KR20190107432A - 양기능성 촉매 제조 방법 및 그 양기능성 촉매, 이를 이용한 전극 - Google Patents
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Abstract
개시된 실시예에 따른 촉매 제조 방법은 용매에 코발트 전구체, 전이금속 카바이드 전구체, 그래핀 전구체 및 질소 전구체를 혼합하여 전구체 혼합 용액을 제조하는 단계와, 전구체 혼합 용액에서 용매를 증발시켜 전구체 혼합물을 획득하는 단계와, 전구체 혼합물을 열처리하여 질소가 도핑된 그래핀에 코발트 나노입자와 전이금속 카바이드 나노입자가 물리적 및 화학적으로 결합된 촉매를 생성하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 양기능성 촉매 제조 방법 및 그 양기능성 촉매, 이를 이용한 전극에 관한 것으로서, 산소발생반응 및 산소환원반응에 높은 활성을 갖는 양기능성 촉매를 제조하는 방법, 이렇게 제조된 양기능성 촉매 및 이러한 양기능성 촉매를 이용한 전극에 관한 것이다.
파리 협정으로 2020년부터 발효되는 신 기후체제는 기존의 교토의정서에 비해 강화된 규제 의무를 부과하게 된다. 이에 따라 신 기후체제에서는 기존의 화석 연료에 의존한 발전 방식이 아닌 친환경적이고 지속가능한 형태의 발전 방식에 대한 수요가 높을 것으로 예상된다. 탄소 배출 감축 의무가 부과되지 않았던 교토의정서 체제와는 달리 신 기후체제에서는 우리나라에게 탄소 배출 감축을 위한 의무가 부과되었다. 따라서 신 기후체제에 효과적으로 대응하기 위해서는 친환경 에너지 장치의 소재와 시스템 개발에 관심을 기울여 탄소 배출 감축에 적극적으로 나서야 한다.
이를 위해 재생에너지 발전비율이 높아지고, 잉여전력을 저장하는 기술에 대한 수요가 증가할 전망이다. 잉여전력으로 수소를 생산하고, 전력이 부족할 때에 저장된 수소를 통해 전기를 생산하는 일체형 가역 연료전지는 이상적인 전력저장장치로서 알려져 있으며, 리튬-공기전지는 리튬이온 전지보다 월등히 높은 에너지 밀도를 갖는다. 이러한 전기화학적 에너지 변환 장치들의 주요한 특징은 산소를 연료의 연소에 이용하는 기존 내연 기관의 특징과는 달리 산소를 전기화학적으로 산화 및 환원시킨다는 것이며, 산소극의 전기화학적 반응으로 인해 기존의 내연 기관과는 달리 연료의 연소에 의한 NOX, SOX와 같은 공해물질의 배출 없이 전기를 생산할 수 있다는 것이다.
그러나 전기화학적 에너지 변환 장치들의 산소극에서 발생하는 산소발생반응(Oxygen evolution reaction; OER)과 산소환원반응(Oxygen reduction reaction; ORR)의 과전압이 높아 현재 기술 수준으로는 내연 기관 대비 시장 경쟁력이 떨어진다. 따라서 산소극의 전기화학 반응을 효과적으로 촉진할 수 있는 촉매를 개발하여 전기화학적 에너지 장치들의 효율을 향상시키는 것이 필요하다. 특히 구동 모드에 따라 산소극에서 산소발생반응과 산소환원반응이 각각 일어나기 때문에, 산소발생반응과 산소환원반응에 모두 높은 활성을 갖는 양기능성 산소극 촉매를 개발할 필요가 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 산소발생반응 및 산소환원반응에 모두 높은 활성을 갖는 양기능성 촉매를 제조하는 방법, 이렇게 제조된 양기능성 촉매 및 이러한 양기능성 촉매를 이용한 전극을 제공한다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제 1 관점에 따른 촉매는 질소가 도핑된 그래핀에 코발트 나노입자와 전이금속 카바이드 나노입자가 상호 계면 형성을 통해 물리적 및 화학적으로 결합된다.
본 발명의 제 2 관점에 따른 전극은 질소가 도핑된 그래핀에 코발트 나노입자와 전이금속 카바이드 나노입자가 상호 계면 형성을 통해 물리적 및 화학적으로 결합된 촉매를 포함하는 산소극을 포함한다.
