KR20200001064A - The platinum-transition metal composite supported on carbon and method for preparing the same - Google Patents

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KR20200001064A KR1020180073542A KR20180073542A KR20200001064A KR 20200001064 A KR20200001064 A KR 20200001064A KR 1020180073542 A KR1020180073542 A KR 1020180073542A KR 20180073542 A KR20180073542 A KR 20180073542A KR 20200001064 A KR20200001064 A KR 20200001064A
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이진우
예영진
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Abstract

The present invention provides a platinum-transition metal complex supported on a carbon support which comprises the carbon support and platinum-transition metal nanoparticles supported on the carbon support. According to the platinum-transition metal complex supported on the carbon support and a manufacturing method thereof according to the present invention, the platinum-transition metal complex can be utilized as an electrochemical oxygen reduction catalyst having higher activity by introducing cobalt, and can be manufactured by a simple method.

Description

탄소지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체 및 그의 제조방법 {THE PLATINUM-TRANSITION METAL COMPOSITE SUPPORTED ON CARBON AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}Platinum-transition metal composite supported on carbon support and its manufacturing method {TH PLATINUM-TRANSITION METAL COMPOSITE SUPPORTED ON CARBON AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

본 발명은 탄소지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코발트를 도입함으로써, 높은 활성을 갖는 전기화학적 산소환원반응 촉매로 활용 가능한 탄소지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a platinum-transition metal complex supported on a carbon support and a method for producing the same, more particularly, by introducing cobalt, platinum supported on a carbon support usable as an electrochemical oxygen reduction catalyst having high activity- It relates to a transition metal composite and a method for producing the same.

고분자 전해질 연료전지 반응은 산화극의 수소산화반응과 환원극의 산소환원반응으로 구성된다. 빠른 수소산화반응에 비해 느린 산소환원반응으로 인해 많은 양의 백금이 사용되어 연료전지 상용화에 장애물로 작용하고 있는 실정이다. 따라서 소자를 구동할 경우, 음극에서 산소를 환원시키는 반응(oxygen reduction reaction, ORR)에 대한 촉매가 필요하다. 이러한 촉매는 주로 백금(Pt) 촉매가 사용되어 왔으나 가격이 매우 비싸며 수분이나 메탄올 등에 대한 안정성에 문제가 있다. 이를 극복하기 위해서 새로운 촉매계들이 연구되어 왔는데 이 예들은 다음과 같다.The polymer electrolyte fuel cell reaction consists of hydrogen oxidation of the anode and oxygen reduction of the cathode. Due to the slow oxygen reduction reaction compared to the fast hydrogen oxidation reaction, a large amount of platinum is used to act as an obstacle to commercialization of fuel cells. Therefore, when driving the device, a catalyst for an oxygen reduction reaction (ORR) at the cathode is required. These catalysts have been mainly used platinum (Pt) catalyst, but the price is very expensive and there is a problem in the stability to moisture or methanol. To overcome this, new catalyst systems have been studied. Examples are as follows.

적은 양의 백금을 사용하는 합금계(Pt-less alloy), 백금이 아닌 다른 귀금속계, 금속을 포함하지 않는 나노 탄소계, 비귀금속(철, 코발트 등)의 금속과 나노 탄소로 구성된 촉매계(M-N-C)가 있다. 상기와 같은 촉매계들에 대해서 여전히 많은 연구가 진행중이지만 고활성, 저가격, 높은 안정성의 새로운 촉매계의 개발은 산업체에서의 실질적 응용을 위해서 매우 중요한 과제이다. 특히 소량이라도 백금을 사용하는 합금이나 백금 외에 다른 귀금속을 이용하는 촉매계들은 여전히 촉매의 가격이 높다는 단점이 있으며 금속이 없는 나노 탄소계는 가격은 저렴하지만 촉매의 활성이 낮다는 문제점이 있다.Pt-less alloys using small amounts of platinum, precious metals other than platinum, nano-carbons that do not contain metals, and catalytic systems composed of non-noble metals (iron, cobalt, etc.) and nano-carbons (MNC) There is). Although much research is still being conducted on such catalyst systems, the development of new catalyst systems of high activity, low cost, and high stability is a very important task for practical application in industry. In particular, catalyst systems using platinum or alloys using other precious metals other than platinum still have a disadvantage in that the price of the catalyst is high. Nano-carbon-based metals have a problem in that the activity of the catalyst is low but the price is low.

반면, 값싼 전이금속인 철(Fe), 코발트(Co) 등과 나노 탄소를 이용하는 촉매계(M-N-C)는 가격도 상대적으로 저렴하며 좋은 활성을 보여줄 수 있는 촉매계로써 실제 산업체에서 응용할 수 있는 가능성이 매우 높다. 하지만 기존에 보고된 상기와 같은 M-N-C 촉매계의 경우 대부분 수백도 이상 높은 온도의 열처리 과정이 필수적이며 이는 생산 단가를 높이는 또 다른 문제점이 된다. 또한, 이러한 열처리 과정에서 촉매의 활성종을 조절하기 어렵기 때문에 실제적인 촉매 응용에 문제가 되곤 한다.On the other hand, the catalyst system (M-N-C) using nano carbon, such as iron (Fe), cobalt (Co), etc., which are inexpensive transition metals, is relatively inexpensive and has a high possibility of being used in an actual industry as a catalyst system that can show good activity. However, in the case of the previously reported M-N-C catalyst system, a heat treatment process at a temperature of several hundred degrees or more is essential, which is another problem of increasing the production cost. In addition, since it is difficult to control the active species of the catalyst during this heat treatment process, there is a problem in the practical application of the catalyst.

