KR20170053001A - 수전해 장치용 환원극 촉매 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수전해 장치용 환원극 촉매 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 종래 전이금속 인화물 촉매에 비하여 높은 활성과 안전성을 가지는 수전해 장치용 환원극 촉매 및 그 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 수분해시 수소 발생 반응을 촉진시킬 수 있는 수전해 장치용 환원극 촉매 및 그 제조방법에 관한 것이다.
실용적인 대체 에너지 자원으로 수소 발생에 대한 연구가 꾸준히 진행되어 왔다. 예컨대, 수소 발생 반응으로서 수성 가스 전환반응(water-gas shift reaction, CO + H2O → CO2 + H2)와 물분해 반응(water decomposition reaction, H2O → 1/2O2 + H2) 제안된 바 있다.
또한, 친환경적인 이유로 태양광과 전기를 이용한 효율적인 물분해 반응에 대한 연구들이 행해지고 있다. 특히, 수소 교환 고분자 전해질 시스템을 기반으로 하는 전기화학적 수소발생반응 (hydrogen evolution reaction, HER)은 백금(Pt)과 같은 높은 활성을 가진 촉매에 의하여 일어나고 있다. 그러나 백금의 높은 가격으로 말미암아 낮은 가격의 대체제를 찾기 위한 노력들이 시도되고 있다.
인화물(phosphide)은 산성 하에서 높은 활성과 화학적 안정성을 가져, 백금의 대체제로 각광 받고 있다 (비특헌 문헌 1). 그 중 니켈인화물 (nickel phosphide)은 탈황 촉매로서 알려져 있으며, 기존 문헌에서는 Ni2P(001)이 수소발생반응에 높은 활성과 안정성을 띨 것이라 예상했다. 이 연구에서는 Ni과 P의 앙상블 효과(ensemble effect)에 의해 높은 활성을 나타낼 수 있는 것이라 보고하였다.
최근에 Ti foil 위에 일정하게 배열되어 열처리된 Ni2P 입자가 산성에서 높은 수소발생반응성을 가짐이 보고되었다 (비특허문헌 2). 또한, Ni12P5에 비해 Ni2P가 높은 활성과 안정성을 갖는데 이는 P의 양이 많기 때문이라는 연구결과가 보고되었다 (비특허문헌 2). 그러나 이들 연구에서는 Ni2P의 단순 전기화학적 현상만을 나타낼 뿐, 높은 활성에 대한 근본적 원인에 대한 분석을 진행하지 못하였다.
계산적으로는 Ni2P가 Pt 이상의 활성을 가질 것으로 예측되었으나 실제 성능이 그에 현저히 미치지 못하는 것은 Ni2P의 촉매적 과정을 완전히 이해 못하는 데서 생기는 현상이라 할 수 있다.
일례로 MoS2의 활성점에 관한 연구가 보고된 후 (비특허문헌 4), MoS2에 대한 수소발생반응의 연구에 결정적인 진보를 가지고 왔다.
따라서, 획기적인 전기화학 촉매를 개발하기 위해서는 Ni2P를 포함한 전이금속 인화물의 수소발생반응의 활성점(active site)을 찾아내어 이를 기반으로 한 수소 발생 반응을 활성화할 수 있는 촉매를 개발할 필요가 있다.
Liu, P. et al.; "Catalysts for hydrogen evolution from the [NiFe] hydrogenase to the Ni2P(001) surface: The importance of ensemble effect"; J. Am. Chem. Soc., vol.127, 2005, p.14871-14878
Lewis and Schaak et al.;"Wiltrout, A. M.; Lewis, N. S.; Schaak, R. E. Nanostructured Nickel Phosphide as an Electrocatalyst for the Hydrogen Evolution Reaction"; J. Am. Chem. Soc., vol.135, 2013, p.9267-9270
Kucernak et al.; "Nickel phosphide: the effect of phosphorus content on hydrogen evolution activity and corrosion resistance in acidic medium"; J. Mater. Chem. A, vol.2, 2014, p.17435-17445.
Jaramillo, T. F. et al.; "Identification of active edge sites for electrochemical H2 evolution from MoS2 nanocatalysts"; Science, vol.317, 2007, p.100-102.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 높은 활성 및 안정성을 가지는 수전해 장치용 환원극 촉매를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 본 발명의 여러 구현예에 따른 수전해 장치용 환원극 촉매의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 일 측면은 Ni2P 나노구조체가 카본계 담체에 담지된 것을 특징으로 하는 수전해 장치용 환원극 촉매에 관한 것이다.
