상기 Ru 및 C에 암모니아의 탈수소화반응으로부터 발생한 N을 도핑시켜 Ru 금속, C 및 N을 포함하는 암모니아 탈수소용 촉매를 형성할 수도 있다.Alternatively, after forming a catalyst containing Ru metal and C, dehydrogenation reaction using ammonia is performed, and N generated from the dehydrogenation reaction of ammonia with Ru and C is doped to form Ru metal, C and N The catalyst for ammonia dehydrogenation may be formed.

일반적으로, Ru 전구체, N 전구체, C 전구체 등은 저가로 구입할 수 있다. 이에 따라, 상기 Ru 전구체, N 전구체, C 전구체 등을 이용하여, Ru 금속, C 및 N을 포함하는 암모니아 탈수소용 촉매를 형성하는 경우, 경제적인 비용으로 암모니아 탈수소용 촉매를 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 대량으로 생산할 수 있다. 이에 따라, 공정의 생산 단가를 낮출 수 있다.
In general, Ru precursors, N precursors, and C precursors can be purchased at low cost. Accordingly, when a catalyst for ammonia dehydration containing Ru metal, C and N is formed using the Ru precursor, N precursor, C precursor, or the like, it is possible to produce a catalyst for ammonia dehydration at an economical cost, It can be produced in large quantities. Thus, the production unit cost of the process can be reduced.

이하, 본 발명의 구현예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 구현예들이 첨부된 도면을 참고로 설명되었으나 이는 예시를 위하여 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 적용이 제한되지 않는다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, it is to be understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the present invention.

실시예Example

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예들에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are only for illustrating the present invention and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these embodiments.

실시예 1(Ru-N-C 촉매)Example 1 (Ru-N-C catalyst)

RuCl3XH20(Sigma-Aldrich사) 0.25g, 카본 블랙(Ketjen 사) 1.0g 및 디아신아미드(Sigma-Aldrich사) 1.0g을 정제된 물 50mL와 혼합하였다. 이후, 100℃에서 4시간 동안 열을 가하고 격렬하게 교반시켜 물을 증발시켜 상기 혼합물의 건조를 완료시킨 후 검은색 고체를 형성하였다. 이후, 상기 검은색 고체를 갈아 N2 분위기 하에 550℃에서 4시간 동안 열분해하여 검은색 분말의 최종생성물인, Ru-N-C 촉매를 수득하였다. 0.25 g of RuCl 3 XH 2 O (Sigma-Aldrich), 1.0 g of carbon black (Ketjen) and 1.0 g of diacinamide (Sigma-Aldrich) were mixed with 50 ml of purified water. Thereafter, heat was applied at 100 DEG C for 4 hours and vigorously stirred to evaporate the water to complete the drying of the mixture to form a black solid. Thereafter, the black solid was ground and pyrolyzed at 550 ° C for 4 hours under N 2 atmosphere to obtain Ru-NC catalyst, which is the final product of black powder.

이때, Ru-N-C 촉매 내에서 Ru의 양은 약 0.97 wt% 이었다. 상기, Ru 함량은 유도 결합 플라즈마 광 방출 분광법 (ICP-OES)을 사용하여 측정되었다.
At this time, the amount of Ru in the Ru-NC catalyst was about 0.97 wt%. The Ru content was measured using an inductively coupled plasma photo emission spectrometry (ICP-OES).

비교예 1(Ru-C 촉매) 및 2(C-N 촉매)Comparative Example 1 (Ru-C catalyst) and 2 (C-N catalyst)

실시예 1에서, 디아신아미드를 사용하지 않는 것 이외의 동일한 조건으로 실험하여, 비교예 1에 따른 Ru-C 촉매를 합성하였다. 이때, Ru-C 촉매 내에서 Ru의 양은 약 0.86 wt% 였다.In Example 1, the Ru-C catalyst of Comparative Example 1 was synthesized by conducting experiments under the same conditions except that the diacinamide was not used. At this time, the amount of Ru in the Ru-C catalyst was about 0.86 wt%.

또한, 실시예 1에서, RuCl3XH20 사용하지 않는 것 이외의 동일한 조건으로 실험하여 비교예 2에 따른 C-N 촉매를 합성하였다.
Further, in Example 1, CN catalyst according to Comparative Example 2 was synthesized by conducting experiments under the same conditions except that RuCl 3 XH 2 O was not used.

실시예 1 및 비교예 1 및 2에 따른 촉매를 이용한 암모니아 탈수소화 실험Experiments on ammonia dehydrogenation using catalysts according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2

실시예 1 및 비교예 1 및 2에 따른 촉매의 성능은 수지 고정층 석영 반응기(fixed-bed quartz reactor)를 사용하여, 대기압에서 10%의 NH3/N2를 37.2mL·min-1의 유속으로 흘러 측정하였다. The performance of the catalyst according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 was measured using a fixed-bed quartz reactor at a flow rate of 37.2 mL min -1 at 10% NH 3 / N 2 at atmospheric pressure Respectively.