본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 백금-전이금속 합금에 코발트를 도입함으로써, 보다 높은 활성을 갖는 전기화학적 산소환원반응 촉매로 활용 가능한 탄소지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to solve the above problems, by introducing cobalt in the platinum-transition metal alloy, to provide a platinum-transition metal complex supported on a carbon support that can be utilized as an electrochemical oxygen reduction catalyst having a higher activity It is.

또한, 간단한 방법으로 제조할 수 있는 탄소지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체의 제조방법을 제공하는 것이다.In addition, to provide a method for producing a platinum-transition metal composite supported on a carbon support that can be produced by a simple method.

본 발명의 일 측면에 따르면, 탄소 지지체: 및 상기 탄소 지지체 상에 담지된 백금-전이금속 나노입자; 를 포함하는 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체가 제공된다.According to an aspect of the present invention, a carbon support: and platinum-transition metal nanoparticles supported on the carbon support; Provided is a platinum-transition metal complex supported on a carbon support comprising a.

상기 백금-전이금속 나노입자가 백금-아연(Pt-Zn) 나노입자 및 백금-코발트-아연(Pt-Co-Zn) 나노입자 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The platinum-transition metal nanoparticles may include one or more selected from platinum-zinc (Pt-Zn) nanoparticles and platinum-cobalt-zinc (Pt-Co-Zn) nanoparticles.

상기 백금-전이금속 나노입자가 백금-코발트-아연(Pt-Co-Zn) 나노입자일 수 있다.The platinum-transition metal nanoparticles may be platinum-cobalt-zinc (Pt-Co-Zn) nanoparticles.

상기 탄소 지지체가 질소가 도핑된 탄소 지지체(NC)일 수 있다.The carbon support may be a carbon support (NC) doped with nitrogen.

상기 탄소 지지체가 카본블랙(carbon black), 케첸블랙(Ketjen black), 탄소나노튜브(carbon nano tube), 카본나노파이버(carbon nano fiber), 그래파이트 카본, 그래핀(graphene) 및 그래핀 옥사이드 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The carbon support is selected from carbon black, Ketjen black, carbon nano tube, carbon nano fiber, graphite carbon, graphene and graphene oxide. It may include one or more.

상기 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체가 인터메탈릭 상(intermetallic phase)일 수 있다.The platinum-transition metal complex supported on the carbon support may be an intermetallic phase.

상기 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체가 직경이 1 내지 10nm일 수 있다.Platinum-transition metal complex supported on the carbon support may have a diameter of 1 to 10nm.

상기 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체가 연료전지의 산소환원반응용 촉매일 수 있다.The platinum-transition metal composite supported on the carbon support may be a catalyst for oxygen reduction of a fuel cell.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 양극, 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 분리막을 포함하는 연료전지에 있어서, 상기 양극 또는 음극이 상기 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체를 포함하는 것인, 연료전지가 제공된다.According to another aspect of the present invention, a fuel cell including a cathode, a cathode and a separator positioned between the anode and the cathode, wherein the anode or the cathode comprises a platinum-transition metal complex supported on the carbon support Phosphorus, fuel cells are provided.

본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, (a) 백금 전구체, 아연 전구체, 코발트 전구체 및 탄소 지지체를 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계; 및 (b) 상기 혼합물을 열처리하여 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체를 합성하는 단계; 를 포함하는 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the invention, (a) mixing the platinum precursor, zinc precursor, cobalt precursor and the carbon support to prepare a mixture; And (b) heat treating the mixture to synthesize a platinum-transition metal composite supported on a carbon support. Provided is a method of preparing a platinum-transition metal composite supported on a carbon support comprising a.

상기 제조방법이 습식함침법을 이용할 수 있다.The manufacturing method may use a wet impregnation method.

상기 백금 전구체가 클로로플라티닉 에시드 하이드레이트(Chloroplatinic acid hydrate), 소듐 헥사클로로플라티네이트 헥사하이드레이트 (Sodium hexachloroplatinate hexahydrate) 및 포타슘 헥사클로로플라티네이트 (Potassium hexachloroplatinate) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The platinum precursor may include at least one selected from chloroplatinic acid hydrate, sodium hexachloroplatinate hexahydrate, and potassium hexachloroplatinate.

상기 아연 전구체가 질산아연6수화물(Zn(NO3)39H2O), 염화아연(ZnCl2), 황산아연(ZnSO4), 수산화아연(Zn(OH)2) 및 아세트산아연(Zn(CH3CO2)2) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The zinc precursor is zinc nitrate hexahydrate (Zn (NO 3 ) 3 9H 2 O), zinc chloride (ZnCl 2 ), zinc sulfate (ZnSO 4 ), zinc hydroxide (Zn (OH) 2 ) and zinc acetate (Zn (CH) It may include one or more selected from 3 CO 2 ) 2 ).

상기 코발트 전구체가 염화코발트6수화물(CoCl26H2O) 또는 질산코발트6수화물(Co(NO3)26H2O) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The cobalt precursor may include at least one selected from cobalt chloride hexahydrate (CoCl 2 6H 2 O) or cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3 ) 2 6H 2 O).

상기 탄소 지지체가 에탄올에 분산된 질소가 도핑된 탄소 지지체일 수 있다.The carbon support may be a carbon support doped with nitrogen dispersed in ethanol.

상기 탄소 지지체가 카본블랙(carbon black), 케첸블랙(Ketjen black), 탄소나노튜브(carbon nano tube), 카본나노파이버(carbon nano fiber), 그래파이트 카본, 그래핀(graphene) 및 그래핀 옥사이드 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The carbon support is selected from carbon black, Ketjen black, carbon nano tube, carbon nano fiber, graphite carbon, graphene and graphene oxide. It may include one or more.

단계 (a)가 초음파 처리(sonication)를 통해 수행될 수 있다.Step (a) may be performed via sonication.