본 발명의 제 3 관점에 따른 촉매 제조 방법은, 용매에 코발트 전구체, 전이금속 카바이드 전구체, 그래핀 전구체 및 질소 전구체를 혼합하여 전구체 혼합 용액을 제조하는 단계와, 상기 전구체 혼합 용액에서 상기 용매를 증발시켜 전구체 혼합물을 획득하는 단계와, 상기 전구체 혼합물을 열처리하여 질소가 도핑된 그래핀에 코발트 나노입자와 전이금속 카바이드 나노입자가 물리적 및 화학적으로 결합된 촉매를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 산소발생반응 및 산소환원반응에 모두 높은 활성을 갖는 양기능성 촉매 및 이를 이용한 전극을 제공한다. 실시예에 따르면 알칼리 조건에서 종래의 고가의 귀금속 계열 촉매와 유사한 산소발생반응 성능을 발휘할 수 있고, 금속-공기전지 양극에서 발생하는 비수계 산소발생반응과 산소환원반응을 모두 효율적으로 촉진할 수 있으며, 수백 사이클 이상의 충방전이 가능한 금속-공기전지 전극 소재로 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 제조 방법을 이용하여 제조한 촉매의 X-선 회절 결과 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 제조 방법을 이용하여 제조한 촉매와 비교예 1의 그래핀 옥사이드의 형상을 투과전자현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 제조 방법을 이용하여 제조한 촉매를 이용한 반전지 활성 시험 결과 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 제조 방법을 이용하여 제조한 촉매와 비교예 3에 의한 촉매를 이용한 반전지 활성 시험 결과 그래프이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 제조 방법을 이용하여 제조한 전극과 비교예 4에 의한 전극의 리튬-공기전지 성능을 비교한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 제조 방법을 이용하여 제조한 촉매의 X-선 회절 결과 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 제조 방법을 이용하여 제조한 촉매와 비교예 1의 그래핀 옥사이드의 형상을 투과전자현미경으로 관찰한 이미지이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 제조 방법을 이용하여 제조한 촉매를 이용한 반전지 활성 시험 결과 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 제조 방법을 이용하여 제조한 촉매와 비교예 3에 의한 촉매를 이용한 반전지 활성 시험 결과 그래프이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 제조 방법을 이용하여 제조한 전극과 비교예 4에 의한 전극의 리튬-공기전지 성능을 비교한 그래프이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이 일 실시예에 따른 촉매 제조 방법은 용매에 코발트 전구체, 전이금속 카바이드 전구체, 그래핀 전구체 및 질소 전구체를 혼합하여 전구체 혼합 용액을 제조하는 단계(S100, S200)를 포함한다.
여기서, 용매는 증류수, 에틸 알코올(ethyl alcohol), 메틸 알코올(methyl alcohol) 및 아세톤(Acetone) 중 하나 이상을 포함하도록 준비할 수 있다. 그리고, 코발트 전구체는 증류수 및 알코올 계열의 용매에 잘 녹을 수 있는 화합물로 준비할 수 있다. 예컨대, 코발트 전구체는 코발트 아세테이트(Iron acetate), 코발트 아세틸아세토네이트(Iron acetylacetonate), 코발트 나이트레이트(Iron nitrate) 및 코발트 클로라이드(Cobalt chloride) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 아울러, 전이금속 카바이드 전구체 또한 증류수 및 알코올 계열의 용매에 잘 녹을 수 있는 화합물로 준비할 수 있다. 예컨대, 전이금속 카바이드 전구체는 몰리브덴산 암모늄(Ammonium molybdate), 몰르브덴산 암모늄 테트라하이드레이트(Ammonium molybdate tetrahydrate), 파라텅스텐산 암모늄(Ammonium paratungstate), 메타텅스텐산 암모늄(Ammonium metatungstate) 및 메타텅스텐산 암모늄 하이드레이트(Ammonium metatungstate hydrate) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또, 질소 전구체는 약 700 ~ 1000 °C의 온도에서 쉽게 분해되는 유기물로 준비할 경우에 질소 도핑 효율을 높일 수 있다. 예컨대, 질소 전구체는 다이사이안다이아마이드(dicyandiamide), 우레아(urea), 멜라민(melamine), 사이안아마이드(cyanamide) 및 그래파이틱 카본나이트라이드(graphitic carbon nitride; g-C3N4) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
그리고, 일 실시예에 따른 촉매 제조 방법은 전구체 혼합 용액에서 용매를 증발시켜 전구체 혼합물을 획득하는 단계(S300)를 더 포함한다.
