KR20190057245A - Methods for manufacturing catalysts for producing hydrogen peroxide, and catalysts for producing hydrogen peroxide manufactured by thereof - Google Patents

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Abstract

Provided is a method for manufacturing a catalyst for producing hydrogen peroxide, which comprises following steps of: adding silica particles to a polymerization precursor of a polymer precursor and conducting a reaction thereof to manufacture a silica-polymer composite material; removing silica particles from a carbonized silica-polymer composite material to form a porous carbon support; and adding a manganese precursor to the porous carbon support and conducting a reaction thereof to manufacture the catalyst for producing hydrogen peroxide comprising a composite of a manganese oxide and the porous carbon support.

Description

과산화수소 생성용 촉매의 제조 방법 및 이로부터 생성된 과산화수소 생성용 촉매{METHODS FOR MANUFACTURING CATALYSTS FOR PRODUCING HYDROGEN PEROXIDE, AND CATALYSTS FOR PRODUCING HYDROGEN PEROXIDE MANUFACTURED BY THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a catalyst for the production of hydrogen peroxide, and a catalyst for producing hydrogen peroxide produced therefrom. BACKGROUND ART < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 새로운 과산화수소 생성용 촉매의 제조 방법 및 과산화수소 생성용 촉매에 관한 것이다. The present invention relates to a process for producing a novel catalyst for hydrogen peroxide generation and a catalyst for producing hydrogen peroxide.

과산화수소는 강력한 산화제로 화학물질의 합성, 폐수 처리 약품, 종이 펄프의 표백과 섬유의 염색 등의 여러 분야에서 쓰이는 화학물질이다. 특히 과산화수소는 분해되면 물 분자만을 형성하기 때문에, 염소(Chlorine) 계 산화제 비해 환경적으로 친화적이어서 이러한 과산화수소는 염소계 물질을 대체할 물질로 평가된다. 종이 펄프의 표백에서는 과산화수소의 강력한 표백력으로 인하여 고지의 탈묵 및 각종 펄프의 표백에 널리 쓰일 수 있고, 섬유 표백에서는 풍부한 표백력으로 섬유질을 손상시키지 않고 섬유의 강도를 유지시키면서 영구적인 표백 효과를 보일 수 있다.Hydrogen peroxide is a powerful oxidizer, a chemical used in various fields such as chemical synthesis, wastewater treatment chemicals, bleaching of paper pulp and fiber dyeing. In particular, since hydrogen peroxide decomposes only water molecules, it is environmentally friendly compared to chlorine based oxidizing agents, and such hydrogen peroxide is evaluated as a substitute for chlorine based materials. In the bleaching of paper pulp, due to the strong bleaching power of hydrogen peroxide, it can be widely used for deinking of high paper and bleaching of various kinds of pulp. In the case of fiber bleaching, it is possible to maintain the strength of fiber without damaging the fiber with abundant bleaching power, .

아울러, 과산화수소는 BOD (Biochemical Oxygen Demand), COD (chemical oxygen demand) 등을 감소시켜 주고, 황화수소계 탈황처리 및 탈색처리, 페놀 처리 등에 사용될 수 있어 폐수 처리에 유용하게 사용될 수 있다.In addition, hydrogen peroxide reduces BOD (Biochemical Oxygen Demand), COD (chemical oxygen demand), etc., and can be used for hydrogen sulfide-based desulfurization, decolorization, and phenol treatment.

과산화수소는 주로 대용량으로 안트라 퀴논(anthranuinone)을 이용한 화학적 합성 방법에 의해 합성된다. 이 공정은 유기용매에 녹인 알킬앤트라퀴논 (Alkylantraquinone)에 대하여 촉매 존재 하에서 환원과 산화 공정을 차례대로 일으킬 때, 부가적으로 발생하는 과산화수소를 액상-액상 추출법(Liquid-liquid extraction)을 통해 회수하는 방법이다. 하지만 이 과정은 연속적인 수소화 반응 (hydrogenation)과 산화반응(oxidation)을 수반하여 많은 양의 에너지를 필요로 하고 각 단계반응에서 환경 오염물질이 발생되는 문제점이 존재한다.Hydrogen peroxide is mainly synthesized by a chemical synthesis method using anthranuinone in a large capacity. This process recovers hydrogen peroxide which is generated additionally by liquid-liquid extraction when alkyl and tracquinone dissolved in an organic solvent are sequentially reacted in the presence of a catalyst in a reduction and oxidation process Method. However, this process requires a large amount of energy accompanied by continuous hydrogenation and oxidation, and there is a problem that environmental pollutants are generated in each step reaction.

또한, 과산화수소를 합성하기 위한 방법 중 하나로서 연료전지의 한쪽 반응인 산소환원반응을 통한 전기화학적 방법이 거론되고 있다. 전기화학적으로 과산화수소를 합성하는 방법은 현장에서 직접 과산화수소를 만들어 낼 수 있는 장점이 있으며 물 이외에 환경오염 물질의 부산물을 만들어 내지 않으며 수소와 산소를 이용하여 직접적으로 과산화수소를 만드는 방법에 비해 폭발성이 없는 안정적인 합성 방법이다. 전기화학적으로 과산화수소를 발생하는 방법은 연료전지의 양극에서 일어나는 산소 환원 반응을 이용한다. 연료전지는 음극에서 수소가 수소 이온과 전자로 분리되고 양극에서는 산소 환원 반응이 일어나 수소와 산소가 만나 물이 생성되면서 에너지를 발생시킨다. 이때 산소 환원 반응은 산성의 전해질에서 촉매에 의해 두 가지 반응 메커니즘으로 일어난다. 2전자 반응을 거치게 되면 과산화수소를 형성하며 (O2 + 2H+ + 2e- → H2O2), 4전자 반응을 거쳐 물이 생성된다(O2 + 4H+ + 4e- → H2O). Also, as one of the methods for synthesizing hydrogen peroxide, an electrochemical method through an oxygen reduction reaction, which is one reaction of a fuel cell, has been proposed. The method of electrochemically synthesizing hydrogen peroxide has the advantage of producing hydrogen peroxide directly in the field. It does not produce by-products of environmental pollutants in addition to water, and it is stable compared to the method of making hydrogen peroxide directly using hydrogen and oxygen Synthesis method. A method of generating hydrogen peroxide electrochemically utilizes an oxygen reduction reaction occurring at the anode of a fuel cell. In a fuel cell, hydrogen is separated into hydrogen ions and electrons at the cathode, and oxygen reduction reaction occurs at the anode, and hydrogen and oxygen meet, and water is generated to generate energy. At this time, the oxygen reduction reaction is catalyzed by two reaction mechanisms in an acidic electrolyte. 2 O 2 + 2H + + 2e - → H 2 O 2 ), and 4 electrons react to produce water (O 2 + 4H + + 4e - → H 2 O).

이에 따라, 전기화학적으로 과산화수소를 생성하기 위해서는 2 전자 반응이 잘 일어나게 하는 촉매를 개발하는 것이 중요하다. Accordingly, in order to generate hydrogen peroxide electrochemically, it is important to develop a catalyst that causes two-electron reactions to occur well.

한편, 2 전자 반응시 사용되는 촉매는 백금 기반의 촉매, 비귀금속 촉매 등이 있으며 비귀금속 촉매로서는 코발트/카본 물질, 질소가 도핑된 카본 물질 등이 사용됨이 알려져 있으나, 귀금속 촉매의 경우 초기 가격이 높아 널리 이용되지 못하는 문제점이 존재한다. 비귀금속 촉매의 경우 과산화수소의 형성에 대한전기화학적 활성이 떨어진다는 문제점이 존재한다.On the other hand, it is known that the catalyst used in the two-electron reaction is a platinum-based catalyst, a noble metal catalyst, etc. Cobalt / carbon materials and nitrogen-doped carbon materials are used as non-precious metal catalysts. There is a problem that it is not widely used. There is a problem that the electrochemical activity for the formation of hydrogen peroxide is inferior in the case of the noble metal catalyst.

Journal of Physical Chemistry C, 118, 30063 (2014), Nature Materials, 12, 1137 (2013), Nano Letters, 14, 1603 (2014), Nature Communications, 7, 10922 (2016).Journal of Physical Chemistry C, 118, 30063 (2014), Nature Materials, 12, 1137 (2013), Nano Letters, 14, 1603 (2014), Nature Communications, 7, 10922 (2016). Fellinger, Tim-Patrick, et al. "Mesoporous nitrogen-doped carbon for the electrocatalytic synthesis of hydrogen peroxide." Journal of the American Chemical Society 134.9 (2012): 4072-4075.Fellinger, Tim-Patrick, et al. &Quot; Mesoporous nitrogen-doped carbon for the electrocatalytic synthesis of hydrogen peroxide. &Quot; Journal of the American Chemical Society 134.9 (2012): 4072-4075. Electrochmica Acta, 56, 9074 (2011), Journal of Applied Electrochemistry, 36, 863 (2006), Reaction Chemical Engineering, 2017.Electrochmica Acta, 56, 9074 (2011), Journal of Applied Electrochemistry, 36, 863 (2006), Reaction Chemical Engineering,

본 발명의 구현예에서는 망간 전구체를 이용한 과산화수소 생성용 촉매의 제조 방법 및 과산화수소 생성용 촉매를 제공하고자 한다.In an embodiment of the present invention, a method for preparing a catalyst for producing hydrogen peroxide using a manganese precursor and a catalyst for producing hydrogen peroxide are provided.