단계 (b)가 (b-1) 200℃ 내지 400℃에서 1차 열처리하는 단계; 및 (b-2) 600℃ 내지 800℃에서 2차 열처리하는 단계;를 포함할 수 있다.Step (b) (b-1) the first heat treatment at 200 ℃ to 400 ℃; And (b-2) second heat treatment at 600 ° C. to 800 ° C .;

본 발명에 따른 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체는 코발트를 도입함으로써, 보다 높은 활성을 갖는 전기화학적 산소환원반응 촉매로 활용할 수 있는 효과가 있다.The platinum-transition metal complex supported on the carbon support according to the present invention has an effect that can be utilized as an electrochemical oxygen reduction catalyst having higher activity by introducing cobalt.

또한, 본 발명에 따른 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체의 제조방법은 간단한 방법으로 제조할 수 있는 효과가 있다.In addition, the manufacturing method of the platinum-transition metal composite supported on the carbon support according to the present invention has an effect that can be produced by a simple method.

도 1a는 실시예 1의 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope, TEM) 이미지이고, 도 1b는 도 1a를 확대한 이미지이다.
도 2는 실시예 1의 X-ray 회절을 통한 결정 구조 분석 그래프이다.
도 3a는 실시예 1 및 비교예 1 내지 2의 Cyclic voltammetry 그래프이고, 도 3b는 실시예 1 및 비교예 1 내지 2의 Linear sweep voltammetry 그래프이다.
FIG. 1A is a transmission electron microscope (TEM) image of Example 1, and FIG. 1B is an enlarged image of FIG. 1A.
2 is a graph of crystal structure analysis by X-ray diffraction of Example 1. FIG.
3A is a Cyclic voltammetry graph of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, and FIG. 3B is a linear sweep voltammetry graph of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. FIG.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. In addition, terms including ordinal numbers such as first and second to be used below may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.

또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 “형성되어" 있다거나 “적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어 있거나 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, when a component is referred to as being “formed” or “laminated” on another component, it may be directly attached to, or laminated to, the front or one side on the surface of the other component, It will be understood that other components may exist in the.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

이하, 본 발명의 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the platinum-transition metal composite supported on the carbon support of the present invention will be described.

본 발명은 탄소 지지체: 및 상기 탄소 지지체 상에 담지된 백금-전이금속 나노입자; 를 포함하는 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체를 제공한다.The present invention provides a carbon support: and platinum-transition metal nanoparticles supported on the carbon support; It provides a platinum-transition metal complex supported on a carbon support comprising a.

상기 백금-전이금속 나노입자가 백금-아연(Pt-Zn) 나노입자 및 백금-코발트-아연(Pt-Co-Zn) 나노입자 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The platinum-transition metal nanoparticles may include one or more selected from platinum-zinc (Pt-Zn) nanoparticles and platinum-cobalt-zinc (Pt-Co-Zn) nanoparticles.

상기 백금-전이금속 나노입자가 백금-코발트-아연(Pt-Co-Zn) 나노입자일 수 있다.The platinum-transition metal nanoparticles may be platinum-cobalt-zinc (Pt-Co-Zn) nanoparticles.

상기 탄소 지지체가 질소가 도핑된 탄소 지지체(NC)일 수 있다.The carbon support may be a carbon support (NC) doped with nitrogen.

상기 탄소 지지체가 카본블랙(carbon black), 케첸블랙(Ketjen black), 탄소나노튜브(carbon nano tube), 카본나노파이버(carbon nano fiber), 그래파이트 카본, 그래핀(graphene) 및 그래핀 옥사이드 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The carbon support is selected from carbon black, Ketjen black, carbon nano tube, carbon nano fiber, graphite carbon, graphene and graphene oxide. It may include one or more.

상기 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체가 인터메탈릭 상(intermetallic phase)일 수 있다.The platinum-transition metal complex supported on the carbon support may be an intermetallic phase.

상기 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체가 직경이 1 내지 10nm일 수 있다. Platinum-transition metal complex supported on the carbon support may have a diameter of 1 to 10nm.

상기 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체가 연료전지의 산소환원반응용 촉매일 수 있다.The platinum-transition metal composite supported on the carbon support may be a catalyst for oxygen reduction of a fuel cell.

본 발명은 양극, 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 분리막을 포함하는 연료전지에 있어서, 상기 양극 또는 음극이 상기 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체를 포함하는 것인, 연료전지를 제공한다.The present invention provides a fuel cell comprising a cathode, a cathode, and a separator positioned between the anode and the cathode, wherein the anode or the cathode includes a platinum-transition metal composite supported on the carbon support. do.

또한, 본 발명의 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체의 제조방법에 대해 자세히 설명하도록 한다.In addition, the method of preparing a platinum-transition metal composite supported on the carbon support of the present invention will be described in detail.

상기 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체의 제조방법이 습식함침법을 이용하는 것일 수 있다.The method of preparing the platinum-transition metal composite supported on the carbon support may be a wet impregnation method.

먼저, 백금 전구체, 아연 전구체, 코발트 전구체 및 탄소 지지체를 혼합하여 혼합물을 제조한다(단계 a).First, a platinum precursor, zinc precursor, cobalt precursor and carbon support are mixed to prepare a mixture (step a).

상기 백금 전구체가 클로로플라티닉 에시드 하이드레이트(Chloroplatinic acid hydrate), 소듐 헥사클로로플라티네이트 헥사하이드레이트 (Sodium hexachloroplatinate hexahydrate) 및 포타슘 헥사클로로플라티네이트 (Potassium hexachloroplatinate) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The platinum precursor may include at least one selected from chloroplatinic acid hydrate, sodium hexachloroplatinate hexahydrate, and potassium hexachloroplatinate.