본 발명의 다른 측면은 (S1) 비활성 분위기에서 니켈 전구체를 제1 인전구체에 용해시키는 단계; (S2) 상기 (S1) 단계에서 얻은 용액과 제2 인전구체를 혼합하는 단계; (S3) 상기 (S2) 단계에서 얻은 혼합물을 교반하여 반응시키는 단계; (S4) 반응 완료 후, 냉각시켜 침전된 나노 구조체를 얻는 단계; 및 (S5) 상기 나노 구조체를 카본계 담체에 혼합하여 담지시키는 단계를 포함하는 수전해 장치용 환원극 촉매의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 수전해 장치용 환원극 촉매는 나노 와이어 형태의 Ni2P가 카본계 담체에 담지된 형태로서, 상기 Ni2P 나노 와이어의 (001) 결정면이 활성점으로 작용하여 상기 환원극 촉매가 높은 활성과 안정성을 동시에 나타내는 효과가 있다.
또한, 상기 Ni2P 나노 와이어의 길이를 제어함에 따라 필요한 만큼의 촉매 활성을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 수전해 장치용 환원극 촉매의 제조과정을 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 비교예 1 및 실시예 2에서 제조된 수전해 장치용 환원극 촉매를 관찰한 이미지이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 수전해 장치용 환원극 촉매의 전기화학적 특성을 회전 디스크 전극(Rotating disk electrode)를 이용하여 분석한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 비교예 1 및 실시예 2에서 제조된 수전해 장치용 환원극 촉매를 관찰한 이미지이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 수전해 장치용 환원극 촉매의 전기화학적 특성을 회전 디스크 전극(Rotating disk electrode)를 이용하여 분석한 그래프이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면은 니켈 포스파이드(nickel phosphide, Ni2P) 나노와이어가 카본계 담체에 담지된 것을 특징으로 하는 수전해 장치용 환원극 촉매에 관한 것이다.
일 구현예에 따르면, 상기 Ni2P 나노와이어는 (001) 결정면을 가지며, 이와 같은 Ni2P 나노와이어의 (001) 결정면이 활성점(active site)로 작용하여 촉매의 활성을 높일 뿐만 아니라, 특이하게도, 안정성도 역시 향상시키는 것을 확인하였다.
다른 구현예에 따르면, 상기 Ni2P 나노와이어의 평균 길이는 50 내지 500 nm이고, 평균 종횡비는 10 내지 100인 것일 수 있다.
상기 Ni2P 나노와이어의 길이 또는 평균 종횡비에 따라서 촉매의 활성이 달라질 수 있으며, 예컨대, 전술한 바와 같은 범위 내에서 상기 Ni2P 나노와이어의 길이가 길수록, 종횡비가 클수록 촉매의 활성이 증가할 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 카본계 담체는 카본블랙, CNT 및 플루오렌 중에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있으나, 촉매의 전기 전도도를 향상시킬 수 카본계 담체를 광범위하게 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, (S1) 비활성 분위기에서 니켈 전구체를 제1 인전구체에 용해시키는 단계; (S2) 상기 (S1) 단계에서 얻은 용액과 제2 인전구체를 혼합하는 단계; (S3) 상기 (S2) 단계에서 얻은 혼합물을 교반하여 반응시키는 단계; (S4) 반응 완료 후, 냉각시켜 침전된 나노 구조체를 얻는 단계; 및 (S5) 상기 나노 구조체를 카본계 담체에 혼합하여 담지시키는 단계를 포함하는 수전해 장치용 환원극 촉매의 제조방법에 관한 것이다.
일 구현예에 따르면, 상기 비활성 분위기는 아르곤, 네온, 헬륨 및 질소 중에서 선택된 비활성 기체에 의해 형성된 것일 수 있다.