본 발명의 일 구현예에서, 과산화수소 생성용 촉매의 제조방법으로서, 실리카 입자를 고분자 전구체의 중합 과정에 첨가하고 반응시켜 실리카-고분자 복합 재료를 제조하는 단계; 상기 실리카-고분자 복합 재료를 탄화시키는 단계; 상기 탄화된 실리카-고분자 복합 재료로부터 실리카 입자를 제거하여 다공성 탄소 지지체를 형성하는 단계; 및 상기 다공성 탄소 지지체에 망간 전구체를 첨가한 후 반응시켜, 망간 산화물 및 다공성 탄소 지지체의 복합체를 포함하는 과산화수소 생성용 촉매를 제조하는 단계; 를 포함하는, 과산화수소 생성용 촉매의 제조 방법이 제공된다.In one embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a catalyst for hydrogen peroxide, comprising the steps of: adding silica particles to a polymerization precursor of a polymer precursor and reacting them to prepare a silica-polymer composite; Carbonizing the silica-polymer composite material; Removing the silica particles from the carbonized silica-polymer composite to form a porous carbon support; And reacting the porous carbon support with a manganese precursor, thereby preparing a catalyst for producing hydrogen peroxide including a composite of manganese oxide and porous carbon support; A method for producing a catalyst for hydrogen peroxide generation is provided.

예시적인 구현예에서, 상기 실리카 입자는 고분자 전구체 100중량부에 대하여 700 내지 900 중량부로 첨가될 수 있다.In an exemplary embodiment, the silica particles may be added in an amount of 700 to 900 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer precursor.

예시적인 구현예에서, 상기 실리카 입자는 3 내지 30nm의 크기를 가질 수 있다.In an exemplary embodiment, the silica particles may have a size of 3 to 30 nm.

예시적인 구현예에서, 상기 실리카 입자를 제거하는 단계는 염기성 용액을 이용하여 진행될 수 있다.In an exemplary embodiment, the step of removing the silica particles may be carried out using a basic solution.

예시적인 구현예에서, 상기 고분자 전구체는 아닐린, 아세틸렌, 피롤, 티오펜 및 설퍼니트리드 등으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하고, 상기 망간 전구체는 망간 아세테이트, 망간 나이트레이트 및 망간 셀페이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the polymer precursor comprises at least one member selected from the group consisting of aniline, acetylene, pyrrole, thiophene and sulfanitride, and the manganese precursor comprises manganese acetate, manganese nitrate, and manganese sulfate One or more selected from the group.

예시적인 구현예에서, 상기 망간 전구체는 상기 다공성 탄소 지지체 100 중량부에 대하여 500 내지 7,000 중량부로 첨가될 수 있다.In an exemplary embodiment, the manganese precursor may be added in an amount of 500 to 7,000 parts by weight based on 100 parts by weight of the porous carbon support.

예시적인 구현예에서, 상기 다공성 탄소 지지체와 망간 전구체를 반응시키는 단계는 250 내지 500℃에서 수행될 수 있다.In an exemplary embodiment, the step of reacting the porous carbon support and the manganese precursor may be performed at 250 to 500 < 0 > C.

예시적인 구현예에서, 상기 실리카 입자를 고분자 전구체의 중합 과정에 첨가할 때, 개시제를 더 첨가하고, 상기 개시제는 과황산암모늄((NH4)2S2O8), 과황산암모늄((NH4)2S2O8), 과산화수소, 산화망간, 중크롬산칼륨, 요오드산칼륨, 염화 제2철, 과망간산칼륨, 브롬산칼륨 및 염소산칼륨으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나이상을 더 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, when the silica particles are added to the polymerization process of the polymer precursor, an initiator is further added and the initiator is selected from the group consisting of ammonium persulfate ((NH 4 ) 2 S 2 O 8 ), ammonium persulfate ((NH 4 ) 2 S 2 O 8 ), hydrogen peroxide, manganese oxide, potassium bichromate, potassium iodate, ferric chloride, potassium permanganate, potassium bromate, and potassium chlorate.

본 발명의 다른 구현예에서, 과산화수소 생성용 촉매로서, 상기 과산화수소 생성용 촉매는 망간 산화물 및 다공성 탄소 지지체의 복합체를 포함하고, 상기 다공성 탄소 지지체는 질소 도핑된 것인, 과산화수소 생성용 촉매가 제공된다.In another embodiment of the present invention, there is provided a catalyst for hydrogen peroxide generation, wherein the catalyst for hydrogen peroxide generation comprises a complex of manganese oxide and a porous carbon support, wherein the porous carbon support is nitrogen-doped .

예시적인 구현예에서, 상기 망간 산화물은 이산화망간(MnO2), 삼산화망간(Mn2O3), 사산화삼망간 (Mn3O4) 및 일산화망간(MnO)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하고, 상기 다공성 탄소 지지체는 복수 개의 기공을 포함하며, 상기 기공은 3 내지 30nm의 크기를 가질 수 있다.In an exemplary embodiment, the manganese oxide comprises at least one selected from the group consisting of manganese dioxide (MnO 2 ), manganese trioxide (Mn 2 O 3 ), manganese oxide (Mn 3 O 4 ), and manganese oxide (MnO) The porous carbon support may include a plurality of pores, and the pores may have a size of 3 to 30 nm.

예시적인 구현예에서, 상기 과산화수소 생성용 촉매는 다공성 탄소 지지체 100 중량부에 대하여, 60 내지 7,000 중량부의 망간 산화물을 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the catalyst for hydrogen peroxide generation may comprise 60 to 7,000 parts by weight of manganese oxide, based on 100 parts by weight of the porous carbon support.

본 발명의 구현예들에 따르면, 과산화수소 생성용 촉매로서, 2전자 반응을 통해 과산화수소를 생성하는 과산화수소 생성용 촉매를 제조할 수 있다.According to embodiments of the present invention, as a catalyst for generating hydrogen peroxide, a catalyst for producing hydrogen peroxide which produces hydrogen peroxide through a two-electron reaction can be produced.

또한, 본 발명의 구현예들에 따르면, 비교적 경제적인 비용으로 과산화수소생성용 촉매를 제조할 수 있다. 아울러, 상기 촉매는 낮은 전압 및 높은 전압 조건 하에서도 안정적인 과산화수소 선택도를 보여 과산화수소 생성이 요구되는 기술분야에서 널리 용이하게 사용될 수 있다.Further, according to embodiments of the present invention, a catalyst for producing hydrogen peroxide can be produced at a relatively low cost. In addition, the catalyst exhibits stable hydrogen peroxide selectivity even under low voltage and high voltage conditions, and thus can be widely used in the technical field requiring the production of hydrogen peroxide.

아울러, 상기 과산화수소 생성용 촉매를 이용하는 경우 2 전자 반응이 잘 일어날 수 있어 과산화수소 생성 효율이 기존 촉매를 이용한 경우와 비교하여 현저히 증가될 수 있다.In addition, when the catalyst for hydrogen peroxide generation is used, a two-electron reaction can occur well, and the efficiency of hydrogen peroxide generation can be significantly increased as compared with the case of using a conventional catalyst.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 과산화수소 생성용 촉매의 제조 방법 나타내는 개략도이다.
도 2a 및 2b는 실시예 1에 따라 생성된 과산화수소 생성용 촉매의 TEM 사진이고, 도 2c 및 2d는 실시예 5에 따라 생성된 과산화수소 생성용 촉매의 TEM 사진이다.
도 3a 및 3b는 실시예 5에 따라 제조된 과산화수소 생성용 촉매에 대하여, RRDE(Rotating Ring Disk Electrode) 전극을 이용하여 산소 하에서 측정한 값을 보여주는 도면이다.
도 4a 및 4b는 비교예 1에 따라 제조된 질소가 포함된 탄소물질을 RRDE 전극을 이용하여 산소 하에서 측정한 값을 보여주는 도면이다.
도 5a 및 5b 실시예 1에 따라 제조된 질소와 망간이 포함된 탄소물질에 대하여 RRDE 전극을 이용하여 산소 하에서 측정한 결과값을 보여주는 도면이다.
도 6는 실시예 1 내지 2 및 실시예 5에 따른 과산화수소용 촉매의 XRD 결과를 보여주는 도면이다(실시예 1:MnNC_5g로 표시, 실시예 2: MnNC_10g, 실시예 5: Mn Post treatment로 표시).
도 7a 및 7b는 실시예 1에 따라 제조된 질소와 망간이 포함된 탄소 물질의 XPS 결과를 나타내주는 그래프이다.
도 8a 내지 8d는 실시예 5에 따라 생성된 물질의 구조를 나타내며, 도 8a 내지 8c는 XPS 결과를 나타내는 도면이고, 도 8d는 이를 정리한 표이다.
도 9는 실시예 5 내지 7에 있어서, 망간 전구체의 투입량 변화에 따른 과산화수소의 생성량의 변화를 나타내는 그래프이다.
FIG. 1 is a schematic view showing a method for producing a catalyst for hydrogen peroxide generation according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are TEM photographs of the catalysts for generating hydrogen peroxide produced according to Example 1, and FIGS. 2C and 2D are TEM photographs of the catalysts for generating hydrogen peroxide produced according to Example 5. FIG.
FIGS. 3A and 3B are graphs showing values measured under an oxygen atmosphere using an RRDE (Rotating Ring Disk Electrode) electrode for the hydrogen peroxide generating catalyst produced according to Example 5. FIG.
4A and 4B are graphs showing the results of measurement of carbon material containing nitrogen produced according to Comparative Example 1 under an oxygen atmosphere using an RRDE electrode.
FIGS. 5A and 5B are graphs showing the results of measurement under oxygen using an RRDE electrode for a carbon material containing nitrogen and manganese prepared according to Example 1. FIG.
6 is a graph showing XRD results of the catalysts for hydrogen peroxide according to Examples 1 to 2 and Example 5 (Example 1: MnNC_5g, Example 2: MnNC_10g, Example 5: Mn Post treatment).
FIGS. 7A and 7B are graphs showing XPS results of the carbon material containing nitrogen and manganese produced according to Example 1. FIG.
FIGS. 8A to 8D show the structures of the materials produced according to Example 5, FIGS. 8A to 8C are diagrams showing XPS results, and FIG. 8D is a table summarizing the results.
9 is a graph showing changes in the amount of hydrogen peroxide produced according to changes in the amount of manganese precursor added in Examples 5 to 7;

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.