구체적으로, 촉매(0.1 g, 0.05g, 0.03g, 0.01g; 100?150 μm)를 반응기에 고정시킨 후, 550°C에서 1시간 동안 50%의 H2/N2를 30 mL·min-1의 유속으로 흘려 환원시켰다. 이후, 상기 환원된 촉매를 N2를 이용하여 1시간 동안 세척하였다. 이후, NH3 탈수소화 반응을 수행하였다. 각 실험에서의 배출 가스의 조성은 온라인 가스 Porapak Q 충전칼럼과 분자체 캐필러리칼럼(Molecular sieve capillary columns)을 구비한 온라인 크로마토그래프(Agilent 7890A) 및 열전도 측정기(thermal conductivity detector; TCD)에 의해서 검출되었다. 미반응 NH3의 양은 가변 다이오드 레이저 암모니아 가스 분석기(Model Airwell+7, KINSCO Technology)를 사용하여 분석하였다. 촉매의 활성도는 암모니아의 GHSV 및 온도의 함수로 모니터링 하여 관측되었다.
Specifically, the catalyst (? 0.1 g, 0.05g, 0.03g , 0.01g; 100 150 μm) were fixed in the reactor, the H 2 / N 2 and 50% for one hour at 550 ° C 30 mL · min - 1 < / RTI > Thereafter, the reduced catalyst was washed with N 2 for 1 hour. NH 3 dehydrogenation reaction was then carried out. The composition of the exhaust gases in each experiment was determined by an on-line chromatograph (Agilent 7890A) equipped with an online gas Porapak Q packed column and molecular sieve capillary columns and a thermal conductivity detector (TCD) Respectively. The amount of unreacted NH 3 was analyzed using a variable diode laser ammonia gas analyzer (Model Airwell + 7, KINSCO Technology). The activity of the catalyst was monitored by monitoring as a function of GHSV and temperature of ammonia.

실험예 1: 각 촉매의 구성 및 구조 확인Experimental Example 1: Identification of structure and structure of each catalyst

실시예 1에 따라 제조된 Ru-N-C 촉매 및 비교예 1에 따라 제조된 Ru-C 촉매를 측정하여 도 2 내지 5 및 표 1에 나타내었다.The Ru-N-C catalyst prepared according to Example 1 and the Ru-C catalyst prepared according to Comparative Example 1 were measured and shown in FIGS. 2 to 5 and Table 1.

촉매의 종류Types of catalyst BET 표면적
(m2·g-1)
BET surface area
(m 2 · g -1 )
기공 크기
(nm)
Pore size
(nm)
기공 부피
(cm3·g-1)
Pore volume
(cm 3 · g -1 )
Ru-N-C 촉매Ru-N-C catalyst 898898 4.74.7 1.051.05 Ru-C 촉매Ru-C catalyst 1,1101,110 5.45.4 1.571.57

도 2는 실시예 1에 따라 제조된 Ru-N-C 촉매 및 비교예 1에 따라 제조된 Ru-C 촉매의 TEM 사진들이다. 도 3은 실시예 1에 따라 제조된 Ru-N-C 촉매의 HAADF-STEM 사진들이다. 도 4는 실시예 1에 따라 제조된 Ru-N-C 촉매의 EDX 그래프이다. 도 5는 실시예 1에 따라 제조된 Ru-N-C 촉매 및 비교예 1에 따라 제조된 Ru-C 촉매의 XRD 그래프이다.2 is TEM photographs of Ru-N-C catalyst prepared according to Example 1 and Ru-C catalyst prepared according to Comparative Example 1. FIG. 3 is a HAADF-STEM photograph of the Ru-N-C catalyst prepared according to Example 1. Fig. 4 is an EDX graph of a Ru-N-C catalyst prepared according to Example 1. FIG. 5 is an XRD graph of Ru-N-C catalyst prepared according to Example 1 and Ru-C catalyst prepared according to Comparative Example 1. FIG.

도 2를 살펴보면, Ru-N-C 촉매는 희생 템플릿이 없어도 중공 흑연 구조가 형성됨을 확인할 수 있었으며, 이는 다양한 템플렛을 통한 다양한 공정 단계를 요구하지 않으므로 화학 물질 감소에 유용함을 확인할 수 있었다. 2, it was confirmed that the Ru-N-C catalyst formed a hollow graphite structure even without a sacrificial template, which is useful for reducing chemical substances because it does not require various process steps through various templates.

한편, Ru-C 촉매도 중공 구조가 형성됨을 확인할 수 있었으나, Ru가 약 20nm의 크기로 뭉쳐있는 것을 확인할 수 있었다. 이로부터, 질소를 함유하는 전구체인 시안아미드는 열분해 중에 Ru를 균일하게 분산시키는데 용이한 것임을 확인할 수 있었다. 또한, 이로부터 Fe가 중공 탄소나노구조의 형성을 촉진시키는 것과 같이 Ru 역시 탄소 및/또는 질소를 포함하는 전구체의 열분해 공정 중에 중공구조의 N-도핑된 탄소 나노 구조물의 형성을 촉진하는 것을 확인할 수 있었다.On the other hand, it was confirmed that the Ru-C catalyst also had a hollow structure, but it was confirmed that Ru was aggregated to a size of about 20 nm. From this, it was confirmed that cyanamide, which is a precursor containing nitrogen, is easy to uniformly disperse Ru during thermal decomposition. Also, it can be seen from this that Fe promotes the formation of hollow carbon nanostructures, and Ru also promotes the formation of hollow N-doped carbon nanostructures during the pyrolysis process of precursors containing carbon and / or nitrogen there was.

또한, 도 2 내지 도 4를 살펴보면 Ru, C 및 N이 촉매에서 널리 분산되어 있는 것을 확인할 수 있었으며, 도 5를 살펴보면, Ru-N-C 및 Ru-C 촉매가 25.2°을 중심으로 넓은 피크를 나타내는 것을 확인할 수 있었는데 이는 탄소 구체의 비정질 특성으로부터 기인된 것으로 판단된다. 2 to 4, it was confirmed that Ru, C and N were widely dispersed in the catalyst. Referring to FIG. 5, it can be seen that the Ru-NC and Ru-C catalysts exhibit a broad peak around 25.2 ° Which is attributed to the amorphous nature of the carbon sphere.