다른 구현예에 따른며, 니켈 전구체는 니켈 아세테이트, 니켈 할로겐화물, 니켈 나이트레이트, 니켈 하이드록사이드 및 니켈 카르보닐 착화합물 중에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
다만, 니켈 전구체로서 니켈 아세테이트 중 니켈(II) 아세틸아세토네이트(nickel(II) acetylacetonate)를 사용할 경우 수전해 장치용 환원극 촉매의 제조 수율이 향상될 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 제1 인전구체는 트리옥틸포스핀(trioctylphosphine, TOP), 트리뷰틸포스핀(tri-butylphosphine), 트리페닐포스핀(tri-pheylphosphine) 및 트리토일포스핀(tri(o-toyl) phosphine) 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 제2 인전구체는 트리옥틸포스핀 옥사이드(trioctylphosphine oxide, TOPO), 트리페닐포스핀 옥사드(triphenyl phosphine oxide) 및 트리뷰틸포스핀 옥사이드(tributyl phosphine oxide) 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 제1 인전구체 및 제2 인전구체는 계면활성제 및 인화 환원제의 역할을 하는 것으로, 상기 제2 인전구체는 일예로 전술한 바와 같은 인 산화물일 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 니켈 전구체, 제1 인전구체 및 제2 인전구체의 몰비는 1 : 10~20 : 30~70 인 것일 수 있다. 특히, 상기 제2 인화 환원제의 몰비는 나노 와이어 형태를 나타낼 수 있도록 최적화된 것으로 상기 범위를 벗어나게 되면 나노 와이어 형태를 형성할 수 없을 수 있으며, 특히, 상기 제2 인화 환원제의 몰비가 상기 범위를 벗어나는 경우 매우 불규칙한 형태의 나노구체가 형성될 수 있어, 위 범위를 지켜 제조하는 것이 중요하다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 (S3) 단계는 비활성 분위기 하에서 300~350 ℃의 온도로 반응하는 것일 수 있다.
상기 비활성 분위기는 아르곤, 네온, 헬륨 및 질소 중에서 선택된 비활성 기체에 의해 형성된 것일 수 있으며, 반응 온도가 300℃ 미만이면 반응이 이루어지지 않을 수 있고, 350℃ 초과이면 반응물질들이 손상되어 역시 반응이 이루어지지 않을 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 (S4) 단계는 냉각 후 유기 용매를 이용하여 침전시켜 나노 구조체를 얻는 것일 수 있다.
상기 (S3) 단계의 반응 후, 상온까지 냉각한 후, 유기 용매를 이용하여 반응물을 침전시켜 나노 구조체를 얻을 수 있다. 그 후, 침전된 나노 구조체를 유기 용매를 이용하여 세척할 수 있다.
상기 유기 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알콜 및 아세톤 중에서 선택된 1종 이상일 수 있으나, 당업계에서 사용되는 유기 용매를 광범위하게 사용할 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 (S5) 단계는 상기 카본계 담체 100 중량부에 대하여 나노구조체 90~110중량부를 혼합한 후, 건조시켜 상기 나노구조체를 카본계 담체에 담지시키는 것일 수 있다.
상기 나노구조체의 함량이 90중량부 미만이면 촉매의 활성이 저하될 수 있고, 110 중량부 초과이면 촉매의 안정성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 카본계 담체와 나노구조체를 혼합할 때 유기용매를 사용할 수 있으며, 이때, 상기 유기용매는 DMAc(Dimethylacetamide), NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone), DMF(dimethylformamide) 및 DMSO(dimethylsolfoxide) 중에서 선택된 1종 이상일 수 있으나, 당업계에서 사용되는 유기 용매를 광범위하게 사용할 수 있다.
실시예
이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백하다.
하기 실시예들에서는 하기 표 1에 나타난 바와 같이 니켈(II) 아세틸아세토네이트(nickel(II) acetylacetonate, (Ni(acac)2), 트리옥틸 포스핀(TOP) 및 트리옥틸포스핀 옥사이드(TOPO)의 몰비를 변화시켜 각각 다른 형태의 수전해 장치용 환원극 촉매를 제조하였다.
| 몰비 | 수전해 장치용 환원극 촉매 | |||
| Ni(acac)2 : TOP : TOPO | 형태 | 평균 길이 |
평균 종횡비 | |
| 실시예 1 | 1 : 15 : 40 | 길이가 짧은 나노 와이어 (Ni2P/C-SNW) |
80 nm | 16 |
| 실시예 2 | 1 : 15 : 60 | 길이가 긴 나노 와이어 (Ni2P/C-LNW) |
200 nm | 40 |
| 비교예 1 | 1 : 15 : 20 | 불규칙한 모양의 나노구조체 (Ni2P/C-IRR) |
- | - |
실시예
1: 수전해 장치용
환원극
촉매 제조 (
Ni
2
P
/C-
SNW
)
1-1. 길이가 짧은 나노와이어 제조(Ni
2
P-SNW)
아르곤이 채워진 글러브박스 안에서 (Ni(acac)2를 트리옥틸 TOP에 넣어 90℃에서 용해시켜 용액을 얻었다.