상기 아연 전구체가 질산아연6수화물(Zn(NO3)39H2O), 염화아연(ZnCl2), 황산아연(ZnSO4), 수산화아연(Zn(OH)2) 및 아세트산아연(Zn(CH3CO2)2) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The zinc precursor is zinc nitrate hexahydrate (Zn (NO 3 ) 3 9H 2 O), zinc chloride (ZnCl 2 ), zinc sulfate (ZnSO 4 ), zinc hydroxide (Zn (OH) 2 ) and zinc acetate (Zn (CH) It may include one or more selected from 3 CO 2 ) 2 ).

상기 코발트 전구체가 염화코발트6수화물(CoCl26H2O) 또는 질산코발트6수화물(Co(NO3)26H2O) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. The cobalt precursor may include at least one selected from cobalt chloride hexahydrate (CoCl 2 6H 2 O) or cobalt nitrate hexahydrate (Co (NO 3 ) 2 6H 2 O).

상기 탄소 지지체가 에탄올에 분산된 질소가 도핑된 탄소 지지체일 수 있다.The carbon support may be a carbon support doped with nitrogen dispersed in ethanol.

상기 탄소 지지체가 카본블랙(carbon black), 케첸블랙(Ketjen black), 탄소나노튜브(carbon nano tube), 카본나노파이버(carbon nano fiber), 그래파이트 카본, 그래핀(graphene) 및 그래핀 옥사이드 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The carbon support is selected from carbon black, Ketjen black, carbon nano tube, carbon nano fiber, graphite carbon, graphene and graphene oxide. It may include one or more.

단계 (a)가 초음파 처리(sonication)를 통해 수행될 수 있다.Step (a) may be performed via sonication.

다음으로, 상기 혼합물을 열처리하여 탄소 지지체에 Next, the mixture is heat treated to a carbon support 담지된Supported 백금-전이금속 복합체를 합성한다(단계 b). Synthesize the platinum-transition metal complex (step b).

단계 (b)가 (b-1) 200℃ 내지 400℃에서 1차 열처리하는 단계; 및 (b-2) 600℃ 내지 800℃에서 2차 열처리하는 단계;를 포함할 수 있고, 바람직하게는 300℃에서 1차 열처리하는 단계 및 750℃에서 2차 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.Step (b) (b-1) the first heat treatment at 200 ℃ to 400 ℃; And (b-2) performing a second heat treatment at 600 ° C. to 800 ° C., and preferably, may include a first heat treatment at 300 ° C. and a second heat treatment at 750 ° C. FIG.

습식함침법으로 전구체를 함침한 이후, 열처리를 통해 Pt-Zn/C를 비교적 간단한 방법으로 합성할 수 있다는 장점이 있지만, 습식함침법은 입자크기를 정밀히 제어할 수 없는 단점을 지니기 때문에, 질소가 도핑된 탄소 (NC)를 사용하여 입자의 고분산화 및 합성법을 간단하게 하는 효과가 있다.After impregnating the precursor by wet impregnation method, Pt-Zn / C can be synthesized in a relatively simple manner through heat treatment. However, wet impregnation has a disadvantage in that the particle size cannot be precisely controlled. The use of doped carbon (NC) has the effect of simplifying the high dispersion and synthesis of the particles.

이하에서는 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, this is for illustrative purposes and the scope of the present invention is not limited thereby.

[실시예]EXAMPLE

제조예 1 : 질소가 도핑된 탄소 지지체(N-doped Vulcan-XC)Preparation Example 1 N-doped Vulcan-XC

1 g의 Vulcan-XC(Cabot corporation)와 1.5 g 우레아(Urea)를 막자사발을 통해 15 분 동안 갈아 잘 섞인 상기 Vulcan-XC와 우레아를 150℃에서 2시간 동안 열처리한 후, 300℃에서 2시간 동안 열처리하였다. 이어서 물과 에탄올로 충분히 씻어 질소가 도핑된 탄소 지지체(N-doped Vulcan-XC)를 제조하였다.1 g of Vulcan-XC (Cabot corporation) and 1.5 g urea (Urea) were ground for 15 minutes in a mortar and then mixed with Vulcan-XC and urea at 150 ° C. for 2 hours, followed by 2 hours at 300 ° C. Heat treatment for Subsequently, it was sufficiently washed with water and ethanol to prepare a nitrogen-doped carbon support (N-doped Vulcan-XC).

실시예 1 : 탄소 지지체에 담지된 백금-코발트-아연 복합체(Pt-Co-Zn/NC)Example 1 Platinum-Cobalt-Zinc Composite Supported on Carbon Support (Pt-Co-Zn / NC)

1mL의 H2PtCl66H2O 수용액(0.14 mg/mL), 1mL의 Zn(NO3)26H2O 수용액(0.214 mg/mL), 1.7 mL CoCl26H2O 수용액(0.064 mg/mL) 및 제조예 1에 따라 제조된 에탄올에 분산된 질소가 도핑된 탄소 지지체(N-doped Vulcan-XC)를 삼구 플라스크에 넣고 20분 동안 초음파 처리(sonication)하고, 용매 에탄올을 증발시켜 파우더를 얻었다.1 mL aqueous H 2 PtCl 6 6H 2 O solution (0.14 mg / mL), 1 mL Zn (NO 3 ) 2 6H 2 O aqueous solution (0.214 mg / mL), 1.7 mL CoCl 2 6H 2 O aqueous solution (0.064 mg / mL) And nitrogen-doped carbon support (N-doped Vulcan-XC) dispersed in ethanol prepared according to Preparation Example 1 in a three-necked flask, sonicated for 20 minutes, and solvent ethanol was evaporated to obtain a powder.