여기서, 단계 S200에서 제조된 전구체 혼합 용액의 용매를 증발시키는 공정을 수행하여 전구체 혼합물을 수득한다. 예컨대, 전구체 혼합 용액을 실리콘 오일에 교반하여 중탕하거나 전구체 혼합 용액을 올린 교반기에 직접 열을 가하여 용매를 증발시킬 수 있다. 이때, 실리콘 오일의 온도를 약 60 ~ 80 °C를 유지시키면 전구체의 물성에 영향을 주지 않는다.
아울러, 일 실시예에 따른 촉매 제조 방법은 전구체 혼합물을 열처리하여 질소가 도핑된 그래핀에 코발트 나노입자와 전이금속 카바이드 나노입자가 물리적 및 화학적으로 결합된 코발트-전이금속 카바이드-그래핀 나노 복합체를 생성하는 단계(S400)를 더 포함한다.
여기서, 열처리는 아르곤(Ar), 질소(N2), 암모니아(NH3), 수소(H2), 헬륨(He) 중 하나 이상의 가스 분위기 혹은 진공 분위기 하에서, 약 700 ~ 1000 °C 의 온도 내에서 수행할 수 있다. 예컨대, 열처리는 아르곤(Ar) 혹은 질소(N2) 가스 분위기 하에서 약 800 ~ 900 °C 의 온도 내에서 수행될 수 있으며, 이 경우에 최종적으로 생성되는 촉매의 산소발생반응 및 산소환원반응에 대한 활성이 우수하다.
이처럼, 도 1에 나타낸 바와 같이 일 실시예에 따른 촉매 제조 방법을 이용하면, 코발트 전구체와 전이금속 카바이드 전구체가 각각 나노입자로 성장하여 화학적으로 결합하고, 그래핀에 질소가 도핑되어, 질소가 도핑된 그래핀에 코발트 나노입자와 전이금속 카바이드 나노입자가 상호 계면 형성을 통해 물리적으로 복합된 나노 복합체를 생성할 수 있으며, 이러한 나노 복합체를 산소발생반응 및 산소환원반응에 모두 높은 활성을 갖는 양기능성 촉매로 이용할 수 있다. 즉, 코발트 나노입자와 전이금속 카바이드 나노입자가 그래핀에 물리적 및 화학적으로 결합되어 있는 코발트-전이금속 카바이드-그래핀 나노 복합체의 촉매가 생성된다.
아울러, 코발트-전이금속 카바이드-그래핀 나노 복합체의 촉매에 포함된 나노입자는 약 30~50 nm의 평균 지름을 가질 수 있다. 또한, 코발트-전이금속 카바이드-그래핀 나노 복합체의 촉매는 약 2~3 at.%의 질소가 도핑된 그래핀을 포함한다.
또, 일 실시예에 따르면, 코발트-전이금속 카바이드-그래핀 나노 복합체는 일체형 가역 연료전지 또는 금속-공기전지 등과 같은 전기화학 변환장치에 사용될 수 있다. 즉, 코발트-전이금속 카바이드-그래핀 나노 복합체는 수계 및 비수계 산소 발생 반응 및 산소환원반응에 대한 양기능성을 모두 갖기 때문에 일체형 가역 연료전지의 산소극 촉매 또는 리튬-공기전지의 산소극 촉매로서 사용될 수 있다. 예컨대, 코발트-전이금속 카바이드-그래핀 나노 복합체가 산소극 촉매로서 사용될 경우에, 알칼리(예: 1M KOH)용액조건 및 약 10 mA/cm2의 전류밀도에서 약 340~350 mV의 산소발생반응에 대한 과전압을 가질 수 있으며, 알칼리(예: 0.1M KOH)용액조건에서 약 0.8~0.85 V의 반파전위(Half-wave potential)를 가지는 산소환원반응에 대한 활성을 나타낼 수 있다.