본 명세서에서, 물질에 질소가 도핑되었다는 것은 물질이 복수 개의 질소 원자를 포함함을 의미한다.In this specification, the fact that a material is doped with nitrogen means that the material contains a plurality of nitrogen atoms.

과산화수소 생성용 촉매Catalyst for hydrogen peroxide generation

본 발명의 일 구현예에서, 과산화수소 생성용 촉매로서, 망간 산화물 및 다공성 탄소 지지체의 복합체를 포함하고, 상기 다공성 탄소 지지체는 질소 도핑된 과산화수소 생성용 촉매가 제공된다. 상기 과산화수소 생성용 촉매는 기존의 백금기반의 촉매, 비귀금속 기반의 촉매 대신 망간(Mn)을 포함하므로 기존의 촉매와 비교하여 보다 경제적인 이점을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, there is provided a catalyst for the production of hydrogen peroxide, comprising a composite of a manganese oxide and a porous carbon support, wherein the porous carbon support is provided with a catalyst for producing nitrogen-doped hydrogen peroxide. The catalyst for hydrogen peroxide generation may have a more economical advantage than conventional catalysts because it contains manganese (Mn) instead of conventional platinum-based catalysts and non-noble metal-based catalysts.

예시적인 구현예예서, 상기 망간 산화물은 상기 다공성 탄소 지지체 상에 결합될 수 있으며, 이산화망간(MnO2), 삼산화망간(Mn2O3), 사산화삼망간(Mn3O4) 및 일산화망간(MnO)으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.Exemplary Embodiments The manganese oxide may be bonded onto the porous carbon support and may be selected from the group consisting of manganese dioxide (MnO 2 ), manganese trioxide (Mn 2 O 3 ), manganese oxide (Mn 3 O 4 ), and manganese oxide (MnO) ≪ RTI ID = 0.0 > and / or < / RTI >

아울러, 상기 다공성 탄소 지지체는 질소 도핑된 다공성 고분자 물질일 수 있으며, 일 예로, 상기 다공성 탄소 지지체는 메조포러스 폴리아닐린일 수 있다. 이와 같이 다공성 탄소 지지체가 메조포러스 폴리아닐린인 경우 과산화수소 생성 효율이 보다 증진될 수 있다.In addition, the porous carbon support may be a nitrogen-doped porous polymer material, for example, the porous carbon support may be a mesoporous polyaniline. Thus, when the porous carbon support is mesoporous polyaniline, the hydrogen peroxide generation efficiency can be further improved.

예시적인 구현예에서, 상기 다공성 탄소 지지체는 복수 개의 기공을 포함하며, 상기 기공은 3 내지 30nm의 크기를 가질 수 있다. 상기 다공성 탄소 지지체가 상기 범위 내의 크기를 갖는 기공을 포함하는 경우 촉매의 활성이 보다 증대될 수 있다.In an exemplary embodiment, the porous carbon support comprises a plurality of pores, and the pores may have a size of 3 to 30 nm. If the porous carbon support comprises pores having a size within the above range, the activity of the catalyst can be further increased.

한편, 상기 과산화수소 생성용 촉매는 다공성 탄소 지지체 100 중량부에 대하여, 60 내지 7,000 중량부의 망간 산화물을 포함할 수 있다. 상기 과산화수소 생성용 촉매에서 망간 산화물의 범위가 상기 범위를 벗어나는 경우 과산화수소생성 효능이 미비할 수 있다.Meanwhile, the catalyst for hydrogen peroxide generation may include 60 to 7,000 parts by weight of manganese oxide with respect to 100 parts by weight of the porous carbon support. If the range of the manganese oxide in the catalyst for hydrogen peroxide generation is out of the above range, the hydrogen peroxide generation efficiency may be insufficient.

일 구현예에서, 상기 과산화수소 생성용 촉매는 다공성 탄소 지지체 100 중량부에 대하여, 구체적으로 100 내지 5,000 중량부의 망간 산화물을 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로는 500 내지 3,000중량부의 망간 산화물을 포함할 수 있다.In one embodiment, the catalyst for hydrogen peroxide generation may comprise 100 to 5,000 parts by weight of manganese oxide, more specifically 500 to 3,000 parts by weight of manganese oxide, based on 100 parts by weight of the porous carbon support. have.

예시적인 구현예에서, 상기 과산화수소 생성용 촉매의 과산화수소 선택도는 0.6V에서 60% 이상일 수 있다. In an exemplary embodiment, the hydrogen peroxide selectivity of the catalyst for hydrogen peroxide generation may be greater than 60% at 0.6V.

과산화수소 생성용 촉매의 제조 방법Process for producing hydrogen peroxide generation catalyst

본 발명의 일 구현예에서, 상술한 과산화수소 생성용 촉매의 제조 방법으로서, 실리카 입자를 고분자 전구체의 중합 과정에 첨가하고 반응시켜 실리카-고분자 복합 재료를 제조하는 단계; 상기 실리카-고분자 복합 재료를 탄화시키는 단계; 상기 탄화된 실리카-고분자 복합 재료로부터 실리카 입자를 제거하여 다공성 탄소 지지체를 형성하는 단계; 및 상기 다공성 탄소 지지체에 망간 전구체를 첨가한 후 반응시켜, 망간 산화물 및 다공성 탄소 지지체의 복합체를 포함하는 과산화수소 생성용 촉매를 제조하는 단계; 를 포함하는, 과산화수소 생성용 촉매의 제조 방법이 제공된다.In one embodiment of the present invention, there is provided a process for producing a catalyst for hydrogen peroxide generation, comprising the steps of: adding silica particles to a polymerization precursor of a polymer precursor and reacting them to prepare a silica-polymer composite material; Carbonizing the silica-polymer composite material; Removing the silica particles from the carbonized silica-polymer composite to form a porous carbon support; And reacting the porous carbon support with a manganese precursor, thereby preparing a catalyst for producing hydrogen peroxide including a composite of manganese oxide and porous carbon support; A method for producing a catalyst for hydrogen peroxide generation is provided.

도 1은 상기 과산화수소 생성용 촉매의 제조 방법의 각 단계를 개략적으로 나타낸다. 이하, 이를 참고로 하여 자세히 살펴본다.Fig. 1 schematically shows each step of the production method of the catalyst for hydrogen peroxide generation. Hereinafter, a detailed description will be given with reference to this.

먼저, 실리카 입자를 고분자 전구체의 중합 과정에 첨가하고 반응시켜 실리카-고분자 복합 재료를 제조한다. 즉, 고분자 전구체의 중합 과정에 실리카 입자를 첨가하고 함께 반응시켜 실리카 입자가 담지된 고분자 물질을 형성할 수 있으며, 이하에서는 이를 실리카-고분자 복합재료로 칭하기로 한다.First, the silica particles are added to the polymerization process of the polymer precursor and reacted to prepare a silica-polymer composite material. That is, silica particles may be added to the polymerization precursor of the polymer precursor and reacted together to form a polymer material carrying silica particles. Hereinafter, this is referred to as a silica-polymer composite material.

예시적인 구현예에서, 고분자 전구체는 아닐린, 아세틸렌, 피롤, 티오펜 및 설퍼니트리드 등으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있고, 실리카 입자가 담지된 고분자 물질은 실리카 입자가 담지된 폴리아닐린 일 수 있다.In an exemplary embodiment, the polymeric precursor may comprise at least one member selected from the group consisting of aniline, acetylene, pyrrole, thiophene, and sulfanitride, and the polymeric material bearing the silica particles may comprise polyaniline .

한편, 상기 실리카 입자는 고분자 물질에 복수 개로 담지될 수 있으며, 고분자 전구체 100 중량부에 대하여, 700 내지 900 중량부로 첨가될 수 있다. 실리카 입자가 700 중량부 미만으로 첨가되는 경우 최종 생성되는 과산화수소 생성용 촉매의 비표면적이 작아 촉매의 효율이 저하될 수 있으며, 900 중량부를 초과하는 경우 망간 산화물이 도핑될 수 있는 면적 자체가 적어져 오히려 촉매 효율이 저하될 수 있다.On the other hand, the silica particles may be supported in a plurality of polymeric materials, and may be added in an amount of 700 to 900 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer precursor. When the silica particles are added in an amount of less than 700 parts by weight, the specific surface area of the finally produced hydrogen peroxide generating catalyst may be small and the efficiency of the catalyst may be lowered. When the amount of the silica particles is more than 900 parts by weight, Rather, the catalyst efficiency may be lowered.

일 구현예에서, 상기 실리카 입자는 3 내지 30nm의 입자 크기를 가질 수 있으며, 3nm 미만의 크기를 갖는 경우 최종 생성되는 과산화수소 생성용 촉매의 비표면적이 작아 촉매의 효율이 저하될 수 있으며, 30nm를 초과하는 경우 망간 산화물이 도핑될 수 있는 면적 자체가 적어져 오히려 촉매 효율이 저하될 수 있다.In one embodiment, the silica particles may have a particle size of from 3 to 30 nm, and if they have a size of less than 3 nm, the final surface area of the catalyst for hydrogen peroxide generation may be too small to reduce the efficiency of the catalyst, The manganese oxide may be doped in a small area, which may lead to a reduction in catalyst efficiency.

한편, 상기 실리카 입자를 고분자 전구체의 중합 과정에 첨가할 때, 반응성의 향상을 위하여 중합을 위한 개시제를 더 추가할 수도 있으며, 이 때 개시제는 고분자 전구체 100 중량부에 대하여 100 내지 400 중량부로 첨가될 수 있다. 개시제가 100 중량부 미만으로 투입되는 경우 반응성 향상 효과가 미비할 수 있으며, 400 중량부를 초과하는 경우 고분자 전구체 대비 과다한 양의 개시제가 첨가되어 오히려 반응성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.On the other hand, when the silica particles are added to the polymerization process of the polymer precursor, an initiator for polymerization may be further added to improve the reactivity, wherein the initiator is added in an amount of 100 to 400 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer precursor . When the initiator is added in an amount of less than 100 parts by weight, the effect of improving the reactivity may be insufficient. When the amount of the initiator is more than 400 parts by weight, an excessive amount of initiator may be added to the polymer precursor, which may adversely affect the reactivity.