상기 용액을 시린지(syringe)를 이용하여 310℃, N2로 밀봉되어 있는 TOPO에 주입한 다음, 상기 용액의 색이 녹색으로 검은색으로 변화하는 것을 확인하였다. 이때, Ni(acac)2 : TOP : TOPO 몰비는 표 1에 나타난 바와 같이 1 : 15 : 40로 하였다.
그 후, 310℃에서 2시간 동안 교반시키면서 반응을 진행하였다.
반응 완료 후, 상온으로 냉각시킨 후, 메탄올을 이용해 침전시켜 나노구조체를 얻고, 상기 구조체를 메탄올과 아세톤을 이용하여 세척한 후, 분산시켰다. 이때, 얻어진 나노구조체는 길이가 짧은 나노와이어(Ni2P-SNW)이다.
1-2. 길이가 짧은 나노와이어가 카본블랙에 담지된 촉매 제조(Ni
2
P/C-SNW)
카본 블랙(vulcan XC-72) 100 중량부 및 상기 길이가 짧은 나노와이어(Ni2P-SNW) 100 중량부를 DMAc(Dimethylacetamide)에 12시간 동안 혼합한 다음 진공오븐에 건조시켜, 상기 카본 블랙에 담지된 상기 길이가 짧은 나노와이어가 카본블랙에 담지된 수전해 장치용 환원극 촉매를 제조하였다(Ni2P/C-SNW).
실시예 2: 수전해 장치용 환원극 촉매 제조 (Ni
2
P/C-LNW)
실시예 2-1: 길이가 긴 나노와이어 제조 (Ni
2
P-LNW)
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, Ni(acac)2 : TOP : TOPO 몰비는 상기 표 1에 나타난 바와 같이 1 : 15 : 60 으로 하여, 길이가 긴 나노와이어를 제조하였다.
실시예 2-2: 길이가 긴 나노와이어가 카본블랙에 담지된 촉매 제조 (Ni
2
P/C-LNW)
실시예 1-2와 동일하게 실시하되, 상기 Ni2P-LNW을 카본블랙에 담지시켜 길이가 긴 나노와이어가 카본블랙에 담지된 촉매를 제조하였다 (Ni2P/C-LNW).
비교예 1: 수전해 장치용 환원극 촉매 제조 (Ni
2
P/C-IRR)
1-1. 불규칙적인 형태의 나노구조체 제조(Ni
2
P-IRR)
실시예 1-1과 동일하게 실시하되, Ni(acac)2 : TOP : TOPO 몰비는 표 1에 나타난 바와 같이 1 : 15 : 20로 하여, 불규칙적인 형태의 나노구조체를 제조(Ni2P-IRR)하였다.
1-2. 불규칙적인 형태의 나노구조체가 카본블랙에 담지된 촉매 제조(Ni
2
P/C-IRR)
실시예 1-2와 동일하게 실시하되, 상기 Ni2P-IRR을 카본블랙에 담지시켜 불규칙적인 형태의 나노구조체가 카본블랙에 담지된 촉매를 제조하였다 (Ni2P/C-IRR).
실험예 1: 수전해 장치용 환원극 촉매의 구조 관찰
실시예 2 및 비교예 1에서 각각 제조된 수전해 장치용 환원극 촉매의 구조를 관찰하여, 도 2에 나타내었다.
도 2의 (a)는 비교예 1-1에서 제조된 Ni2P-IRR(우측 상단) 및 Ni2P/C-IRR의 투과전자현미경(TEM) 이미지로서, 불규칙적인 형태의 나노구조체가 제조된 것을 확인할 수 있다.
도 2의 (b)는 실시예 2-1에서 제조된 Ni2P-LNW(우측 상단) 및 Ni2P/C-LNW의 TEM 이미지와, X선 회절 스펙트럼(좌측 상단)을 나타낸 것이다.
도 2의 (b)를 참조하면, TEM 이미지를 통해 제조된 촉매가 나노 와이어 형태인 것을 알 수 있으며, X선 회절 스펙트럼에서 Ni2P 회절 패턴이 나타난 것을 관찰할 수 있다.
도 2의 (c)는 실시예 2-2에서 제조된 Ni2P/C-LNW의 주사투과전자현미경(STEM) 이미지 및 원자 맵핑 이미지를 나타낸 것으로, 니켈(Nickel, Ni)과 인(Phosphorus, P)가 잘 분산된 것을 확인할 수 있다.