한편, 일 실시예에 따라 제조된 코발트-전이금속 카바이드-그래핀 나노 복합체의 촉매를 포함하는 산소극이 리튬-공기전지의 작동 전극으로서 이용된 경우에, 산소극은 촉매를 교환막에 코팅시키기 위한 바인더 수지 또는 용매를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 산소극은 코발트-전이금속 카바이드-그래핀 나노 복합체의 촉매를 슬러리 코팅 방법에 의해 니켈 메쉬에 코팅함으로써 제조될 수 있다. 이러한 산소극을 포함하는 리튬-공기전지 전극은 약 2.0-4.8 V의 컷오프(cutoff) 전압 범위에서 약 400 mA/g의 전류밀도로 운전하였을 때, 리튬과 산소의 평형 산화환원전위(redox potential) (E0 = 2.96 VLi (2Li+ + O2 + 2e-→ Li2O2) 대비 약 0.8~0.85 V의 산소발생반응 과전압과 약 0.25~0.30 V의 산소환원반응 과전압을 나타낼 수 있으며, 약 2.0-4.8 V의 컷오프 전압(cutoff voltage) 범위에서 약 400 mA/g의 전류밀도로 운전하였을 때, 약 280 사이클까지 충방전 할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 촉매 제조 방법에 따라 제조된 촉매 및 이러한 촉매를 포함하는 전극의 동작 특성을 파악하기 위한, 복수의 실시예, 비교예 및 시험예에 대해 살펴보기로 한다.
<실시예 1: 코발트-몰리브데넘 카바이드-그래핀 나노 복합체의 제조>
코발트 아세테이트 테트라하이드레이트, 몰리브덴산 암모늄과 그래파이틱 카본 나이트라이드, 그래핀 옥사이드를 1:1:1:0.2의 중량비로 정량한 후, 증류수에 용해 및 분산시켜 30분동안 교반하였다. 전구체가 혼합된 용액을 80 °C 실리콘 오일에 중탕 가열하여 증류수를 모두 증발시키고, 수득한 전구체 혼합물을 800 °C 아르곤 가스 분위기 하에서 1시간 열처리하여 코발트-몰리브데넘 카바이드-그래핀 나노 복합체를 제조하였다.
<비교예 1: 그래핀 옥사이드>
허머(Hummer)의 방법에 따라 그래파이트로부터 박리한 그래핀 옥사이드를 준비하였다.
<비교예 2: Pt/C 촉매>
비정질 탄소 지지체 위에 약 2~2.5 nm 크기의 백금 나노입자가 고르게 분포된 프리메텍(Premetek)사의 Pt/C 촉매를 준비하였다.
<비교예 3: 루테늄 옥사이드 촉매>
비교예로서 알파 아에사(Alfa-aesar)사의 루테늄 옥사이드 촉매를 준비하였다.
<실시예 2: 실시예 1 촉매를 사용한 리튬-공기전지 전극의 제조>
케트젠 블랙(Ketjen black)과 실시예 1의 촉매, 바인더로 사용할 플루오르화 폴리비닐리덴(Polyvinylidene fluoride; PVDF)을 0.45 : 0.45 : 0.1의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하고 이를 니켈 메쉬 위에 캐스팅하여 0.5 mg이 로딩된 전극을 제조하였다.
<비교예 4: 케트젠 블랙을 사용한 리튬-공기전지 전극의 제조>
케트젠 블랙과 바인더로 사용할 플루오르화 폴리비닐리덴(Polyvinylidene fluoride; PVDF)을 0.9 : 0.1의 중량비로 혼합하여 슬러리를 제조하고 이를 니켈 메쉬 위에 캐스팅하여 0.5 mg이 로딩 된 전극을 제조하였다.
<시험예 1: 촉매의 형상 분석>
앞서 제조 된 촉매들의 형상을 확인하였다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 코발트-몰리브데넘 카바이드-그래핀 나노 복합체의 X-선 회절 결과이다. 도 2에서 보듯이 실시예 1에 의한 제조 방법의 열처리를 통해 코발트와 몰리브데넘 상이 독립적으로 잘 형성된 것을 알 수 있다. 또한 그래핀, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유 등 흑연화된 탄소에서 주로 나타나는 20 ° 부근의 완만한 피크 역시 잘 나타난다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 코발트-몰리브데넘 카바이드-그래핀 나노 복합체와 비교예 1에서 제조된 그래핀 옥사이드의 형상을 투과전자현미경(TEM)으로 관찰한 이미지이다. 비교예 1과는 달리 실시예 1에서 제조된 촉매는 약 30~50 nm 크기의 나노 입자가 관찰되며, 이 입자들은 도 2에서 나타난 코발트와 몰리브데넘 카바이드이다. 이를 통해 실시예 1의 제조 과정을 통해 코발트와 몰리브데넘 나노 입자들이 고르게 그래핀 위에 복합된 촉매가 잘 제공될 수 있음을 알 수 있다.