예시적인 구현예에서, 상기 개시제는 과황산암모늄((NH4)2S2O8), 과황산암모늄((NH4)2S2O8), 과산화수소, 산화망간, 중크롬산칼륨, 요오드산칼륨, 염화 제2철, 과망간산칼륨, 브롬산칼륨 및 염소산칼륨으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나이상을 포함할 수 있다. In an exemplary embodiment, the initiator is ammonium persulfate ((NH 4) 2 S 2 O 8), ammonium persulfate ((NH 4) 2 S 2 O 8), hydrogen peroxide, manganese dioxide, potassium dichromate, potassium iodate , Ferric chloride, potassium permanganate, potassium bromate, and potassium chlorate.

한편, 도시되지 않았으나, 상기 중합 단계 이후, 실리카-고분자 복합재료를 증류수를 이용하여 pH 5~6이 되도록 세척한 후, 60 내지 70℃의 온도에서 건조할 수도 있다.Although not shown, after the polymerization step, the silica-polymer composite material may be washed with distilled water to a pH of 5 to 6 and then dried at a temperature of 60 to 70 ° C.

이후, 상기 실리카-고분자 복합 재료를 탄화한다. 구체적으로, 열에너지에 의해 고온에서 탄화 공정을 진행하여 상기 실리카-고분자 복합 재료의 흑연구조를 발달시킬 수 있다. Thereafter, the silica-polymer composite material is carbonized. Specifically, the graphite structure of the silica-polymer composite material can be developed by carrying out a carbonization process at a high temperature by thermal energy.

예시적인 구현예에서, 상기 탄화 공정은 상기 탄화 공정시 다른 반응성 가스가 들어가면 불필요한 화학반응에 의해서 상기 탄화 공정시 큰 결함으로 작용하게 될 수 있으므로, 고온의 탄화로 등을 이용하여 불활성 분위기에서 진행할 수 있다. 예를 들어, 상기 불활성 분위기는 아르곤, 질소 분위기 일 수 있다.In the exemplary embodiment, the carbonization process may cause a large defect in the carbonization process due to an unnecessary chemical reaction when another reactive gas is introduced during the carbonization process. Therefore, the carbonization process can be performed in an inert atmosphere using a high temperature carbonization furnace have. For example, the inert atmosphere may be argon, nitrogen atmosphere.

예시적인 구현예에서, 상기 탄화 공정은 질소 분위기 등과 같은 불활성 분위기 하에서 진행될 수 있다.In an exemplary embodiment, the carbonization process may be conducted under an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere.

예시적인 구현예에서, 상기 탄화 공정은 약 600 내지 1,800℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 만약, 상기 탄화 공정이 600 ℃ 미만으로 수행되는 경우 탄화 수율이 낮아 탄소함량이 떨어질 수 있으며, 1,800℃를 초과하는 경우 실리카-고분자 복합 재료의 분해가 일어날 수 있다.In an exemplary embodiment, the carbonization process may be performed at a temperature in the range of about 600-1,800 < 0 > C. If the carbonization process is carried out at a temperature lower than 600 ° C., the carbon content may be lowered due to a low hydrocarbon yield, and when the temperature exceeds 1,800 ° C., decomposition of the silica-polymer composite material may occur.

예시적인 구현예에서, 상기 탄화 공정은 약 1시간 내지 4시간 동안 수행될 수 있다. 만약, 상기 탄화 공정이 1시간 미만으로 수행되는 경우 탄화 수율이 낮아 탄소함량이 떨어질 수 있으며, 상기 탄화 공정이 4시간 초과하는 경우 실리카-고분자 복합 재료의 분해가 일어날 수 있다.In an exemplary embodiment, the carbonization process may be performed for about 1 to 4 hours. If the carbonization process is performed for less than one hour, the carbonization yield may be low and the carbon content may decrease. If the carbonization process exceeds 4 hours, the decomposition of the silica-polymer composite material may occur.

일 구현예에서, 상기 탄화 공정은 700 내지 900℃의 온도 조건 하에서 1 내지 3시간 동안 실리카-고분자 복합 재료를 열처리하여 수행될 수 있다. In one embodiment, the carbonization process may be performed by heat treating the silica-polymer composite material for 1 to 3 hours at a temperature of 700 to 900 ° C.

이후, 상기 탄화된 실리카-고분자 복합 재료로부터 실리카 입자를 제거하여 다공성 탄소 지지체를 형성할 수 있다.Thereafter, the silica particles may be removed from the carbonized silica-polymer composite material to form a porous carbon support.

구체적으로, 상기 탄화공정이 진행된 실리카-고분자 복합 재료로부터 실리카 입자를 엣칭공정을 통해 제거한다. Specifically, the silica particles are removed from the silica-polymer composite material subjected to the carbonization process through an etching process.

일 구현예에서, 상기 엣칭 공정은 염기성 용액을 이용하여 진행될 수 있으며, 12 시간 내지 36동안 수열 반응을 수행하여 진행할 수 있다. 상기 시간동안 진행되는 경우 고분자 물질의 물성을 저하시키지 않고 실리카 입자를 용이하게 제거할 수 있다. 상기 공정을 통해, 실리카-고분자 복합 재료로부터 실리카 입자가 제거되고 이에 따라, 고분자 물질(예를 들어, 아닐린을 이용하여 제조한 경우 폴리 아닐린)에는 복수 개의 기공이 형성될 수 있다.In one embodiment, the etching process may be conducted using a basic solution, and may be performed by hydrothermal reaction for 12 to 36 hours. The silica particles can be easily removed without deteriorating the physical properties of the polymer material. Through this process, the silica particles are removed from the silica-polymer composite material, and thus, a plurality of pores can be formed in the polymer material (for example, polyaniline when produced using aniline).

예시적인 구현예에서, 상기 기공은 3 내지 30nm의 크기를 가질 수 있다.In an exemplary embodiment, the pores may have a size of 3 to 30 nm.

이후, 상기 중합 단계 이후, 도시되지 않았으나 실리카-고분자 복합재료를 증류수를 이용하여 pH 5~6이 되도록 세척한 후, 60 내지 70℃의 온도에서 건조할 수도 있다.After the polymerization step, although not shown, the silica-polymer composite material may be washed with distilled water to a pH of 5 to 6, and then dried at a temperature of 60 to 70 ° C.

이후, 상기 다공성 탄소 지지체에 망간 전구체를 첨가한 후 반응시켜, 망간 산화물 및 다공성 탄소 지지체의 복합체를 포함하는 과산화수소 생성용 촉매를 제조한다.Thereafter, a manganese precursor is added to the porous carbon support and then reacted to prepare a catalyst for producing hydrogen peroxide including a composite of manganese oxide and porous carbon support.

구체적으로, 상기 다공성 탄소 지지체를 에탄올, 메탄올 등과 같은 용매에 함침시킨 후에 망간 전구체를 첨가하고 교반한 후, 이들을 반응시킨다.Specifically, after the porous carbon support is impregnated with a solvent such as ethanol, methanol, etc., a manganese precursor is added and stirred, and then they are reacted.

예시적인 구현예에서, 상기 망간 전구체는 망간 아세테이트, 망간 나이트레이트 및 망간셀페이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.In an exemplary embodiment, the manganese precursor may comprise at least one selected from the group consisting of manganese acetate, manganese nitrate, and manganese sulphate.

한편, 상기 다공성 탄소 지지체에 망간 전구체를 첨가시키는 공정은 80 내지 90 ℃의 온도 하에서 수행되는데, 이 경우, 에탄올, 메탄올 등과 같은 용매가 휘발될 수 있다.Meanwhile, the step of adding the manganese precursor to the porous carbon support is carried out at a temperature of 80 to 90 ° C. In this case, a solvent such as ethanol, methanol or the like may be volatilized.

이때, 상기 망간 전구체는 다공성 탄소 지지체 100 중량부에 대하여 500 내지 7,000 중량부로 첨가될 수 있다. 망간 전구체가 많이 첨가되어 최종 형성되는 과산화수소 생성용 촉매에 망간 산화물이 많이 포함될수록 촉매 효율에는 유리하나, 과도하게 많이 포함되는 경우에는 촉매의 고유 물성등 이 저하될 수 있다.At this time, the manganese precursor may be added in an amount of 500 to 7,000 parts by weight based on 100 parts by weight of the porous carbon support. The more the manganese oxide is contained in the catalyst for generating hydrogen peroxide to which the manganese precursor is added to the final stage, the catalyst efficiency is favorable, but if the catalyst is excessively contained, the inherent physical properties of the catalyst may be lowered.

예시적인 구현예에서, 상기 반응 공정은 다른 반응성 가스가 들어가면 불필요한 화학반응에 의해서 큰 결함으로 작용하게 될 수 있으므로, 불활성 분위기 하에서 진행할 수 있다.In an exemplary embodiment, the reaction process may be conducted under an inert atmosphere, since other reaction gases may enter into a large defect due to an unnecessary chemical reaction.

이후, 250 내지 500℃의 온도범위에서 다공성 탄소 지지체 및 망간 전구체를 반응시켜 망간 산화물과 다공성 탄소 지지체를 결합시킨다. 상기 범위의 온도에서 망간 전구체가 산화되어 망간 산화물이 형성되고, 이와 같이 형성된 망간 산화물이 다공성 탄소 지지체와 결합하여 망간 산화물 및 다공성 탄소 지지체의 복합체가 형성될 수 있다. 상기 온도 범위 미만으로 반응이 진행되는 경우, 망간 산화물이 형성되지 않을 수 있으며, 500℃를 초과하여 반응이 진행되는 경우 다공성 탄소 지지체/또는 망간 산화물의 물성이 저해될 수 있다.Thereafter, the porous carbon support and the manganese precursor are reacted in a temperature range of 250 to 500 ° C to bind the manganese oxide and the porous carbon support. The manganese precursor is oxidized at a temperature within the above range to form a manganese oxide, and the manganese oxide thus formed may be combined with the porous carbon support to form a composite of the manganese oxide and the porous carbon support. If the reaction proceeds below the above-mentioned temperature range, manganese oxide may not be formed, and if the reaction proceeds in excess of 500 ° C, physical properties of the porous carbon support and / or manganese oxide may be impaired.