Ru 금속에 대응되는 42.2°을 중심으로 하는 넓은 피크 영역은 Ru-N-C 촉매의 EDX 결과에서 도출되었는데, (도4 참조), Ru 나노입자는 Scherrer equation로 계산하였을 때 1.3nm의 사이즈를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 한편, Ru-C 촉매의 스펙트럼에서는 추가적으로 38.5°, 44.2°, 58.5°, 69.7°, 78.7°, 및 86.3°을 중심으로 하는 날카로운 피크가 형성됨을 확인할 수 있었는데(도 5의 검정색 참조) 이는 Ru 금속 때문인 것으로 확인된다. 또한, Ru-C 촉매에 있어서, Ru 입자의 평균 크기는 Scherrer equation로 계산하였을 때 약 5.1 nm이었으므로, Ru-N-C 촉매에서의 Ru 입자의 크기보다 큰 수치인 것으로 판단된다. 상기 결과들은 TEM을 이용한 관측과 동일한 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.A broad peak region centered at 42.2 ° corresponding to the Ru metal was derived from the EDX results of the Ru-NC catalyst (see FIG. 4), confirming that the Ru nanoparticles had a size of 1.3 nm as calculated by the Scherrer equation I could. On the other hand, in the spectrum of the Ru-C catalyst, it was confirmed that sharp peaks were formed around the centers of 38.5 °, 44.2 °, 58.5 °, 69.7 °, 78.7 ° and 86.3 ° in addition to the Ru (see black in FIG. 5) . In addition, the average size of the Ru particles in the Ru-C catalyst was about 5.1 nm as calculated by Scherrer's equation, and therefore, it is judged to be larger than the size of the Ru particles in the Ru-N-C catalyst. The results were confirmed to be the same as those observed with TEM.

한편, 상기 Ru-N-C 촉매 및 Ru-C 촉매의 외형 특성을 N2 흡착-탈착 등온선으로부터 관측하였다. On the other hand, the external characteristics of the Ru-NC catalyst and the Ru-C catalyst were observed from N 2 adsorption-desorption isotherms.

표 1을 살펴보면, Ru-N-C 촉매의 BET 표면 영역은 898 m2·g- 1으로서, Ru-C 촉매의 BET 표면 영역인 1,110 m2·g-1보다 낮은 값을 보였으며, 또한, Ru-N-C 촉매의 기공 사이즈 및 기공 부피가 약간 작은 값을 보임을 확인할 수 있었다.
Considering table 1, the BET surface area of the NC-Ru catalyst is 898 m 2 · g - a 1, showed a BET surface area of lower than 1,110 m 2 · g -1 of Ru-C catalyst, and, Ru- It was confirmed that the pore size and pore volume of the NC catalyst were slightly small.

실험예 2: 열적 안정성 실험Experimental Example 2: Thermal Stability Experiment

실시예 1에 따라 제조된 Ru-N-C 촉매 및 비교예 1에 따라 제조된 Ru-C 촉매의 열적 안정성을 실험하여 도 6 에 나타내었다.The thermal stability of the Ru-N-C catalyst prepared according to Example 1 and the Ru-C catalyst prepared according to Comparative Example 1 were tested and shown in FIG.

도 6은 본 발명의 일 구현예들에 따라 제조된, 실시예 1에 따라 제조된 Ru-N-C 촉매 및 비교예 1에 따라 제조된 Ru-C 촉매의 TGA 결과를 나타내는 그래프이다. 6 is a graph showing the TGA results of the Ru-N-C catalyst prepared according to Example 1 and the Ru-C catalyst prepared according to Comparative Example 1, prepared according to one embodiment of the present invention.

도 6을 살펴보면, Ru-N-C 촉매는 500℃까지는 안정한 값을 보임을 확인할 수 있었으며, 그 이후로는 급격하게 질량이 감소하는 것으로 확인할 수 있었다(도 6, 빨간색 표시). 상기 도 6에서, 100℃ 이하에서의 미세한 질량 감소는 촉매 표면으로부터 흡착된 물의 탈착에 기인한 것으로 판단되며, 500℃ 이후의 급격한 감소는 C-N 지지 구조의 분해 때문인 것으로 판단된다.6, it was confirmed that the Ru-N-C catalyst showed a stable value up to 500 ° C, and thereafter the mass was abruptly decreased (FIG. 6, red mark). In FIG. 6, it is considered that the decrease of the mass at 100 ° C or less is attributable to the desorption of adsorbed water from the catalyst surface, and the rapid decrease after 500 ° C is considered to be due to the decomposition of the C-N support structure.

한편, Ru-C 촉매의 분해는 약 380℃ 이후에 시작되었다. 온도가 상승될수록 질량이 감소된 것을 확인할 수 있었는데, 이는 중공 탄소 구조의 분해 때문인 것으로 판단된다(도 6의 검정색참조). On the other hand, the decomposition of Ru-C catalyst started after about 380 ° C. It can be seen that as the temperature is raised, the mass is reduced, which is believed to be due to the decomposition of the hollow carbon structure (see black in FIG. 6).

이에 따라, 도핑된 N은 촉매의 열안정성을 증가시키는 것을 확인할 수 있었으며, 이에 따라, Ru-N-C 촉매에서 N은 촉매 활성에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
Thus, it was confirmed that the doped N increased the thermal stability of the catalyst, and thus it is considered that N can contribute to the catalytic activity in the Ru-NC catalyst.

실험예 3: 전자 밀도 확인 실험Experimental Example 3: Confirmation experiment of electron density

실시예 1에 따라 제조된 Ru-N-C 촉매 및 비교예 1에 따라 제조된 Ru-C 촉매 내에서의 원소들의 전자 상태를 확인하기 위해 이들을 각각 XPS를 이용해 측정하여 도 7 내지 9 에 나타내었다.In order to confirm the electronic states of the elements in the Ru-N-C catalyst prepared according to Example 1 and the Ru-C catalyst prepared according to Comparative Example 1, they were respectively measured by XPS and shown in FIGS.