<시험예 2: 전기화학적 활성 평가>
코발트-전이금속 카바이드-그래핀 복합체의 산소발생반응 및 산소환원반응에 대한 활성을 평가하고자, 반 전지 활성 평가를 수행하였다.
도 4는 실시예 1의 촉매를 이용한 반전지 활성 시험 결과로서, 선형주사전위법(Linear sweep volammetry)을 통해 알칼리 환경(0.1 M KOH)에서 산소환원반응 활성을 전압 대비 전류로 나타낸 것이다. 도 4에서 보듯이, 실시예 1의 촉매는 알칼리 환경에서 상용 촉매인 비교예 2에 비해서는 다소 떨어지는 산소환원반응에 대한 활성도을 나타냈지만 약 0.81 V의 반파전위(Half-wave potential)를 나타내었고, 이는 비교예 1과 비교하였을 때 월등히 향상된 활성도이다. 실시예에 따른 코발트-몰리브데넘 카바이드-그래핀 나노 복합체 촉매가 질소 도핑 및 코발트와 몰리브데넘 카바이드와의 복합으로 인한 활성점 증가로, 저가의 연료전지용 산소환원반응 촉매의 소재로 적용 가능함을 보여준다.
도 5는 실시예 1, 비교예 3의 촉매를 이용한 반전지 활성 시험 결과로서 선형주사전위법을 통해 알칼리 환경(1 M KOH)에서 산소발생반응 활성도를 전압 대비 전류로 나타낸 것이다. 도 5에서 보듯이 실시예 1의 촉매는 알칼리 환경에서 과전압이 낮은 우수한 산소발생반응에 대한 활성도를 나타내었다. 구체적으로 도 5로부터 10 mA/cm2의 전류밀도에서 측정된 산소발생반응에 대한 과전압은 실시예 1의 촉매가 348 mV, 비교예 3의 촉매가 357 mV로 나타났다.
이러한 전기화학적 활성 평가 결과는 실시예에 따른 코발트-몰리브데넘 카바이드-그래핀 나노 복합체 기반 촉매가 고활성의 알칼리 수전해 셀의 산소발생반응 촉매의 소재로서 적용 가능함을 보여준다. 산소환원반응 활성 결과와 종합하였을 때, 실시예 1에 따른 촉매가 산소발생반응 및 산소환원반응에 대한 양기능성을 가진 촉매로 제공될 수 있음을 알 수 있다.
<시험예 3: 리튬-공기전지 운전>
실시예 1의 촉매를 이용하여 리튬-공기전지 전극을 제작한 실시예 2에 대해 충방전사이클을 통해 전기화학적 활성도를 평가하였다.
도 6은 실시예 2와 비교예 4 전극의 리튬-공기전지 성능을 전압 대비 용량으로 나타낸 것이다. 도 6에서 보듯이 2.0-4.8 V의 컷오프 전압 범위에서 400 mA/g의 전류밀도로 운전하였을 때, 실시예 1의 촉매가 포함된 실시예 2의 전극은 카본만 포함된 비교예 4의 전극과 비교하였을 때, 산소환원반응에 대한 활성도는 비슷하였으나 낮은 산소발생반응에 대한 과전압을 나타내었다. 실시예 2의 전극은 리튬과 산소의 평형 산화환원전위 (E0 = 2.96 VLi (2Li+ + O2 + 2e- → Li2O2) 대비 약 약 0.82 V의 산소발생반응 과전압, 약 0.28 V의 산소환원반응 과전압을 나타냈으며, 비교예 4의 전극은 약 1.22 V의 산소발생반응 과전압, 약 0.29 V의 산소환원반응 과전압을 나타내었다. 이러한 산소발생반응 및 산소환원반응에 대한 낮은 과전압으로 인해 실시예 2의 전극은 약 280사이클 이상 충방전이 가능하였으나, 비교예 4의 전극은 채 100사이클을 넘기지 못하였다.
따라서 이러한 결과를 통해 실시예 1로부터 제조된 코발트-몰리브데넘 카바이드-그래핀 나노 복합체 기반의 촉매가 산소발생반응 및 산소환원반응에 대해 우수한 양기능성을 가져 리튬-공기전지의 전극 소재로 제공될 수 있음을 알 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 산소발생반응 및 산소환원반응에 모두 높은 활성을 갖는 양기능성 촉매 및 이를 이용한 전극을 제공한다. 실시예에 따르면 알칼리 조건에서 종래의 고가의 귀금속 계열 촉매와 유사한 산소발생반응 성능을 발휘할 수 있고, 금속-공기전지 양극에서 발생하는 비수계 산소발생반응과 산소환원반응을 모두 효율적으로 촉진할 수 있으며, 수백 사이클 이상의 충방전이 가능한 금속-공기전지 전극 소재로 적용될 수 있다.