도 2의 (d)는 실시예 2-2에서 제조된 Ni2P/C-LNW의 고분해능 투과전자현미경(HR-TEM) 이미지로서, 나노 와이어 형태의 촉매가 (001) 결정면으로 선택적으로 배향된 것을 관찰할 수 있다.
실험예 2: 수전해 장치용 환원극 촉매의 전기화학적 특성 측정
수전해 장치용 환원극 촉매의 전기화학적 특성을 알아보기 위하여, 수소발생을 위한 전기화학실험을 실시하였으며, 상기 전기화학실험은 작동전극(glassy carbon electrode), 기준전극(saturated calomel electrode) 및 상대전극(Pt wire)를 포함하는 3전극 시스템을 이용하여 실시하였다.
구체적으로, AUTOLAB potentiostate (PGSTAT, Eco Chemice)를 사용하였으며, 촉매 잉크는 10 mg의 촉매와 57.2 ㎕의 Nafion perfourinated resin solution, 800 ㎕의 DMAc를 사용하여 제조하였고 0.3 mg·cm-2의 촉매를 glassy carbon electrode에 도포하여 실험을 진행하였다. 전기화학 실험을 위하여 상온에서 0.5 M 황산을 사용하였고 5 mV·s-1의 scan rate로 측정하였다. 정확한 kinetic 정보를 얻기 위하여, ohmic 저항을 임피던스법을 이용하여 보정해주었다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 수전해 장치용 환원극 촉매의 전기화학적 특성을 회전 디스크 전극(Rotating disk electrode)을 이용하여 분석한 그래프이다.
도 3의 (a)는 실시예 및 비교예에 대한 수소발생반응(HER)의 분극 곡선이다.
도 3의 (a)를 참조하면, 카본 담지가 되지 않은 Ni2P-IRR의 경우 낮은 수소 발생 반응 활성을 나타내는 반면, 카본에 담지된 촉매인 Ni2P/C-IRR, Ni2P/C-SNW 및 Ni2P/C-LNW은 상대적으로 높은 수소 발생 반응 활성을 나타내는 것을 알 수 있다.
또한, 나노 와이어의 길이가 길수록 수소 발생 반응 활성을 증가하는 것을 알 수 있다 (Ni2P/C-IRR ＜ Ni2P/C-SNW ＜ Ni2P/C-LNW).
또한, 전류밀도 20mA·cm-2에서 수소발생반응의 과전압은 Ni2P/C-IRR, Ni2P/C-SNW 및 Ni2P/C-LNW이 각각 180, 160 및 120 mV를 나타내었다. 이는 일반적인 비백금계 촉매와 유사한 수치이며, 종래의 Ni2P(1mg·cm-2)에 비해 낮은 촉매 로딩량(0.3mg·cm-2)을 가짐에도 불구하고 높은 성능을 가짐을 나타내는 것이다.
도 3의 (b)는 전류밀도에 따른 overpotential(η)의 변화를 나타낸 Tafel Plot이다.
도 3의 (b)를 참조하면, Ni2P/C-IRR, Ni2P/C-SNW 및 Ni2P/C-LNW 모두 Tafel slope이 70mV·dec-1을 나타며, 이 수치는 일반적인 수소발생반응 메커니즘과 다소 다른 값으로서, 이는 흡착종과 수소 흡착간의 상호작용에 의한 것이다.
도 3의 (c)는 전기화학 임피던스 분광기(EIS)를 이용한 Nyquist plot으로서, 비교예 1-2, 실시예 1-2 및 실시예 2-2에서 각각 제조된 Ni2P/C-IRR, Ni2P/C-SNW 및 Ni2P/C-LNW에 대해서 -200mVRHE에서 측정한 임피던스 스펙트럼이다.
도 3의 (c)를 참조하면, 임피던스 스펙트럼을 -200mVRHE에서 측정하였을 때, Ni2P/C-LNW의 전하전달 저항(Rct)이 현저히 감소하는 것을 알 수 있다. 일반적으로, 수소발생반응(HER)의 활성이 증가할수록 전하전달 저항(Rct)가 감소하므로, 결국, Ni2P/C-LNW에 의해 수소발생반응의 활성이 현저히 증가될 수 있음을 알 수 있다.