상기 파우더를 300℃에서 1시간 동안 열처리한 후, 750℃에서 2시간 동안 열처리하여 탄소 지지체에 담지된 백금-코발트-아연 복합체(Pt-Co-Zn/NC)를 제조하였다.The powder was heat-treated at 300 ° C. for 1 hour and then heat-treated at 750 ° C. for 2 hours to prepare a platinum-cobalt-zinc composite (Pt-Co-Zn / NC) supported on a carbon support.

비교예 1: 탄소 지지체에 담지된 백금-아연 복합체(Pt-Zn/NC)Comparative Example 1: Platinum-Zinc Composite Supported on Carbon Support (Pt-Zn / NC)

실시예 1에서 1mL의 H2PtCl66H2O 수용액(0.14 mg/mL), 1mL의 Zn(NO3)26H2O 수용액(0.214 mg/mL), 1.7 mL CoCl26H2O 수용액(0.064 mg/mL) 및 제조예 1에 따라 제조된 에탄올에 분산된 질소가 도핑된 탄소 지지체(N-doped Vulcan-XC)를 사용하는 대신에 1mL의 H2PtCl66H2O 수용액(0.14 mg/mL), 1mL의 Zn(NO3)26H2O 수용액(0.214 mg/mL) 및 제조예 1에 따라 제조된 에탄올에 분산된 질소가 도핑된 탄소 지지체(N-doped Vulcan-XC)를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.In Example 1 1 mL of H 2 PtCl 6 6H 2 O aqueous solution (0.14 mg / mL), 1 mL of Zn (NO 3 ) 2 6H 2 O aqueous solution (0.214 mg / mL), 1.7 mL CoCl 2 6H 2 O aqueous solution (0.064 mg / mL) and 1 mL of H 2 PtCl 6 6H 2 O aqueous solution (0.14 mg / mL) instead of using a nitrogen-doped carbon support (N-doped Vulcan-XC) dispersed in ethanol prepared according to Preparation Example 1 ), 1 mL of Zn (NO 3 ) 2 6H 2 O aqueous solution (0.214 mg / mL) and a nitrogen-doped carbon support (N-doped Vulcan-XC) dispersed in ethanol prepared according to Preparation Example 1 Except that was prepared in the same manner as in Example 1.

비교예 2: 탄소 지지체에 담지된 백금-코발트 복합체(Pt-Co/NC)Comparative Example 2: Platinum-Cobalt Composite (Pt-Co / NC) Supported on Carbon Support

실시예 1에서 1mL의 H2PtCl66H2O 수용액(0.14 mg/mL), 1mL의 Zn(NO3)26H2O 수용액(0.214 mg/mL), 1.7 mL CoCl26H2O 수용액(0.064 mg/mL) 및 제조예 1에 따라 제조된 에탄올에 분산된 질소가 도핑된 탄소 지지체(N-doped Vulcan-XC)를 사용하는 대신에 1mL의 H2PtCl66H2O 수용액(0.14 mg/mL), 1 mL CoCl26H2O 수용액(0.064 mg/mL) 및 제조예 1에 따라 제조된 에탄올에 분산된 질소가 도핑된 탄소 지지체(N-doped Vulcan-XC)를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.In Example 1 1 mL of H 2 PtCl 6 6H 2 O aqueous solution (0.14 mg / mL), 1 mL of Zn (NO 3 ) 2 6H 2 O aqueous solution (0.214 mg / mL), 1.7 mL CoCl 2 6H 2 O aqueous solution (0.064 mg / mL) and 1 mL of H 2 PtCl 6 6H 2 O aqueous solution (0.14 mg / mL) instead of using a nitrogen-doped carbon support (N-doped Vulcan-XC) dispersed in ethanol prepared according to Preparation Example 1 ), Except that a 1 mL CoCl 2 6H 2 O aqueous solution (0.064 mg / mL) and a nitrogen-doped carbon support (N-doped Vulcan-XC) dispersed in ethanol prepared according to Preparation Example 1 were used. It prepared in the same manner as in Example 1.

[시험예][Test Example]

시험예Test Example 1: 탄소 지지체에  1: on carbon support 담지된Supported 백금-코발트-아연 복합체(Pt-Co-Zn/NC)의 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope, TEM) 이미지 분석 Transmission Electron Microscope (TEM) image analysis of platinum-cobalt-zinc complex (Pt-Co-Zn / NC)

도 1a는 실시예 1의 TEM 분석 이미지이고, 도 1b는 도 1a를 확대한 이미지이다.FIG. 1A is a TEM analysis image of Example 1, and FIG. 1B is an enlarged image of FIG. 1A.

도 1a 및 1b를 참조하면, 평균 5 nm 크기를 가지는 Pt-Co-Zn/NC(실시예 1)가 제조된 것을 알 수 있었다.1A and 1B, it can be seen that Pt-Co-Zn / NC (Example 1) having an average size of 5 nm was prepared.

시험예 2: X-ray 회절을 통한 결정 구조 분석Test Example 2 Analysis of Crystal Structure through X-ray Diffraction

도 2는 실시예 1의 X-ray 회절 패턴을 나타낸 그래프이고, 하기 표 1에 비교예 1의 XRD 피크(PDF card #00-006-0604)와 실시예 1의 XRD 피크의 수치를 비교하여 나타내었다.Figure 2 is a graph showing the X-ray diffraction pattern of Example 1, Table 1 shows a comparison of the XRD peak of Comparative Example 1 (PDF card # 00-006-0604) and the value of the XRD peak of Example 1 It was.