한편, 상기 과산화수소 생성용 촉매의 제조 방법에서 망간 전구체의 투입 시점을 달리하여 과산화수소 생성용 촉매를 제조할 수 있으며, 구체적으로, 실리카 입자를 고분자 전구체의 중합 과정에 첨가할 때에 망간 전구체를 함께 투입할 수도 있다.Meanwhile, in the method for producing a hydrogen peroxide generating catalyst, a catalyst for producing hydrogen peroxide can be prepared by varying the time of introduction of the manganese precursor. Specifically, when the silica particles are added to the polymerization process of the polymer precursor, the manganese precursor is added together It is possible.

다만, 실리카 입자가 제거된 후 망간 전구체의 산화물인 망간 산화물이 다공성 탄소 지지체와 결합하는 경우에 있어서, 망간 산화물과 다공성 탄소 지지체의 결합이 보다 용이하고 다공성 탄소 지지체의 비표면적이 높아, 최종 생성되는 과산화수소 생성용 촉매에서의 망간 산화물의 함량이 보다 높을 것으로 판단된다. 이에 따라, 망간 전구체가 실리카 입자가 제거된 후 다공성 탄소 지지체에 첨가되는 경우 과산화수소 생성용 촉매의 촉매 효율이 보다 우수할 것으로 판단된다.However, when the manganese oxide, which is an oxide of the manganese precursor, is bonded to the porous carbon support after the silica particles are removed, the manganese oxide and the porous carbon support are more easily bonded and the specific surface area of the porous carbon support is high, It is considered that the content of manganese oxide in the catalyst for hydrogen peroxide generation is higher. Accordingly, when the manganese precursor is added to the porous carbon support after the removal of the silica particles, the catalytic efficiency of the catalyst for generating hydrogen peroxide is considered to be better.

예시적인 구현예에서, 상기 과산화수소 생성용 촉매의 과산화수소 선택도는 0.6V에서 60% 이상일 수 있다. In an exemplary embodiment, the hydrogen peroxide selectivity of the catalyst for hydrogen peroxide generation may be greater than 60% at 0.6V.

이와 같이, 상술한 공정을 통해 과산화수소용 촉매가 제조될 수 있다. 상기 과산화수소 생성용 촉매는 기존의 백금기반의 촉매, 비귀금속 기반의 촉매 대신 망간(Mn)을 포함하므로 기존의 촉매와 비교하여 보다 경제적인 이점을 가질 수 있다. 아울러, 상기 촉매는 낮은 전압 및 높은 전압 조건 하에서도 안정적인 과산화수소 선택도를 보여 과산화수소 생성이 요구되는 기술분야에서 널리 용이하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다.Thus, the catalyst for hydrogen peroxide can be produced through the above-described process. The catalyst for hydrogen peroxide generation may have a more economical advantage than conventional catalysts because it contains manganese (Mn) instead of conventional platinum-based catalysts and non-noble metal-based catalysts. In addition, the catalyst exhibits stable hydrogen peroxide selectivity even under low voltage and high voltage conditions, and thus it is considered that the catalyst can be widely used in a technical field requiring generation of hydrogen peroxide.

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.

실시예Example

비교예Comparative Example 1(질소가  1 (nitrogen 도핑된Doped 탄소 촉매의 제조) Preparation of carbon catalyst)

아닐린2 ml와 실리카 입자 16 g (입자크기: 5 nm) 와 산화제인 과황산암모늄((NH4)2S2O8 )3.14 g을 포름산 용액에서 교반하면서 5 ℃ 에서 중합공정을 진행하였다. 이후, 상기 생성된 물질을 증류수를 이용하여 pH값이 5-6 정도가 되도록 세척하였다. 이어서 세척된 물질을 60-70 ℃ 의 오븐에서 하루정도 건조한 후, 상기 생성된 물질을 아르곤 분위기 하에서 800 ℃ 의 온도에서 2시간 동안 열처리하였다. 이어서, 열처리된 물질에 대하여 1 M NaOH 의 용액에서 100 ℃ 의 온도에서 24 시간 동안의 수열 반응을 진행하여 실리카 입자를 제거하였다. 이후, 상기 생성된 물질을 증류수를 이용하여 pH값이 5-6 정도가 되도록 세척한 후 60-70 ℃ 온도의 오븐에서 하루정도 건조시켰다. 이후, 상기 생성된 물질을 아르곤 분위기 하에서 800 ℃ 의 온도에서 2시간 동안 열처리하여 과산화수소 생성용 촉매를 제조하였다.Polymerization was carried out at 5 ° C with 2 ml of aniline, 16 g of silica particles (particle size: 5 nm) and 3.14 g of ammonium persulfate ((NH 4 ) 2 S 2 O 8 ) as an oxidizing agent in a formic acid solution. Then, the resultant material was washed with distilled water to a pH value of about 5-6. The washed material was then dried in an oven at 60-70 ° C for a day and then the resulting material was heat treated at 800 ° C for 2 hours under an argon atmosphere. Subsequently, hydrothermal reaction was carried out for 24 hours at 100 ° C in a solution of 1 M NaOH to remove the silica particles. Then, the resultant material was washed with distilled water to a pH value of about 5-6 and then dried in an oven at 60-70 ° C for about one day. Then, the produced material was heat-treated at 800 ° C for 2 hours under an argon atmosphere to prepare a catalyst for producing hydrogen peroxide.

비교예Comparative Example 2 및 3 2 and 3

비교예 1에서 실리카 입자의 크기를 12 nm(비교예 1) 및 20 nm(비교예 2) 로 다르게 한 것을 제외하고는 동일한 공정을 수행하여 과산화수소 생성용 촉매를 제조하였다.The catalyst for the production of hydrogen peroxide was prepared by carrying out the same process except that the size of the silica particles in Comparative Example 1 was changed to 12 nm (Comparative Example 1) and 20 nm (Comparative Example 2).

실시예Example 1(질소와 망간이  1 (nitrogen and manganese 도핑된Doped 탄소 촉매의 제조) Preparation of carbon catalyst)

아닐린 2 ml, 실리카 입자 16 g (입자 크기: 12 nm), 과황산암모늄(NH4)2S2O8 3.14 g 및 아세트산 망간 5 g을 포름산 용액 하에서 교반하면서 5 ℃에서 중합공정을 진행하였다. 이후, 상기 생성된 물질의 증류수를 이용하여 pH값이 5-6 정도가 되도록 세척하는 한 후, 60-70 ℃ 의 오븐에서 하루정도 건조하였다. 이어서, 상기 생성된 물질을 아르곤 분위기 하에서 800 ℃ 의 온도에서 2시간 동안 열처리한 후, 1 M NaOH 의 용액에서 100 ℃ 의 온도에서 24 시간 동안의 수열 반응을 통해서 실리카 입자를 제거하였다. 이후, 증류수를 이용하여 pH값이 5-6 정도가 되도록 세척한 후, 60-70 ℃ 온도의 오븐에서 하루정도 건조시킨 후 아르곤 분위기 하에서 800 ℃ 의 온도에서 2시간 동안 열처리하여 과산화수소 생성용 촉매를 제조하였다.Aniline 2 ml, 16 g of silica particles (particle size: 12 nm), and ammonium sulfate (NH 4) 2 S 2 O 8 3.14 g and 5 g of manganese acetate were stirred at 5 DEG C while stirring in a formic acid solution. Thereafter, the resulting material was washed with distilled water to a pH value of about 5-6, and then dried in an oven at 60-70 ° C. for one day. Then, the resultant material was heat-treated at a temperature of 800 ° C for 2 hours under an argon atmosphere, and then silica particles were removed by hydrothermal reaction at a temperature of 100 ° C in a 1 M NaOH solution for 24 hours. Thereafter, the catalyst was washed with distilled water to a pH value of about 5-6, dried in an oven at 60-70 ° C for a day, and then heat-treated at 800 ° C for 2 hours under an argon atmosphere to obtain a catalyst for producing hydrogen peroxide .

실시예Example 2 2

실시예 1에서 아세트산 망간의 투입량을 5g 대신 10g로 한 것을 제외하고는 동일한 공정을 수행하여 과산화수소 생성용 촉매를 제조하였다.Except that the amount of manganese acetate added in Example 1 was changed to 10 g instead of 5 g, a catalyst for producing hydrogen peroxide was prepared.

실시예Example 3 내지 4 3 to 4

실시예 1에서 실리카 입자의 크기를 12 nm (실시예 3) 및 20 nm(실시예 4) 로 다르게 한 것을 제외하고는 동일한 공정을 수행하여 과산화수소 생성용 촉매를 제조하였다.The same process was carried out except that the size of the silica particles in Example 1 was changed to 12 nm (Example 3) and 20 nm (Example 4) to prepare a catalyst for hydrogen peroxide generation.