도 3의 (d)는 실시예 2-2에서 각각 제조된 Ni2P/C-LNW 가속 열화 실험 곡선으로서, 3000회의 포텐셜 사이클 후에도 우수한 안정성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이는 높은 함량의 P로 인한 내부식성에 기인한 것이다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 Ni2P 나노와이가 카본블랙에 담지된 수전해 장치용 환원극 촉매는 높은 활성과 안정성을 나타내어 종래 촉매에 비하여 우수한 촉매 효율을 나타낼 수 있을 것이라는 가능성을 확인할 수 있었다.
위에서 기재한 구현예 외에도, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면 본 발명의 출원 당시의 기술 상식 및 본 명세서의 기재 내용에 기초하여, 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 점은 자명하다.
본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술할 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (14)
- 니켈 포스파이드(nickel phosphide, Ni2P) 나노와이어가 카본계 담체에 담지된 것을 특징으로 하는 수전해 장치용 환원극 촉매.
- 제1항에 있어서,
상기 Ni2P 나노와이어는 (001) 결정면을 가지는 것을 특징으로 하는 수전해 장치용 환원극 촉매. - 제1항에 있어서,
상기 Ni2P 나노와이어의 평균 길이는 50 내지 500 nm이고, 평균 종횡비는 10 내지 100인 것을 특징으로 하는 수전해 장치용 환원극 촉매. - 제1항에 있어서,
상기 카본계 담체는 카본블랙, CNT(carbon nanotube) 및 플루오렌 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수전해 장치용 환원극 촉매. - (S1) 비활성 분위기에서 니켈 전구체를 제1 인전구체에 용해시키는 단계;
(S2) 상기 (S1) 단계에서 얻은 용액과 제2 인전구체를 혼합하는 단계;
(S3) 상기 (S2) 단계에서 얻은 혼합물을 교반하여 반응시키는 단계;
(S4) 반응 완료 후, 냉각시켜 침전된 나노 구조체를 얻는 단계; 및
(S5) 상기 나노 구조체를 카본계 담체에 혼합하여 담지시키는 단계를 포함하는 수전해 장치용 환원극 촉매의 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 니켈 전구체는 니켈 아세테이트, 니켈 할로겐화물, 니켈 나이트레이트, 니켈 하이드록사이드 및 니켈 카르보닐 착화합물 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수전해 장치용 환원극 촉매의 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 비활성 분위기는 아르곤, 네온, 헬륨 및 질소 중에서 선택된 비활성 기체에 형성된 것을 특징으로 하는 수전해 장치용 환원극 촉매의 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 제1 인전구체는 트리옥틸포스핀(trioctylphosphine, TOP), 트리뷰틸포스핀(tri-butylphosphine), 트리페닐포스핀(tri-pheylphosphine) 및 트리토일포스핀(tri(o-toyl) phosphine) 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수전해 장치용 환원극 촉매의 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 제2 인전구체는 트리옥틸포스핀 옥사이드(trioctylphosphine oxide, TOPO), 트리페닐포스핀 옥사드(triphenyl phosphine oxide) 및 트리뷰틸포스핀 옥사이드(tributyl phosphine oxide) 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수전해 장치용 환원극 촉매의 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 니켈 전구체, 제1 인전구체 및 제2 인전구체의 몰비는 1 : 10~20 : 30~70 인 것을 특징으로 하는 수전해 장치용 환원극 촉매의 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 (S3) 단계는 비활성 분위기 하에서 300~350℃의 온도로 반응시키는 것을 특징으로 하는 수전해 장치용 환원극 촉매의 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 (S4) 단계는 냉각 후 유기 용매를 이용하여 침전시켜 나노 구조체를 얻는 것을 특징으로 하는 수전해 장치용 환원극 촉매의 제조방법. - 제12항에 있어서,
상기 유기 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로필 및 아세톤 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수전해 장치용 환원극 촉매의 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 (S5) 단계는 상기 카본계 담체 100 중량부에 대하여 나노구조체 90~110중량부를 혼합한 후, 건조시켜 상기 나노구조체를 카본계 담체에 담지시키는 것을 특징으로 하는 수전해 장치용 환원극 촉매의 제조방법.
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| KR1020150155227A KR101807288B1 (ko) | 2015-11-05 | 2015-11-05 | 수전해 장치용 환원극 촉매 및 그 제조방법 |
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| KR1020150155227A KR101807288B1 (ko) | 2015-11-05 | 2015-11-05 | 수전해 장치용 환원극 촉매 및 그 제조방법 |
Publications (2)
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Family Applications (1)
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| KR1020150155227A KR101807288B1 (ko) | 2015-11-05 | 2015-11-05 | 수전해 장치용 환원극 촉매 및 그 제조방법 |
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