도 7은 실시예 1에 따라 제조된 Ru-C 촉매의 XPS 측정 결과를 나타내는 그래프(C1s: (a), Ru3p :(b))이며, 도 8은 상기 Ru-C 촉매 및 Ru-N-C 촉매의 XPS 측정 결과를 나타내는 그래프이며, 도 9는 실시예 1에 따라 제조된, Ru-N-C 촉매의 XPS 측정 결과를 나타내는 그래프(C1s: (a), N 1s(b), Ru3p :(c))이다
7 is a graph (C1s: (a), Ru3p: (b)) showing the results of XPS measurement of the Ru-C catalyst prepared according to Example 1 and FIG. 8 is a graph 9 is a graph (C1s: (a), N1s (b), Ru3p: (c)) showing the XPS measurement result of the Ru-NC catalyst prepared according to Example 1

Ru-C 촉매의 디콘볼류션된(deconvoluted) C 1s XPS 스펙트럼은 284.6 eV를 중심으로 좁은 Sp2 흑연 피크를 보였다. C-O 결합에 대한 추가적인 피크는 284?290 eV에서 확인되었으며, 이는 아마도 이용된 전구체로부터 흡착된 산소에 기인한 것으로 판단된다. Ru-C 촉매의 디콘볼류션된 스펙트럼에서 Ru 3p 는 463.3 eV를 중심으로 주된 피크를 보임을 확인할 수 있었고, 이는 RuO2로부터 기인하는 것으로 판단된다. 이밖에, 도 8을 참조하면, 466.1 eV 피크는 RuO2·xH2O인 것으로 판단되고, Ru-C 촉매의 Ru 3d 스펙트럼은 281.2 eV을 중심으로 단일 피크를 보임을 확인할 수 있었다The deconvoluted C 1s XPS spectrum of the Ru-C catalyst showed a narrow Sp2 graphite peak centered at 284.6 eV. An additional peak for the CO bond was identified at 284? 290 eV, presumably due to adsorbed oxygen from the precursor used. In the deconvoluted spectrum of the Ru-C catalyst, it was confirmed that Ru 3p showed a dominant peak around 463.3 eV, which is attributed to RuO 2 . In addition, referring to FIG. 8, it was confirmed that the 466.1 eV peak was RuO 2 .xH 2 O, and that the Ru 3d catalyst showed a single peak around 281.2 eV

한편, Ru-N-C 촉매의 XPS 스펙트럼에서, 좁은 SP2 탄소 피크가 284.6 ev를 중심으로 확인되었으며, C-O 결합에 대한 추가적인 피크는 284 내지 290 eV에서 확인되었다. 하지만, 이는 Ru-C 촉매와 상이하게, C(sp2)-N 및 C(sp3)-N 으로부터 기인하는 것으로 판단되며, 이는 질소 원자들은 열분해에 의해 흑연 구조에 도입된 것으로 판단된다. On the other hand, in the XPS spectrum of the Ru-N-C catalyst, a narrow SP2 carbon peak was identified centered at 284.6 ev, and an additional peak for C-O bond was identified at 284 to 290 eV. However, it is judged that this is due to C (sp2) -N and C (sp3) -N, which is different from the Ru-C catalyst, and it is judged that nitrogen atoms are introduced into the graphite structure by pyrolysis.

또한, 도 9를 참조하면, Ru-N-C 촉매는 주된 N 1s 피크를 396 에서 408 ev의 결합 에너지의 범위에서 나타내었으며(도 9b 참조), 피리디닉- 나이트릴-피롤리딘- 및/또는 흑연 등과 유사한 질소(graphitic-like nitrogen species )를 나타내는 것이다. 또한, Ru-N-C 촉매의 Ru 3P XPS 스펙트럼은 462.7 eV을 중심으로 주된 피크를 보였으며(도 9C 참조), 이때, Ru-N-C 촉매의 462.7 eV의 피크는 Ru-C에 비해 낮은 결합을 나타내는 것으로 판단되며, 이는 결합된 질소원자가 Ru 활성 영역에 전자 밀도를 제공하였기 때문인 것으로 판단된다. Ru-N-C 촉매는 또한 466.6 eV에서도 넓은 피크를 보였으며 이는 RuO2·xH2O때문인 것으로 판단된다. 더불어, 도 8의 Ru 3P 스펙트럼에서와 같이, Ru-N-C의 Ru 3d 피크는 Ru-C의 피크(도 8d 참조)보다 다소 감소한 결합에너지(281.0ev) 때문인 것으로 판단되며, 이로부터 Ru-N-C 촉매에서, N으로부터 Ru에 전자를 전달함을 다시 한번 확인할 수 있었다.9, the Ru-NC catalyst showed a predominant N1s peak in the range of binding energies of 396 to 408 eV (see Fig. 9b), and pyridinium-nitrile-pyrrolidine- and / or graphite And a graphitic-like nitrogen species. In addition, the Ru 3 P XPS spectrum of the Ru-NC catalyst showed a predominant peak centered at 462.7 eV (see FIG. 9C), wherein a peak of 462.7 eV of the Ru-NC catalyst exhibited lower binding than Ru-C , Which is believed to be due to the fact that the combined nitrogen source provided electron density in the Ru active region. The Ru-NC catalyst also showed a broad peak at 466.6 eV, which is believed to be due to RuO 2 · xH 2 O. In addition, as in the Ru 3P spectrum of FIG. 8, it is judged that the Ru 3d peak of Ru-NC is due to the binding energy (281.0 eV) slightly lower than the peak of Ru-C (see FIG. 8d) , It was once again confirmed that electrons are transferred from N to Ru.

이에 따라, 비록 Ru-N-C 촉매의 표면 면적은 Ru-C 촉매보다 작아도, 도핑된 질소가 Ru의 전자 밀도를 증가시켜 NH3 탈수소화 반응에서 촉매로서의 Ru-N-C 촉매의 활성 및 내구성을 향상시킴을 확인할 수 있었다.
Thus, although the surface area of the Ru-NC catalyst is smaller than that of the Ru-C catalyst, the doped nitrogen increases the electron density of Ru, thereby improving the activity and durability of the Ru-NC catalyst as a catalyst in the NH 3 dehydrogenation reaction I could confirm.