Plane(결정면)Plane 비교예 1(Pt-Zn/NC)의 2θ2θ in Comparative Example 1 (Pt-Zn / NC) 실시예 1(Pt-Co-Zn/NC)의 2θ2θ of Example 1 (Pt-Co-Zn / NC) 001001 25.425.4 25.525.5 110110 31.131.1 31.431.4 111111 40.840.8 40.940.9 200200 44.844.8 45.045.0 002002 52.252.2 52.4552.45 112112 62.262.2 62.4962.49

도 2를 참조하면, 실시예 1에 따라 제조된 Pt-Co-Zn/NC의 결정 구조를 X-ray 회절분석을 통해 확인하였다. XRD 상으로 두 개의 상, Pt-Zn 인터메탈릭 상(intermetallic phase)과 Pt-Co 인터메탈릭 상(intermetallic phase)이 확인되었다. 2, the crystal structure of Pt-Co-Zn / NC prepared according to Example 1 was confirmed by X-ray diffraction analysis. Two phases were identified as the XRD phase, the Pt-Zn intermetallic phase and the Pt-Co intermetallic phase.

또한, 표 1을 참조하면, 실시예 1(Pt-Co-Zn/NC)의 피크가 비교예 1(Pt-Zn/NC, PDF card #00-006-0604) 레퍼런스 피크에서 오른쪽으로 약간씩 이동한 것을 확인하였고, 이는 Pt-Zn 인터메탈릭 구조에 Co가 도입되면서 압축 변형(compressive strain)이 발생한 것으로 판단된다.Also, referring to Table 1, the peak of Example 1 (Pt-Co-Zn / NC) shifts slightly to the right from the reference peak of Comparative Example 1 (Pt-Zn / NC, PDF card # 00-006-0604). It was confirmed that this was caused by the introduction of Co into the Pt-Zn intermetallic structure, the compressive strain (compressive strain) is generated.

시험예 3: 촉매의 전기 화학적 활성 분석Test Example 3: Analysis of Electrochemical Activity of Catalyst

도 3a는 실시예 1 및 비교예 1 내지 2의 cyclic voltammetry 그래프(0.1 M HClO4). 도 3b는 실시예 1 및 비교예 1 내지 2의 linear sweep voltammetry 그래프(20 mV/s, 0.1 M HClO4)이다. 또한, 실시예 1 및 비교예 1 내지 2를 촉매로 사용했을 때의 전기화학적 특성을 하기 표 2에 나타내었다.Figure 3a is a cyclic voltammetry graph (0.1 M HClO 4 ) of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. 3b is a linear sweep voltammetry graph (20 mV / s, 0.1 M HClO 4 ) of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2; In addition, the electrochemical characteristics when using Example 1 and Comparative Examples 1 to 2 as a catalyst are shown in Table 2 below.

Cyclic voltammetry를 측정하기 위해 백금 와이어를 카운터 전극(counter electrode), Ag/AgCl 전극을 기준 전극(referenece electrode), 글래시 카본 전극을 작업 전극(working electrode)으로 하는 삼전극을 구성하였다. 0.1 M HClO4를 전해질로 사용하며, 20분 동안 아르곤 가스 퍼징 후, 50 mV/s의 속도로 cyclic voltammetry를 측정했다.In order to measure cyclic voltammetry, a trielectrode was constructed using a platinum electrode as a counter electrode, an Ag / AgCl electrode as a reference electrode, and a glass carbon electrode as a working electrode. 0.1 M HClO 4 was used as the electrolyte, and after argon gas purging for 20 minutes, cyclic voltammetry was measured at a rate of 50 mV / s.

Linear sweep voltammetry를 측정하기 위해 0.1 M HClO4를 20분간 산소 가스 퍼징 후, 작업 전극(working electrode)을 1,600 rpm으로 회전시키며 20 mV/s의 속도로 linear sweep voltammetry를 측정했다.Oxygen gas was purged with 0.1 M HClO 4 for 20 minutes to measure linear sweep voltammetry, and linear sweep voltammetry was measured at a speed of 20 mV / s while rotating the working electrode at 1,600 rpm.

전기화학적 표면적(electrochemical surface area, 이하 ECSA)을 측정하기 위해 물:2-프로판올:나피온 이오노머 용액을 4/1/0.05 (v/v)의 비율로 섞은 용액에 실시예 1 및 비교예 1 내지 2를 2mg/mL 농도로 혼합하고, 1시간 동안 40℃ 이하에서 초음파 처리한다. 상기 초음파 처리한 용액을 글래시 카본 전극 위에 떨어뜨려 말린다. 이때, 전극에 올라가는 백금의 로딩은 3.0 μg/cm2으로 하였다.Examples 1 and Comparative Examples 1 to 1 were added to a solution in which a water: 2-propanol: nafion ionomer solution was mixed at a ratio of 4/1 / 0.05 (v / v) to measure an electrochemical surface area (ECSA). 2 is mixed at a concentration of 2 mg / mL and sonicated at 40 DEG C or lower for 1 hour. The sonicated solution is dropped on a glass carbon electrode and dried. At this time, the loading of platinum rising to the electrode was 3.0 μg / cm 2 .

ECSA
(m2/gPt)
ECSA
(m 2 / g Pt )
질량당 활성
(A/mgPt)
Active per mass
(A / mg Pt )
Specific activity
(mA/cm2 Pt)
Specific activity
(mA / cm 2 Pt )
실시예 1Example 1 36.636.6 0.5140.514 1.41.4 비교예 1Comparative Example 1 5656 0.380.38 0.620.62 비교예 2Comparative Example 2 31.631.6 0.230.23 0.730.73

도 3a, 3b 및 표 2를 참조하면, cyclic voltammetry를 측정을 통해 실시예 1(Pt-Co-Zn/NC), 비교예 1(Pt-Zn/NC) 및 비교예 2(Pt-Co/NC)의 ECSA 값이 각각 36.6 m2/gPt, 56 m2/gPt 및 31.6 m2/gPt 을 가짐을 확인하였다. Referring to Figures 3a, 3b and Table 2, by measuring the cyclic voltammetry Example 1 (Pt-Co-Zn / NC), Comparative Example 1 (Pt-Zn / NC) and Comparative Example 2 (Pt-Co / NC ) Has an ECSA value of 36.6 m 2 / g Pt , 56 m 2 / g Pt and 31.6 m 2 / g Pt , respectively.