본 발명에 첨부된 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (12)
- 질소가 도핑된 그래핀에 코발트 나노입자와 전이금속 카바이드 나노입자가 상호 계면 형성을 통해 물리적 및 화학적으로 결합된
촉매. - 제 1 항에 있어서,
상기 전이금속 카바이드는 몰리브데넘 카바이드 또는 텅스텐 카바이드를 포함하는
촉매. - 제 1 항에 있어서,
상기 코발트 나노입자 또는 상기 전이금속 카바이드 나노 입자의 지름이 30~50 nm의 범위에 포함되는
촉매. - 제 1 항에 있어서,
상기 질소의 도핑 농도는 2~3 at.%인
촉매. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 촉매를 포함하는 산소극을 포함하는
전극. - 제 5 항에 있어서,
상기 산소극이 가역 연료전지 또는 금속-공기전지의 작동 전극으로서 이용되는
전극. - 용매에 코발트 전구체, 전이금속 카바이드 전구체, 그래핀 전구체 및 질소 전구체를 혼합하여 전구체 혼합 용액을 제조하는 단계와,
상기 전구체 혼합 용액에서 상기 용매를 증발시켜 전구체 혼합물을 획득하는 단계와,
상기 전구체 혼합물을 열처리하여 질소가 도핑된 그래핀에 코발트 나노입자와 전이금속 카바이드 나노입자가 물리적 및 화학적으로 결합된 촉매를 생성하는 단계를 포함하는
촉매 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 용매는 증류수, 에틸 알코올(ethyl alcohol), 메틸 알코올(methyl alcohol) 및 아세톤(Acetone) 중 하나 이상을 포함하는
촉매 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 코발트 전구체는 코발트 아세테이트(Iron acetate), 코발트 아세틸아세토네이트(Iron acetylacetonate), 코발트 나이트레이트(Iron nitrate) 및 코발트 클로라이드(Cobalt chloride) 중 하나 이상을 포함하는
촉매 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 전이금속 카바이드 전구체는 몰리브덴산 암모늄(Ammonium molybdate), 몰르브덴산 암모늄 테트라하이드레이트(Ammonium molybdate tetrahydrate), 파라텅스텐산 암모늄(Ammonium paratungstate), 메타텅스텐산 암모늄(Ammonium metatungstate) 및 메타텅스텐산 암모늄 하이드레이트(Ammonium metatungstate hydrate) 중 하나 이상을 포함하는
촉매 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 질소 전구체는 다이사이안다이아마이드(dicyandiamide), 우레아(urea), 멜라민(melamine), 사이안아마이드(cyanamide) 및 그래파이틱 카본나이트라이드(graphitic carbon nitride; g-C3N4) 중 하나 이상을 포함하는
촉매 제조 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 열처리는 아르곤(Ar), 질소(N2), 암모니아(NH3), 수소(H2), 헬륨(He) 중 하나 이상의 가스 분위기 혹은 진공 분위기 하에서, 700 ~ 1000 °C 의 온도 내에서 수행되는
촉매 제조 방법.
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN115125548A (zh) * | 2022-07-05 | 2022-09-30 | 河南师范大学 | 一种具有纳米异质结的双功能电催化剂的制备方法 |
| CN117039020A (zh) * | 2023-10-10 | 2023-11-10 | 海南深远海新能源科技有限公司 | 一种石墨碳纳米片负载氮化物燃料电池催化剂及制备方法 |
Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR101566458B1 (ko) | 2014-02-27 | 2015-11-05 | 한국과학기술연구원 | 산소 발생 반응 활성 향상 방법 및 이에 사용되는 니켈 촉매 |
-
2018
- 2018-03-12 KR KR1020180028688A patent/KR20190107432A/ko not_active Application Discontinuation
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| CN117039020A (zh) * | 2023-10-10 | 2023-11-10 | 海南深远海新能源科技有限公司 | 一种石墨碳纳米片负载氮化物燃料电池催化剂及制备方法 |
| CN117039020B (zh) * | 2023-10-10 | 2024-01-19 | 海南深远海新能源科技有限公司 | 一种石墨碳纳米片负载氮化物燃料电池催化剂及制备方法 |
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