실시예Example 5(질소가  5 (Nitrogen 도핑된Doped 탄소물질에 망간이  Manganese in the carbon material 후처리된Post-processed 촉매의 제조) Preparation of catalyst <

아닐린 2 ml, 실리카 입자 16 g (입자 크기: 12 nm), 과황산암모늄(NH4)2S2O8 3.14 g을 포름산 용액 하에서 반하면서 이를 5 ℃ 중합공정을 진행하였다. 상기 생성된 물질의 증류수를 이용하여 pH값이 5-6 정도가 되도록 세척한 후, 60-70 ℃ 의 오븐에서 하루정도 건조하였다. 이에 따라 생성된 물질을 아르곤 분위기 하에서 800 ℃ 의 온도에서 2시간 동안 열처리한 후, 1 M NaOH 의 용액에서 100 ℃ 의 온도에서 24 시간 동안의 수열 반응을 통해서 실리카 입자를 제거하였다. 이후, 상기 생성된 물질을 증류수를 이용하여 pH값이 5-6 정도가 되도록 세척한 후, 60-70 ℃ 온도의 오븐에서 하루정도 건조하였다. 이후, 상기 생성된 카본 물질 0.1 g 대비 아세트산 망간의 질량비를 5g을 에탄올 또는 메탄올 등의 용매에 함침시켜 80 ~ 90 ℃ 의 온도에서 교반하였다. 이후, 상기 생성된 물질을 아르곤 분위기 하에서 800 ℃ 의 온도에서 2시간 동안 열처리하여 과산화수소 생성용 촉매를 제조하였다.Aniline 2 ml, 16 g of silica particles (particle size: 12 nm), and ammonium sulfate (NH 4) 2 S 2 O 8 3.14 g of the polymer was reacted in a formic acid solution and the polymerization was carried out at 5 ° C. The resulting material was washed with distilled water to a pH value of about 5-6, and then dried in an oven at 60-70 ° C. for one day. The resulting material was heat-treated at 800 ° C. for 2 hours under an argon atmosphere, and silica particles were removed by hydrothermal reaction at a temperature of 100 ° C. in a 1 M NaOH solution for 24 hours. Thereafter, the resultant material was washed with distilled water to a pH value of about 5-6, and then dried in an oven at 60-70 ° C for a day. Then, 5 g of manganese acetate in a mass ratio of 0.1 g of the carbon material was impregnated with a solvent such as ethanol or methanol, and the mixture was stirred at a temperature of 80 to 90 ° C. Then, the produced material was heat-treated at 800 ° C for 2 hours under an argon atmosphere to prepare a catalyst for producing hydrogen peroxide.

실시예Example 6 내지 8 6 to 8

실시예 5에서 카본 물질 0.1 g 대비 아세트산 망간의 질량비를 0.5 g(실시예 6), 2 g (실시예 7) 및 7g (실시예 8)으로 다르게 한 것을 제외하고는 동일한 공정을 수행하여 과산화수소 생성용 촉매를 제조하였다.The same procedure was followed except that the mass ratio of manganese acetate to 0.1 g of the carbon material in Example 5 was changed to 0.5 g (Example 6), 2 g (Example 7) and 7 g (Example 8) to produce hydrogen peroxide Lt; / RTI >

실시예Example 9 및 10 9 and 10

실시예 5에서 실리카 입자의 크기를 5 nm 및 20 nm 로 다르게 한 것을 제외하고는 동일한 공정을 수행하여 과산화수소 생성용 촉매를 제조하였다.The catalyst for the production of hydrogen peroxide was prepared by carrying out the same process except that the size of the silica particles was changed to 5 nm and 20 nm in Example 5.

[실험예][Experimental Example]

실험예Experimental Example 1. 합성된 질소 및 질소와 망간이 포함된 탄소 물질의 산소 환원 반응에 대한 반응성 평가 1. Evaluation of reactivity to oxygen reduction reaction of synthesized nitrogen and nitrogen and manganese-containing carbon materials

먼저, 산소환원 반응성은 Pt와이어(Pt-wire)를 이용한 상대전극(counter electrode), 포화 칼로멜 전극(Saturated Calomel Electrode, SCE)을 이용한 기준전극, 그리고 촉매를 이용한 작업 전극(working electrode)으로 구성된 3전극 시스템(three electrode system)에서 실험하였다.First, the oxygen reduction reactivity is measured by using a counter electrode using a Pt wire, a reference electrode using a saturated calomel electrode (SCE), and a working electrode composed of a catalyst Electrode system (three electrode system).

이때, 작업 전극은 5 mg 의 실시예들 내지 비교예들에 따른 촉매를 50 ㎕의 나피온(Nafion)용액과 500 ㎕의 아이소프로필 알코올(Isopropyl alcohol) 용액의 잉크 용액에 섞은 뒤, 30 분 정도의 음파처리 공정을 거쳐 회전 링-디스크 전극(Rotating ring disk electrode)의 디스크 전극(disk electrode)부분에 용액의 15 ㎕를 올려 준비하였다.At this time, 5 mg of the working electrode was mixed with 50 μl of Nafion solution and 500 μl of isopropyl alcohol solution of the catalyst according to Examples and Comparative Examples, And 15 μl of the solution was put on the disk electrode portion of the rotating ring disk electrode.

이후, 산소 환원 반응 실험은 산소가 포화된 1M의 HClO4 전해질에서 실험하였으며, 산소 반응 중 과산화수소의 생성량은 1.0 V vs RHE의 전압이 적용된 회전 링 디스크 전극을 통하여 수득되었다.The oxygen reduction experiments were carried out in an oxygen saturated 1M HClO 4 electrolyte and the amount of hydrogen peroxide produced during the oxygen reaction was obtained through a rotating ring disc electrode with a voltage of 1.0 V vs RHE.

도 3a 및 3b는 본 발명의 실시예 5에 따라 생성된 탄소 촉매의 산소 환원 반응성 결과를 보여준다. 구체적으로, 도 3a 및 3b에서는 실시예 5에 의해 생성된 질소가 도핑된 카본 물질의 양 0.1 g 대비 5 g의 아세트산 망간을 함침시킨 후 800 ℃ 아르곤 상에서 열처리하여 생성된 전극 물질의 산소환원반응에 대한 전기화학적 결과 값을 보여준다. 이때, 도 3a의 윗 그래프는 링 디스크 전극의 값을 나타내며 아래의 그래프는 디스크 전극의 전류 값을 나타낸다. 도 3b그래프는 도 3a에 따라 얻어진 디스크 전류 값과 링 디스크 전류 값의 비율의 차이를 이용하여 각각 n = 4*Id/(Id+(Ir/N)), H2O2(%) = 200*(Ir/N)/(Id+(Ir/N))의 식으로 계산된 전자전송횟수(electron transfer number)인 n값과 과산화수소의 선택도를 보여준다. 상기 식에서, Id과Ir는 각각 비활성 기체인 아르곤 상에서의 값을 보정한 디스크 전류의 값과 링 디스크 전류 값을 나타내며, N값은 컬렉션 효율(Collection efficiency)의 값으로 0.37이다. FIGS. 3A and 3B show the oxygen reduction reactivity results of the carbon catalyst produced according to Example 5 of the present invention. FIG. Specifically, in FIGS. 3A and 3B, 5 g of manganese acetate was impregnated with 0.1 g of the nitrogen-doped carbon material produced in Example 5, followed by heat treatment at 800 ° C. in argon, The electrochemical results are shown. At this time, the upper graph of FIG. 3A shows the value of the ring disk electrode and the lower graph shows the current value of the disk electrode. The graph of FIG. 3B shows the relationship between the disc current value and the ring disc current value obtained in accordance with FIG. 3A using n = 4 * I d / (I d + (I r / N)) and H 2 O 2 (% ) = 200 * (I r / N) / (I d + (I r / N)) and the selectivity of hydrogen peroxide. Where I d and I r are the values of the disc current and ring disk current, respectively, corrected for values on argon, which is an inert gas, and the N value is 0.37 as the value of the collection efficiency.

도 3a 및 도 3b를 살펴보면, 실시예 5에 따라 제조된 촉매를 이용한 경우 결과적으로 각각 0.2 V 와 0.7 V (vs RHE)에서 57 %와 62 %의 과산화수소 생성 값을 보여 굉장히 우수한 생성률을 보임을 확인할 수 있었다.3A and 3B, it was confirmed that the catalyst prepared according to Example 5 exhibited a very high production rate with a yield of 57% and 62% hydrogen peroxide at 0.2 V and 0.7 V (vs RHE), respectively I could.

한편, 도 4a 및 4b는 비교예 1에 의해 생성된 망간의 전구체 없이 질소만 포함된 다공성 카본 물질을 이용하여 제조된 촉매의 RRDE 결과를 나타낸다. 이를 살펴보면, 비교예 1에 의한 촉매의 경우, 거의 대부분의 전압 구간에서 4전자 반응을 보이며(도 4b), 이의 따른 과산화수소의 양도 전 전압 구간에서 15 % 이하의 값을 보이고, 특히 0.1 V에서 4 %의 값을 보임을 확인할 수 있었다. 4A and 4B show RRDE results of the catalyst prepared using the porous carbon material containing only nitrogen without the precursor of manganese produced by Comparative Example 1. FIG. In the case of the catalyst according to Comparative Example 1, 4 electrons were observed in almost all the voltage regions (FIG. 4b), and the hydrogen peroxide was not more than 15% %, Respectively.

따라서, 질소만 포함된 탄소물질을 이용하여 촉매를 제조한 경우 보다 질소와 망간이 포함된 탄소물질을 이용하여 촉매를 제조한 경우, 산소 환원 반응을 진행함에 있어 2전자 반응으로 반응이 진행되고 이에 따른 과산화수소에 대한 선택도도 증가하는 것을 알 수 있었다.Therefore, when a catalyst is prepared using a carbon material containing nitrogen and manganese rather than a catalyst prepared using a carbon material containing only nitrogen, the reaction proceeds by a two-electron reaction in the progress of the oxygen reduction reaction. The selectivity to hydrogen peroxide was also increased.

한편, 도 5a 및 5b에서는 실시예 1에 의해 망간 전구체가 전처리된 탄소 물질을 이용하여 제조된 촉매의 RRDE 결과를 나타낸다. 질소만이 포함된 도 4b의 값에 비해 과산화수소의 양이 전 구간에서 약간 증가하였으나 가장 높은 전압에서 18 %의 값을 보여 도 3b에서 보인 망간 전구체가 후처리된 탄소 물질의 결과보다는 낮은 과산화수소 선택도를 보임을 확인할 수 있었다.5A and 5B show RRDE results of the catalyst prepared using the carbon material pretreated with the manganese precursor according to Example 1. FIG. Although the amount of hydrogen peroxide was slightly increased over the entire period compared with the value of FIG. 4b containing only nitrogen, the manganese precursor shown in FIG. 3b had lower hydrogen peroxide selectivity than the post-treated carbon material Respectively.