또한, RHE 0.9 V에서의 질량당 활성 및 specific activity를 분석하였는데, Specific activity는 실시예 1 및 비교예 1 내지 2의 활성점이 얼마나 높은 활성을 지니는지를 보여주는 지표이다. 실시예 1(Pt-Co-Zn/NC)이 1.4 mA/cm2Pt의 specific activity로 나타나 기존 Pt/C의 specific activity(0.159 mA/cm2Pt, 출처: RSC Adv. 2016, 6, 88255)에 비해 약 8배 가량 향상된 값으로, 실시예 1(Pt-Co-Zn/NC)이 실제로 산소환원반응에 높은 활성을 보임을 확인하였다. 그리고 실시예 1(Pt-Co-Zn/NC)의 활성이 비교예 1(Pt-Zn/NC) 및 비교예 2(Pt-Co/NC)의 활성보다 큰 것으로 보아 Zn와 Co 사이에 시너지효과가 존재하는 것을 알 수 있었다.In addition, the activity per mass and specific activity in the RHE 0.9 V was analyzed, the specific activity is an indicator showing how high the activity of the active point of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. Example 1 (Pt-Co-Zn / NC) is shown as a specific activity of 1.4 mA / cm 2 Pt specific activity of the existing Pt / C (0.159 mA / cm 2 Pt, Source: RSC Adv. 2016, 6, 88255) It was confirmed that Example 1 (Pt-Co-Zn / NC) actually showed high activity in the oxygen reduction reaction with an improved value about 8 times compared with that of the present invention. And synergistic effect between Zn and Co, since the activity of Example 1 (Pt-Co-Zn / NC) is greater than that of Comparative Example 1 (Pt-Zn / NC) and Comparative Example 2 (Pt-Co / NC) It was found that existed.

이상에서 본 발명의 바람직한 구현예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Although preferred embodiments of the present invention have been described above, those of ordinary skill in the art may add, change, delete, or eliminate the elements within the scope not departing from the spirit of the present invention described in the claims. The present invention may be variously modified and changed by addition, etc., which will also be included within the scope of the present invention. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

Claims (17)