실험예 4: 온도에 따른 암모니아 변환율 확인 실험Experimental Example 4: Determination of Ammonia Conversion by Temperature

실시예 1에 따라 제조된 Ru-N-C 촉매, 비교예 1에 따라 제조된 Ru-C 촉매 및 비교예 2에 따라 제조된 C-N 촉매를 이용해 각각 암모니아 탈수소화반응을 진행하였다The ammonia dehydrogenation reaction was carried out using the Ru-N-C catalyst prepared according to Example 1, the Ru-C catalyst prepared according to Comparative Example 1, and the C-N catalyst prepared according to Comparative Example 2

이후, 암모니아 탈수소화 반응에 있어서 상기 Ru-N-C 촉매를 사용한 경우의 암모니아 변환율(■), Ru-C 촉매를 사용한 경우의 암모니아 변환율(●) 및 C-N 촉매를 사용한 경우의 암모니아 변환율(▲)을 온도에 대한 함수로써 측정하고 이를 도 10에 나타내었다. 특히, 이중 Ru-N-C 촉매를 사용한 경우의 암모니아 변환율 및 Ru-C 촉매를 사용한 경우의 암모니아 변환율(%)을 표 2에 나타내었다.Thereafter, the ammonia conversion rate (?) In the case of using the Ru-NC catalyst in the ammonia dehydrogenation reaction, the ammonia conversion rate (?) In the case of using Ru-C catalyst and the ammonia conversion rate And this is shown in FIG. Particularly, Table 2 shows the ammonia conversion ratio when the Ru-N-C catalyst is used and the ammonia conversion ratio (%) when the Ru-C catalyst is used.

온도(℃)Temperature (℃) C-N 촉매C-N catalyst Ru-C 촉매Ru-C catalyst Ru-N-C 촉매Ru-N-C catalyst 475475 0(%)0(%) 0(%)0(%) 24(%)24 (%) 500500 0(%)0(%) 20(%)20 (%) 56(%)56 (%) 550550 0(%)0(%) 68(%)68 (%) 95(%)95 (%)

도 10은 실시예 1에 따라 제조된 Ru-N-C 촉매, 비교예 1에 따라 제조된 Ru-C 촉매 및 C-N 촉매의 온도에 따른 암모니아 변환율을 나타내는 그래프이다. 10 is a graph showing the ammonia conversion rates of Ru-N-C catalyst prepared according to Example 1, Ru-C catalyst prepared according to Comparative Example 1, and C-N catalyst according to temperature.

도 10 및 표 2를 살펴보면, Ru-N-C 촉매를 사용하였을 경우 Ru-C 촉매를 사용한 경우보다 약 475 내지 550℃의 범위의 온도에서 매우 우수한 활성을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 구체적으로, 약 550 ℃에서의 Ru-N-C 촉매를 사용하였을 때는 95%의 암모니아 변환율을 보여, 68% 의 변환율을 보인 Ru-C 촉매보다 매우 우수한 촉매 활성을 보이는 것을 확인할 수 있었으며, 500 ℃에서의 Ru-N-C 촉매를 사용하였을 때는 56%의 암모니아 변환율을 보여 24% 변환율을 보인 Ru-C 촉매 보다 우수한 촉매 활성을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 이때 C-N 촉매는 600℃ 이하의 온도에서 무시할 수 있을 정도의 암모니아 탈수소화 활성을 보이는 것을 확인할 수 있었다.10 and Table 2, it was confirmed that when the Ru-N-C catalyst was used, the Ru-C catalyst exhibited excellent activity at a temperature in the range of about 475 to 550 ° C. Specifically, when Ru-NC catalyst at about 550 ° C was used, it showed 95% ammonia conversion and showed much better catalytic activity than Ru-C catalyst with 68% conversion. When Ru-NC catalyst was used, it showed 56% ammonia conversion and showed better catalytic activity than Ru-C catalyst with 24% conversion. Also, it was confirmed that the C-N catalyst exhibited negligible ammonia dehydrogenation activity at a temperature of 600 ° C or lower.

한편, 표 2에 나타나 있는 바와 같이 Ru-N-C 촉매 및 Ru-C 촉매의 경우, 암모니아 변환율은 온도가 증가할수록 증가하였으며 이는 탈수소화 공정의 흡열 특성 때문인 것으로 판단된다.
On the other hand, as shown in Table 2, in the case of the Ru-NC catalyst and the Ru-C catalyst, the ammonia conversion increased with increasing temperature, which is considered to be due to the endothermic characteristic of the dehydrogenation process.

실험예 5: GHSV에 따른 암모니아 변환율 측정 실험Experimental Example 5: Measurement of Ammonia Conversion Rate According to GHSV

실시예 1에 따라 제조된 Ru-N-C 촉매를 이용해 암모니아가 하기 GHSV (gas hourly space velocity)값을 가지며, 온도가 400℃(■), 450℃(○), 550℃(▲) 및 550℃ (▼)일 때의 암모니아 변환율을 측정하여 도 11 및 표 3에 나타내었다.Using the Ru-NC catalyst prepared according to Example 1, ammonia had the following gas hourly space velocity (GHSV) values, and the temperatures were 400 ° C., 450 ° C., 550 ° C. and 550 ° C. ▼) were measured and shown in FIG. 11 and Table 3.