이에 따라, 도 3a 내지 5b로부터 질소만이 포함된 탄소물질보다 망간이 포함되었을 때 과산화수소에 대한 선택도가 크게 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 특히 제조단계에서 망간 전구체가 후처리된 탄소 물질을 이용하여 촉매를 제조하는 경우 과산화수소에 대한 선택도가 크게 증가하는 것을 확인할 수 있었다.3A to 5B, it was confirmed that the selectivity to hydrogen peroxide was significantly increased when manganese was added to the carbon material containing only nitrogen, and in particular, the carbon material after the manganese precursor was subjected to post- It was confirmed that the selectivity to hydrogen peroxide greatly increased when the catalyst was prepared.

실험예Experimental Example 2. 망간 전구체 함량 변화에 따른 산소 환원 반응에 반응성 평가 2. Evaluation of reactivity to oxygen reduction reaction according to manganese precursor contents

도 9는 망간 전구체를 후처리 하였을 때 넣는 망간 전구체의 양을 변화시켰을 때 이에 따른 과산화수소의 생성량의 변화를 나타내주는 도면이다.FIG. 9 is a graph showing changes in the amount of hydrogen peroxide produced when the amount of manganese precursor added when the manganese precursor was post-treated was changed.

도 9에서 보는 바와 같이 실시예 5내지 7에 따라 탄소물질을 생성하는 과정에서 망간 전구체의 양을 0.1g의 질소가 포함된 탄소물질대비 0.5 g, 2 g 및 5 g으로 증가함에 따라 산소환원반응이 일어남에 있어 2전자 반응으로 더 많이 진행되어 과산화수소에 대한 선택도가 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 아울러, 실시예 8 역시 2전자 반응이 더 많이 진행되어 과산화수소에 대한 선택도가 증가하는 것으로 예측할 수 있었다. As shown in FIG. 9, the amounts of manganese precursor were increased to 0.5 g, 2 g, and 5 g based on 0.1 g of nitrogen-containing carbon material in the course of producing carbon material according to Examples 5 to 7, And the selectivity to hydrogen peroxide was increased by two electron reactions. In addition, it can be predicted that the selectivity for hydrogen peroxide increases in Example 8 as the two-electron reaction proceeds more.

실험예Experimental Example 3. 합성된 질소 및 질소와 망간이 포함된 탄소 물질의 물리적 특성 평가 3. Assessment of Physical Properties of Synthesized Nitrogen and Carbon Substances Containing Nitrogen and Manganese

실시예 1, 2 및 5에서 제조한 탄소 촉매에 대하여 각각 TEM 분석, XRD 분석 및 XPS 분석을 실시하고 이에 대한 결과를 도 2, 도 6, 도 7 및 도 8에 나타내었다. The carbon catalysts prepared in Examples 1, 2 and 5 were subjected to TEM analysis, XRD analysis and XPS analysis, respectively, and the results are shown in FIGS. 2, 6, 7 and 8.

먼저, 도 2a 및 2b는 실시예 1에 따라 생성된 물질의 TEM 결과를 통하여 다공성의 카본 물질이 생성되는 것을 알 수 있다. 또한, 도 2c및 2d를 살펴보면, 실시예 5에 따라 생성된 물질의 TEM 결과를 통하여 다공성의 카본 물질 상에 망간 산화물이 올려져 있는 것을 확인할 수 있다.First, FIGS. 2A and 2B show that a porous carbon material is formed through the TEM result of the material produced according to the first embodiment. Referring to FIGS. 2c and 2d, it can be seen that manganese oxide is deposited on the porous carbon material through the TEM results of the material produced according to Example 5. FIG.

한편, 도 6의 XRD 결과를 보면 실시예 1 및 2에 따라 제조된 MnNC_5g과 MnNC_10g의 경우 얇은 피크 들이 부재하고 넓은 피크들만이 존재함을 확인할 수 있으며, 이는 무정형의 카본 물질이 존재하는 것을 보여주며 망간옥사이드의 경우 그 양이 너무 작아 이에 대한 피크는 관찰되지 않은 것으로 판단된다. 이에 반해, 망간의 전구체가 후처리 된 실시예 5(Mn post treatment)의 경우, MnO에 해당하는 피크들이 보이는 것을 관찰할 수 있었으며, 이는 망간 전구체를 후처리 했을 때 더 많은 양의 망간 산화물이 생성되기 때문인 것으로 판단된다.On the other hand, in the XRD results of FIG. 6, it can be seen that MnNC_5g and MnNC_10g prepared according to Examples 1 and 2 do not have thin peaks and only wide peaks are present. This shows that amorphous carbon material exists In the case of manganese oxide, the amount of manganese oxide is too small and no peak is observed. In contrast, in Example 5 (Mn post treatment) in which the precursor of manganese was post-treated, peaks corresponding to MnO were observed, indicating that when the manganese precursor was post-treated, a larger amount of manganese oxide was produced .

아울러, 도 7a 및 7b는 실시예 1에 의해 생성된 망간과 질소가 포함된 카본물질의 XPS 결과를 보여준다. 여기에서도 XRD 결과와 마찬가지로 생성된 산화망간의 양이 매우 작기 때문에 표면 분석 기법인 XPS의 결과에서도 망간이 보이지 않는 것을 관찰할 수 있다. 이때, 생성된 물질의 원소는 각각 질소, 산소, 카본으로 그 양은 4.55 at.%, 4.77 at.%, 90.68 at.%로 관찰되었다. 또한, 질소 피크를 분석해본 결과 도 7b에 보이는 바와 같이 피리디닉 질소(Pyridinic N), 피롤릭 질소(pyrrolic N), 퀀터너리 질소(quaternary N), 옥사이다이즈드 질소(oxidized N)의 양이 각각 19.8 at.%, 9.8 at.%, 48.9 at.%, 21.3 at%가 존재하는 것을 알 수 있었다. 7A and 7B show XPS results of the manganese and nitrogen-containing carbon materials produced by Example 1. FIG. Here, as in the case of XRD results, the amount of manganese oxide produced is very small, so that manganese is not observed even in the result of XPS, a surface analysis technique. At this time, the elements of the produced material were nitrogen, oxygen, and carbon, respectively, and the amounts were 4.55 at.%, 4.77 at.%, And 90.68 at.%. As a result of analyzing the nitrogen peak, the amount of pyridic N, pyrrolic N, quaternary N, and oxidized N, as shown in FIG. 7B, , Respectively, were found to be 19.8 at.%, 9.8 at.%, 48.9 at.% And 21.3 at%, respectively.

도 8a 내지 8d는 실시예 5에 의해 생성된 질소가 포함된 탄소에 망간이 후처리된 물질의 XPS 결과를 보여준다. Survey 분석에서 보이는 바와 같이 생성된 물질의 표면에 존재하는 원소는 카본, 망간, 산소 및 질소 이며 이에 대한 양은 76.76 at.%, 4.72 at.%, 12.67 at.% 그리고 5.85 at.% 임을 확인할 수 있었다. 또한, 물질의 표면에 존재하는 질소의 구성은 각각 피리디닉 질소(Pyridinic N), 피롤릭 질소(pyrrolic N), 퀀터너리 질소(quaternary N), 옥사이다이즈드 질소(oxidized N)이 14.5, 11.7, 45.1 그리고 14.5 at.%로 퀀터너리 질소(quaternary N)가 가장 많은 부분을 차지하였다. 망간의 산화된 형태는 가장 많은 부분을 차지하는 것이 Mn2 +의 값으로 XRD에서 보여준 MnO의 망간의 산화수와 일치하는 값을 보임을 확인할 수 있었다.Figures 8a to 8d show the XPS results of the manganese-post-treated material of the carbon containing nitrogen produced by Example 5. As can be seen from the Survey analysis, the elements present on the surface of the produced material are carbon, manganese, oxygen and nitrogen, and the amounts thereof are 76.76 at.%, 4.72 at.%, 12.67 at.% And 5.85 at. . The composition of the nitrogen present on the surface of the material is pyridine N, pyrrolic N, quaternary N, oxidized N 14.5, Quaternary nitrogen (N) occupied the largest portion at 11.7, 45.1 and 14.5 at.%. It was confirmed that the oxidized form of manganese occupies the most part, which is the value of Mn 2 + , which corresponds to the oxidation number of manganese of MnO shown in XRD.

상술한 바와 같이, 본 발명의 구현예에 따라 제조된 과산화수소 생성용 촉매는 다공성 탄소 지지체 및 이에 형성된 망간 산화물을 포함할 수 있으며, 기존에 알려진 과산화수소 생성용 촉매와 달리 다음과 같은 차별성을 가질 수 있다.As described above, the catalyst for producing hydrogen peroxide produced according to the embodiment of the present invention may include a porous carbon support and manganese oxide formed thereon, and may have the following differentiation from the known catalyst for hydrogen peroxide generation .

1) 기존의 과산화수소를 생성하기 위한 촉매로 백금 기반의 촉매 (비 특허문헌 1) 등은 산소 환원 반응의 촉매로서 쓰였을 때 2전자 반응에 대한 또는 과산화수소의 생성에 대한 선택도가 높다고 할지라도 귀금속 촉매의 비용으로 인해 촉매의 실제 적용성이 낮다. 이에 반해, 본 발명의 구현예에 따라 제조된 촉매의 경우, 가격 측면에서 매우 경제적인 망간 기반의 촉매를 활용하여 과산화수소에 대한 선택도를 높이고자 했다는 점에서 그 차이가 있다. 1) As a catalyst for generating hydrogen peroxide, platinum-based catalysts (Non-Patent Document 1) and the like are used as a catalyst for oxygen reduction reaction. Even if the selectivity for two-electron reaction or hydrogen peroxide generation is high, The practical applicability of the catalyst is low. In contrast, the catalyst prepared according to the embodiment of the present invention differs in that the selectivity to hydrogen peroxide is increased by utilizing a manganese-based catalyst which is very economical in terms of cost.