탄소 지지체: 및
상기 탄소 지지체 상에 담지된 백금-전이금속 나노입자; 를
포함하는 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체.
Carbon support: and
Platinum-transition metal nanoparticles supported on the carbon support; To
Platinum-transition metal complex supported on a carbon support comprising.
제1항에 있어서,
상기 백금-전이금속 나노입자가 백금-코발트-아연(Pt-Co-Zn) 나노입자인 것을 특징으로 하는 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체.
The method of claim 1,
The platinum-transition metal composite supported on the carbon support, characterized in that the platinum-transition metal nanoparticles are platinum-cobalt-zinc (Pt-Co-Zn) nanoparticles.
제1항에 있어서,
상기 탄소 지지체가 질소가 도핑된 탄소 지지체(NC)인 것을 특징으로 하는 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체.
The method of claim 1,
Platinum-transition metal composite supported on a carbon support, characterized in that the carbon support is nitrogen-doped carbon support (NC).
제1항에 있어서,
상기 탄소 지지체가 카본블랙(carbon black), 케첸블랙(Ketjen black), 탄소나노튜브(carbon nano tube), 카본나노파이버(carbon nano fiber), 그래파이트 카본, 그래핀(graphene) 및 그래핀 옥사이드 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체.
The method of claim 1,
The carbon support is selected from carbon black, Ketjen black, carbon nano tube, carbon nano fiber, graphite carbon, graphene and graphene oxide. Platinum-transition metal composite supported on a carbon support, characterized in that it comprises one or more.
제1항에 있어서,
상기 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체가 인터메탈릭 상(intermetallic phase)인 것을 특징으로 하는 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체.
The method of claim 1,
Platinum-transition metal composite supported on the carbon support, characterized in that the platinum-transition metal complex supported on the carbon support is an intermetallic phase.
제1항에 있어서,
상기 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체가 직경이 1 내지 10nm 인 것을 특징으로 하는 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체.
The method of claim 1,
Platinum-transition metal composite supported on the carbon support, characterized in that the platinum-transition metal complex supported on the carbon support is 1 to 10nm in diameter.
제1항에 있어서,
상기 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체가 연료전지의 산소환원반응용 촉매인 것을 특징으로 하는 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체.
The method of claim 1,
Platinum-transition metal composite supported on the carbon support, characterized in that the platinum-transition metal complex supported on the carbon support is a catalyst for oxygen reduction reaction of the fuel cell.
양극, 음극 및 상기 양극 및 음극 사이에 위치하는 분리막을 포함하는 연료전지에 있어서,
상기 양극 또는 음극이 제 1항에 따른 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체를 포함하는 것인, 연료전지.
In a fuel cell comprising a cathode, a cathode and a separator positioned between the anode and the cathode,
The anode or cathode is a fuel cell comprising a platinum-transition metal composite supported on the carbon support according to claim 1.
(a) 백금 전구체, 아연 전구체, 코발트 전구체 및 탄소 지지체를 포함하는 혼합물을 제조하는 단계; 및
(b) 상기 혼합물을 열처리하여 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체를 합성하는 단계; 를
포함하는 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체의 제조방법.
(a) preparing a mixture comprising a platinum precursor, a zinc precursor, a cobalt precursor and a carbon support; And
(b) heat treating the mixture to synthesize a platinum-transition metal composite supported on a carbon support; To
Method for producing a platinum-transition metal composite supported on a carbon support comprising.
제9항에 있어서,
상기 제조방법이 습식함침법을 이용하는 것을 특징으로 하는 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체의 제조방법.
The method of claim 9,
Method for producing a platinum-transition metal composite supported on a carbon support, characterized in that the manufacturing method uses a wet impregnation method.
제9항에 있어서,
상기 백금 전구체가 클로로플라티닉 에시드 하이드레이트(Chloroplatinic acid hydrate), 소듐 헥사클로로플라티네이트 헥사하이드레이트 (Sodium hexachloroplatinate hexahydrate) 및 포타슘 헥사클로로플라티네이트 (Potassium hexachloroplatinate) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체의 제조방법.
The method of claim 9,
The platinum precursor comprises at least one selected from chloroplatinic acid hydrate, sodium hexachloroplatinate hexahydrate, and potassium hexachloroplatinate. Method for producing a platinum-transition metal composite supported on a carbon support.
제9항에 있어서,
상기 아연 전구체가 질산아연6수화물(Zn(NO3)39H2O), 염화아연(ZnCl2), 황산아연(ZnSO4), 수산화아연(Zn(OH)2) 및 아세트산아연(Zn(CH3CO2)2) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체의 제조방법.
The method of claim 9,
The zinc precursor is zinc nitrate hexahydrate (Zn (NO 3 ) 3 9H 2 O), zinc chloride (ZnCl 2 ), zinc sulfate (ZnSO 4 ), zinc hydroxide (Zn (OH) 2 ) and zinc acetate (Zn (CH) 3 CO 2 ) A method for producing a platinum-transition metal composite supported on a carbon support comprising at least one selected from 2 ).
제9항에 있어서,
상기 코발트 전구체가 염화코발트6수화물(CoCl26H2O) 또는 질산코발트6수화물(Co(NO3)26H2O) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체의 제조방법.
The method of claim 9,
Platinum supported on a carbon support, characterized in that the cobalt precursor comprises at least one selected from cobalt chloride hexahydrate (CoCl 2 6H 2 O) or cobalt hexahydrate (Co (NO 3 ) 2 6H 2 O) Method for producing a transition metal composite.
제9항에 있어서,
단계 (a)의 상기 탄소 지지체는 에탄올에 분산된 질소가 도핑된 탄소 지지체인 것을 특징으로 하는 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체의 제조방법.
The method of claim 9,
The carbon support of step (a) is a method for producing a platinum-transition metal composite supported on a carbon support, characterized in that the carbon support doped with nitrogen dispersed in ethanol.
제9항에 있어서,
단계 (a)의 상기 탄소 지지체가 카본블랙(carbon black), 케첸블랙(Ketjen black), 탄소나노튜브(carbon nano tube), 카본나노파이버(carbon nano fiber), 그래파이트 카본, 그래핀(graphene) 및 그래핀 옥사이드 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체의 제조방법.
The method of claim 9,
The carbon support of step (a) is carbon black, Ketjen black, carbon nanotube, carbon nanofiber, graphite carbon, graphene and Method of producing a platinum-transition metal composite supported on a carbon support, characterized in that it comprises at least one selected from graphene oxide.
제9항에 있어서,
단계 (a)가 초음파 처리(sonication)를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체의 제조방법.
The method of claim 9,
Step (a) is carried out by sonication (sonication), the method of producing a platinum-transition metal composite supported on a carbon support.
제9항에 있어서,
단계 (b)가
(b-1) 200℃ 내지 400℃에서 1차 열처리하는 단계; 및
(b-2) 600℃ 내지 800℃에서 2차 열처리하는 단계;를
포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 지지체에 담지된 백금-전이금속 복합체의 제조방법.
The method of claim 9,
Step (b)
(b-1) first heat treatment at 200 ° C to 400 ° C; And
(b-2) secondary heat treatment at 600 ° C. to 800 ° C .;
Method for producing a platinum-transition metal composite supported on a carbon support comprising a.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113231641A (en) * 2021-05-08 2021-08-10 中国科学技术大学 Carbon black loaded highly-ordered PtCo intermetallic compound and synthesis method and application thereof
WO2021243971A1 (en) * 2020-06-03 2021-12-09 深圳先进技术研究院 Composite nanomaterial, preparation method therefor and catalyst
US20220209248A1 (en) * 2020-12-24 2022-06-30 Hyundai Motor Company Catalyst for fuel cell and method for preparing the same
CN115064711A (en) * 2022-07-13 2022-09-16 清科(深圳)氢能科技有限公司 Preparation method and application of high-activity in-situ nitrogen-doped carbon carrier loaded platinum-based alloy catalyst
KR20230075160A (en) 2021-11-22 2023-05-31 한국과학기술연구원 Catalyst for fuel cell, fuel cell comprising the same and manufacturing method thereof

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021243971A1 (en) * 2020-06-03 2021-12-09 深圳先进技术研究院 Composite nanomaterial, preparation method therefor and catalyst
US20220209248A1 (en) * 2020-12-24 2022-06-30 Hyundai Motor Company Catalyst for fuel cell and method for preparing the same
CN113231641A (en) * 2021-05-08 2021-08-10 中国科学技术大学 Carbon black loaded highly-ordered PtCo intermetallic compound and synthesis method and application thereof
KR20230075160A (en) 2021-11-22 2023-05-31 한국과학기술연구원 Catalyst for fuel cell, fuel cell comprising the same and manufacturing method thereof
CN115064711A (en) * 2022-07-13 2022-09-16 清科(深圳)氢能科技有限公司 Preparation method and application of high-activity in-situ nitrogen-doped carbon carrier loaded platinum-based alloy catalyst

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