GHSV(mL·g-1·h-1) GHSV (mL · g -1 · h -1) 400℃400 ° C 450℃450 500℃500 550℃550 ℃ 2,2342,234 00 44.744.7 97.797.7 99.799.7 4,4694,469 00 27.827.8 86.886.8 99.299.2 7,4487,448 00 00 55.955.9 94.594.5 11,17211,172 00 00 31.231.2 81.581.5

도 11은 본 발명의 일 구현예들의 따라 제조된 GHSV 값에 따른 암모니아 변환율을 나타내는 그래프이다.11 is a graph showing the ammonia conversion according to GHSV values prepared according to one embodiment of the present invention.

도 11 및 표 3을 살펴보면, Ru-N-C 촉매를 이용한 암모니아 변환율은 모든 온도에서 GHSV 값이 증가할수록 감소하였다. 11 and Table 3, the ammonia conversion using Ru-N-C catalyst decreased with increasing GHSV at all temperatures.

구체적으로, 온도가 약 550 ℃이고 GHSV이 약 2,234 mL·g-1·h-1일 때의 Ru-N-C 촉매의 암모니아 변환율 (>99%)과 비교하여, GHSV이 약 7,448 mL·g-1·h-1일 때, 암모니아 변환율은 약 94.5%로 소량 감소하였다. 이때, 550 ℃ 에서 GHSV을 11,172 mL·g-1·h-1로 더 증가 시키는 경우 Ru-N-C 촉매는 그래도 81.5%의 우수한 암모니아 변환율을 보이는 것을 확인할 수 있었다. Specifically, about 550 ℃ temperature and GHSV of about 2,234 mL · g -1 · h -1 and compared with the ammonia conversion rate (> 99%) of the Ru-catalyst when the NC, GHSV of about 7,448 mL · g -1 · H -1 , the ammonia conversion was reduced to about 94.5%. At this time, when the GHSV was further increased to 11,172 mL · g -1 · h -1 at 550 ° C., it was confirmed that the Ru-NC catalyst still showed an excellent ammonia conversion of 81.5%.

하지만, 약 450 ℃ 및 500 ℃에서는, Ru-N-C 촉매를 사용하였을 때 GHSV이 증가함에 따라 NH3 변환율이 뚜렷하게 감소하는 것을 확인할 수 있었다.However, at about 450 ° C and 500 ° C, it was confirmed that the NH 3 conversion was remarkably decreased with the increase of GHSV when Ru-NC catalyst was used.

구체적으로, 450℃에서 GHSV이 2,234 mL·g-1·h-1일 때의 Ru-N-C 촉매의 암모니아 변환율은 45%로 감소하였으며, 같은 온도에서, GHSV이 7,448 mL·g-1·h-1일 때는 0%로 감소하였다. 마찬가지로, 500℃ 및 2,234 mL·g-1·h-1 의 GHSV이 조건 하에서, Ru-N-C 촉매의 암모니아 변환율(98%)은 GHSV가 11,172 mL·g-1·h-1일 때 약 31%로 감소하였다.Specifically, the GHSV was at 450 ℃ 2,234 mL · g -1 · h -1 ammonia conversion factor of the catalyst when the Ru-NC is reduced to 45% at the same temperature, the GHSV 7,448 mL · g -1 · h - 1 , it decreased to 0%. Similarly, the ammonia conversion (98%) of the Ru-NC catalyst under the conditions of 500 ° C and GHSV of 2,234 mL · g -1 · h -1 was about 31% when GHSV was 11,172 mL · g -1 · h -1 , Respectively.

일반적으로 암모니아의 GHSV가 증가하면 반응물의 체류시간이 짧아져 암모니아의 전환율이 감소된다. 이에 반해 실시예 1에 따라 제조된 Ru-N-C 촉매는 암모니아의 GHSV 값이 높아도 81% 이상의 높은 암모니아 변환율을 보여 성능이 우수함을 확인할 수 있었다.
In general, as the GHSV of ammonia increases, the residence time of the reactants is shortened and the conversion of ammonia decreases. In contrast, the Ru-NC catalyst prepared according to Example 1 exhibited a high ammonia conversion rate of 81% or more even when the GHSV value of ammonia was high, indicating excellent performance.

실험예 6: 탈수소화 반응의 장기적인 안정성 측정 실험Experimental Example 6: Long-term stability measurement of dehydrogenation reaction

실시예 1에 따라 제조된 Ru-N-C 촉매를 이용해 시간에 따른 암모니아 탈수소화반응을 진행하여 도 12에 나타내었다. 이때, Ru-N-C 촉매의 GHSV는 7,448 mL·g-1·h-1을 유지하였으며 온도는 약 550℃를 유지하였다. The ammonia dehydrogenation reaction was carried out over time using the Ru-NC catalyst prepared according to Example 1 and is shown in FIG. At this time, the GHSV of the Ru-NC catalyst was maintained at 7,448 mL · g -1 · h -1 and the temperature was maintained at about 550 ° C.

또한, 실시예 1에 따라 제조된 Ru-N-C 촉매 및 비교예 1에 따라 제조된 Ru-C 촉매를 이용해 시간에 따른 암모니아 탈수소화반응을 진행하여 이에 대한 결과를 도 13에 도시하였다. 이때, 암모니아의 GHSV는 7,448 mL·g-1·h-1을 유지하였으며 온도는 약 550℃를 유지하였다. 상기, 암모니아 탈수소화 반응에 있어서 상기 Ru-N-C 촉매를 사용한 경우의 암모니아 변환율(빨간색) 및 Ru-C 촉매를 사용한 경우의 암모니아 변환율(검정색)을 시간에 대한 함수로써 측정하고 이를 도 13에 나타내었다. The ammonia dehydrogenation reaction was performed over time using Ru-NC catalyst prepared according to Example 1 and Ru-C catalyst prepared according to Comparative Example 1, and the results are shown in FIG. At this time, the GHSV of ammonia was maintained at 7,448 mL · g -1 · h -1 and the temperature was maintained at about 550 ° C. The ammonia conversion (red) in the case of using the Ru-NC catalyst in the ammonia dehydrogenation reaction and the ammonia conversion (black) in the case of using the Ru-C catalyst were measured as a function of time and are shown in FIG. 13 .