2) 아울러, 기존의 비귀금속 촉매를 활용한 예를 살펴보면 질소가 함유된 메조포러스 카본을 과산화수소의 형성을 위한 촉매로 활용한 예에서 (비특허문헌 2)는, 카본 물질을 생성하기 위해 값이 비싼 이온성 액체(ionic liquid)를 사용하는데, 이것 역시 실제 상용적으로 적용하기 에는 어려움이 있다. 이에 반해, 본 발명의 구현예에 따라 제조된 촉매의 경우, 가격 측면에서 매우 경제적인 망간 기반의 촉매를 활용하여 과산화수소에 대한 선택도를 높이고자 했다는 점에서 그 차이가 있다. 2) In addition, in the case of using a conventional noble metal catalyst, in an example in which mesoporous carbon containing nitrogen is used as a catalyst for the formation of hydrogen peroxide (Non-Patent Document 2), a value Expensive ionic liquids, which are also difficult to apply in practice. In contrast, the catalyst prepared according to the embodiment of the present invention differs in that the selectivity to hydrogen peroxide is increased by utilizing a manganese-based catalyst which is very economical in terms of cost.

3) 또 다른 예시로는 코발트를 카본블랙(Vulcan carbon)과 열처리하여 과산화수소의 형성을 위한 촉매로 적용한 예를 들 수 있다 (비특허문헌 3). 이 물질의 경우 낮은 전압에서는 비교적 높은 과산화수소 선택도를 보였지만 (94 % @ 0.2 V) 높은 전압에서는 과산화수소의 선택도가 급격히 감소하여 (55 % @ 0.6 V) 실제 단위 셀의 단위 전지 등에서는 과산화수소가 생성되는 양이 미미할 것으로 예상되고, 실제로 논문상에는 반쪽 전지의 결과만 명시되어 있다. 이에 반해, 본 발명의 구현예에 따라 제조된 촉매는 낮은 전압과 높은 전압에서 과산화수소의 선택도가 비교적 일정한 값, 57 % @ 0.2V, 62 % @ 0.6V의 값을 보여 단위전지 상에서도 비교적 안정적인 값을 보여줄 것으로 예상된다.3) Another example is the application of cobalt as a catalyst for the formation of hydrogen peroxide by heat treatment with carbon black (Vulcan carbon) (Non-Patent Document 3). The selectivity of hydrogen peroxide at a high voltage (55% @ 0.6 V) is significantly reduced at a high voltage (94% @ 0.2 V), but the hydrogen peroxide is generated in a unit cell of an actual unit cell And the results of the half-cell are actually specified in the paper. On the contrary, the catalyst prepared according to the embodiment of the present invention has a relatively constant selectivity of hydrogen peroxide at low voltage and high voltage, 57% @ 0.2 V and 62% @ 0.6 V, .

이에 따라, 본 발명의 구현예들에 따르면, 비교적 경제적인 비용으로 과산화수소생성용 촉매를 제조할 수 있다. 또한, 상기 촉매는 낮은 전압 및 높은 전압 조건 하에서도 안정적인 과산화수소 선택도를 보여 과산화수소 생성이 요구되는 기술분야에서 널리 용이하게 사용될 수 있다.Thus, according to embodiments of the present invention, a catalyst for hydrogen peroxide generation can be manufactured at a relatively low cost. In addition, the catalyst exhibits stable hydrogen peroxide selectivity even under low voltage and high voltage conditions, and thus can be widely used in the technical field where hydrogen peroxide generation is required.

앞에서 설명된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.The embodiments of the present invention described above should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art will be able to modify the technical idea of the present invention in various forms. Accordingly, such improvements and modifications will fall within the scope of protection of the present invention as long as it is obvious to those skilled in the art.

Claims (11)

과산화수소 생성용 촉매의 제조방법으로서,
실리카 입자를 고분자 전구체의 중합 과정에 첨가하고 반응시켜 실리카-고분자 복합 재료를 제조하는 단계;
상기 실리카-고분자 복합 재료를 탄화시키는 단계;
상기 탄화된 실리카-고분자 복합 재료로부터 실리카 입자를 제거하여 다공성 탄소 지지체를 형성하는 단계; 및
상기 다공성 탄소 지지체에 망간 전구체를 첨가한 후 반응시켜, 망간 산화물 및 다공성 탄소 지지체의 복합체를 포함하는 과산화수소 생성용 촉매를 제조하는 단계; 를 포함하고,
상기 과산화수소 생성용 촉매의 과산화수소 선택도는 0.6V에서 60% 이상인 것을 특징으로 하는, 과산화수소 생성용 촉매의 제조 방법.
A process for producing a catalyst for hydrogen peroxide generation,
Adding silica particles to a polymerization precursor of a polymer precursor and reacting them to prepare a silica-polymer composite material;
Carbonizing the silica-polymer composite material;
Removing the silica particles from the carbonized silica-polymer composite to form a porous carbon support; And
Adding a manganese precursor to the porous carbon support and then reacting the mixture to prepare a catalyst for generating hydrogen peroxide including a composite of a manganese oxide and a porous carbon support; Lt; / RTI >
Wherein the hydrogen peroxide selectivity of the catalyst for hydrogen peroxide generation is 60% or more at 0.6V.
제1항에 있어서,
상기 실리카 입자는 고분자 전구체 100중량부에 대하여 700 내지 900 중량부로 첨가되는, 과산화수소 생성용 촉매의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the silica particles are added in an amount of 700 to 900 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer precursor.
제1항에 있어서,
상기 실리카 입자는 3 내지 30nm의 크기를 갖는, 과산화수소 생성용 촉매의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the silica particles have a size of 3 to 30 nm.
제1항에 있어서,
상기 실리카 입자를 제거하는 공정은 염기성 용액을 이용하여 진행되는 것인, 과산화수소 생성용 촉매의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of removing the silica particles is carried out using a basic solution.
제1항에 있어서,
상기 고분자 전구체는 아닐린, 아세틸렌, 피롤, 티오펜 및 설퍼니트리드로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하고,
상기 망간 전구체는 망간 아세테이트, 망간 나이트레이트 및 망간 셀페이트로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하는, 과산화수소 생성용 촉매의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the polymer precursor comprises at least one member selected from the group consisting of aniline, acetylene, pyrrole, thiophene, and sulfinitride,
Wherein the manganese precursor comprises at least one selected from the group consisting of manganese acetate, manganese nitrate and manganese sulphate.
제1항에 있어서,
상기 망간 전구체는 상기 다공성 탄소 지지체 100 중량부에 대하여 500 내지 7,000 중량부로 첨가되는, 과산화수소 생성용 촉매의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the manganese precursor is added in an amount of 500 to 7,000 parts by weight based on 100 parts by weight of the porous carbon support.
제1항에 있어서,
상기 다공성 탄소 지지체와 망간 전구체를 반응시키는 단계는 250 내지 500℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 과산화수소 생성용 촉매의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of reacting the porous carbon support and the manganese precursor is carried out at 250 to 500 ° C.
제1항에 있어서,
상기 실리카 입자를 고분자 전구체의 중합 과정에 첨가할 때, 개시제를 더 첨가하고,
상기 개시제는 과황산암모늄((NH4)2S2O8), 과황산암모늄((NH4)2S2O8), 과산화수소, 산화망간, 중크롬산칼륨, 요오드산칼륨, 염화 제2철, 과망간산칼륨, 브롬산칼륨 및 염소산칼륨 으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나이상을 더 포함하는, 과산화수소 생성용 촉매의 제조 방법.
The method according to claim 1,
When the silica particles are added to the polymerization process of the polymer precursor, an initiator is further added,
(NH 4 ) 2 S 2 O 8 ), ammonium persulfate ((NH 4 ) 2 S 2 O 8 ), hydrogen peroxide, manganese oxide, potassium bichromate, potassium iodate, ferric chloride, Wherein the catalyst further comprises at least one selected from the group consisting of potassium permanganate, potassium bromate and potassium chlorate.
과산화수소 생성용 촉매로서,
상기 과산화수소 생성용 촉매는 망간 산화물 및 다공성 탄소 지지체의 복합체를 포함하고,
상기 다공성 탄소 지지체는 질소 도핑된 것이며,
상기 과산화수소 생성용 촉매의 과산화수소 선택도는 0.6V에서 60% 이상인 것을 특징으로 하는, 과산화수소 생성용 촉매.
As a catalyst for producing hydrogen peroxide,
Wherein the catalyst for hydrogen peroxide generation comprises a composite of a manganese oxide and a porous carbon support,
The porous carbon support is nitrogen-doped,
Wherein the hydrogen peroxide selectivity of the catalyst for hydrogen peroxide generation is 60% or more at 0.6 V.
제9항에 있어서,
상기 망간 산화물은 이산화망간(MnO2), 삼산화망간(Mn2O3), 사산화삼망간 (Mn3O4) 및 일산화망간(MnO) 으로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상을 포함하고,
상기 다공성 탄소 지지체는 복수 개의 기공을 포함하며,
상기 기공은 3 내지 30nm의 크기를 갖는, 과산화수소 생성용 촉매.
10. The method of claim 9,
Wherein the manganese oxide includes at least one selected from the group consisting of manganese dioxide (MnO 2 ), manganese trioxide (Mn 2 O 3 ), manganese oxide (Mn 3 O 4 ), and manganese oxide (MnO)
Wherein the porous carbon support comprises a plurality of pores,
Wherein the pores have a size of 3 to 30 nm.
제9항에 있어서,
상기 과산화수소 생성용 촉매는 다공성 탄소 지지체 100 중량부에 대하여, 60 내지 7,000 중량부의 망간 산화물을 포함하는, 과산화수소 생성용 촉매.
10. The method of claim 9,
Wherein the catalyst for producing hydrogen peroxide comprises 60 to 7,000 parts by weight of manganese oxide with respect to 100 parts by weight of the porous carbon support.
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