또한, 이때 Ru-C 촉매의 HAADF-STEM 및 EDX 스펙트럼을 측정하여 도 14 및 도 15에 도시하였다.
Also, HAADF-STEM and EDX spectra of the Ru-C catalyst were measured and shown in FIGS. 14 and 15. FIG.

도 12를 살펴보면, 약 550℃에서 Ru-N-C 촉매를 이용하였을 때, 초기 암모니아의 변환율은 95%를 보였으나, 약 80시간 후에 88%로 다소 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 12, when the Ru-N-C catalyst was used at about 550 ° C., the conversion rate of the initial ammonia was 95%, but it decreased to 88% after about 80 hours.

또한, 도 13에 나타난 바와 같이 약 500℃에서 Ru-N-C 촉매를 이용하였을 때, 초기 NH3의 변환율은 79%를 보였으나, 약 80시간 후에 61%로 다소 감소하는 것을 확인할 수 있었다.Also, as shown in FIG. 13, when the Ru-NC catalyst was used at about 500 ° C, the conversion rate of the initial NH 3 was 79%, but it decreased to 61% after about 80 hours.

한편, 놀랍게도 동일 조건 하에서, Ru-C 촉매를 사용하였을 때 초기 암모니아의 변환율은 19%의 값을 보이다가, 약 80시간 이후에 35%로 오히려 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 시간이 증가할수록 촉매활성이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이때, 상기 Ru-C 촉매의 활성증가는 NH3가 질소 도핑제로 사용되어 Ru-C의 촉매를 변환시켜 질소가 병합된 Ru-C 촉매(즉, NH3의 탈수소화로 인한 N-도핑에 따라 형성된 Ru-N-C 촉매와 동일)가 형성되기 때문인 것으로 판단된다.
On the other hand, surprisingly, under the same conditions, when the Ru-C catalyst was used, the conversion rate of the initial ammonia showed a value of 19%, and it was confirmed that it increased to 35% after about 80 hours. That is, it was confirmed that as the time increases, the catalyst activity increases. At this point, the active growth of the Ru-C catalyst is used and the NH 3 nitrogen dopant according to the N- doped due to the dehydrogenation of Ru-C catalyst converts the nitrogen is combined of Ru-C catalyst (i.e., NH 3 The same as the Ru-NC catalyst formed) is formed.

도 14는 본 발명의 일 구현예들의 따라 제조된, Ru-C 촉매 NH3의 탈수소화 반응 중 촬영된 HAADF-STEM 사진들이며, 도 15는 본 발명의 일 구현예들의 따라 제조된, Ru-C 촉매의 NH3의 탈수소화 반응 중 측정된 EDX 스펙트럼이다.Figure 14 is a photograph of HAADF-STEM images taken during the dehydrogenation reaction of Ru-C catalyst NH 3 prepared according to one embodiment of the present invention, Figure 15 shows Ru-C And the EDX spectrum measured during dehydrogenation reaction of NH 3 of the catalyst.

도 14 및 도 15를 살펴보면, Ru-C 촉매의 원소를 4가지의 다른 영역에서 무작위로 측정하였을 때, Ru-C 촉매에서 N 원소는 평균 0.82wt%의 양을 보임을 확인할 수 있었다. 이는 NH3의 탈수소화 반응 중 에 Ru-C 촉매로 질소 원소가 결합되기 때문인 것으로 판단되며, 상기 결과로 인해 형성된 Ru-N-C 촉매는 장기 운전하는 연료 전지에 유용함을 확인할 수 있었다.14 and 15, when the element of the Ru-C catalyst was randomly measured in four different regions, it was confirmed that the amount of N element in the Ru-C catalyst showed an average amount of 0.82 wt%. It is considered that this is because the nitrogen element binds to the Ru-C catalyst during the dehydrogenation reaction of NH 3 , and the resultant Ru-NC catalyst is proved to be useful for a long-term operating fuel cell.

Claims (15)

암모니아 탈수소용 촉매로서,
루테늄(Ru), 질소(N) 및 탄소(C)를 포함하고,
상기 루테늄(Ru)과 탄소(C)의 결합, 상기 루테늄(Ru)과 질소(N)의 결합 및 상기 질소(N) 와 탄소(C)의 결합을 포함하는 암모니아 탈수소용 촉매.
As a catalyst for ammonia dehydration,
Ruthenium (Ru), nitrogen (N), and carbon (C)
The catalyst for ammonia dehydration comprising the combination of ruthenium (Ru) with carbon (C), the ruthenium (Ru) with nitrogen (N), and the nitrogen (N) with carbon (C).
제1항에 있어서,
상기 암모니아 탈수소용 촉매는 상기 암모니아 탈수소용 촉매 전체 중량에 대해 원소 비율로서 상기 루테늄(Ru) 0.1 내지 20 중량부, 상기 질소(N) 0.01 내지 63 중량부 및 상기 탄소(C) 0.01 내지 100 중량부를 포함하는 암모니아 탈수소용 촉매.
The method according to claim 1,
The catalyst for ammonia dehydrogenation comprises 0.1 to 20 parts by weight of ruthenium (Ru), 0.01 to 63 parts by weight of nitrogen (N) and 0.01 to 100 parts by weight of carbon (C) as elemental ratios with respect to the total weight of the catalyst for ammonia dehydration Containing ammonia dehydration catalyst.
제1항에 있어서,
상기 질소(N)는 상기 탄소(C) 및 상기 루테늄(Ru)에 도핑되어 있는 암모니아 탈수소용 촉매.
The method according to claim 1,
Wherein the nitrogen (N) is doped in the carbon (C) and the ruthenium (Ru).
제3항에 있어서,
상기 질소(N)는 상기 루테늄(Ru)의 전자 밀도를 향상시키는 것인 암모니아 탈수소용 촉매.
The method of claim 3,
Wherein the nitrogen (N) improves the electron density of the ruthenium (Ru).
제1항에 있어서,
450 내지 570℃ 범위의 온도에서 50 내지 99.9% 범위의 암모니아 변환율을 나타내는 암모니아 탈수소용 촉매.
The method according to claim 1,
A catalyst for ammonia dehydration which exhibits an ammonia conversion in the range of 50 to 99.9% at a temperature in the range of 450 to 570 占 폚.
제5항에 있어서,
500 내지 550℃ 범위의 온도에서 95 내지 99.9%의 암모니아 변환율을 나타내는 암모니아 탈수소용 촉매.
6. The method of claim 5,
A catalyst for ammonia dehydration which exhibits an ammonia conversion of 95 to 99.9% at a temperature in the range of 500 to 550 占 폚.
루테늄(Ru) 전구체, 탄소(C) 전구체 및 질소(N) 전구체를 용매 내에서 혼합하여 혼합물을 형성하는 제1단계;
상기 혼합물을 열처리하고 건조시켜 고체 생성물을 형성하는 제2단계; 및
상기 고체 생성물을 환원하여 루테늄(Ru) 금속, 질소(N) 및 탄소(C)를 포함하는 암모니아 탈수소용 촉매를 형성하는 제3단계;를 포함하는 암모니아 탈수소용 촉매의 제조 방법.
A first step of mixing a ruthenium (Ru) precursor, a carbon (C) precursor and a nitrogen (N) precursor in a solvent to form a mixture;
A second step of heat treating and drying the mixture to form a solid product; And
And a third step of reducing the solid product to form a catalyst for ammonia dehydrogenation including ruthenium (Ru) metal, nitrogen (N), and carbon (C).
제 7항에 있어서,
상기 루테늄(Ru) 전구체는 루테늄 클로라이드(RuCl3), 루테늄 아세틸아세토네이트(Ru(acac)3), 루테늄(III) 클로라이드 수화물 (RuCl3ㆍxH2O), 루테늄 아이오다이드 (RuI3), 루테늄(IV) 산화물 수화물 (RuO2ㆍxH2O), 루테늄(III) 브로마이드 (RuBr3) 및 헥사암민 루테늄(II) 클로라이드([Ru(NH3)6]Cl2)로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 암모니아 탈수소용 촉매의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
The ruthenium (Ru) precursor is ruthenium chloride (RuCl 3), ruthenium acetylacetonate (Ru (acac) 3), ruthenium (III) chloride hydrate (RuCl 3 and xH 2 O), ruthenium iodide (RuI 3), ruthenium (IV) oxide hydrate (RuO 2 and xH 2 O), ruthenium (III) bromide (RuBr 3), and hexahydro ammin ruthenium (II) chloride, one selected from the group consisting of ([Ru (NH 3) 6 ] Cl 2) By weight based on the total weight of the catalyst for ammonia dehydration.
제 7 항에 있어서,
상기 탄소(C) 전구체는 카본블랙, 그래핀 산화물, 환원된 그래핀 산화물, 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽의 탄소나노튜브 및 다중벽의 탄소나노튜브로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 암모니아 탈수소용 촉매의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the carbon (C) precursor is selected from the group consisting of carbon black, graphene oxide, reduced graphene oxide, single wall carbon nanotubes, double wall carbon nanotubes, and multiwalled carbon nanotubes. (2).
제 7항에 있어서,
상기 질소(N) 전구체는 디시안아미드(dicyanamide), 디메틸시안아미드(dimethyl cyanamide), 디에틸시안아미드(diethylcyanamide), 벤질(메틸)시안아미드(benzyl(methyl)cyanamide) 및 벤질시안아미드(benzyl cyanmide) 으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는 암모니아 탈수소용 촉매의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
The nitrogen (N) precursor may be selected from the group consisting of dicyanamide, dimethyl cyanamide, diethylcyanamide, benzyl (methyl) cyanamide, and benzyl cyanamide ). ≪ / RTI > A method for producing a catalyst for ammonia dehydrogenation comprising the steps of:
제 7항에 있어서,
상기 제1단계에서, 루테늄(Ru) 이온과 질소(N)의 결합을 포함하는 킬레이트 화합물이 형성되고,
상기 제2단계에서, 상기 탄소(C) 전구체 상에 상기 킬레이트 화합물이 고정되는 암모니아 탈수소용 촉매의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
In the first step, a chelate compound comprising a bond of ruthenium (Ru) ion and nitrogen (N) is formed,
Wherein the chelate compound is immobilized on the carbon (C) precursor in the second step.
제 11항에 있어서,
상기 제2단계에서, 상기 킬레이트 화합물의 질소(N)는 상기 루테늄(Ru) 이온 간의 응집을 방지하는 것인 암모니아 탈수소용 촉매의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the nitrogen (N) of the chelate compound prevents agglomeration of the ruthenium (Ru) ions in the second step.
제7항에 있어서,
상기 제2단계는 500 내지 550℃ 범위의 온도에서 3 내지 5 시간 동안 진행되는 것인 암모니아 탈수소용 촉매의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the second step is carried out at a temperature in the range of 500 to 550 DEG C for 3 to 5 hours.
제7항에 있어서,
상기 제3단계는 450 내지 650℃범위의 온도에서 1 내지 2 시간 동안 진행되는 것인 암모니아 탈수소용 촉매의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the third step is carried out at a temperature in the range of 450 to 650 ° C for 1 to 2 hours.
제1항에 따른 암모니아 탈수소용 촉매를 이용한 암모니아로부터 수소를 생산하는 방법.A process for producing hydrogen from ammonia using the catalyst for ammonia dehydration according to claim 1.
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KR101781412B1 (en) 2017-09-25

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