KR20210020695A - Self-activatable catalytic electrode for electrochemical CO2 reduction using metal impurities and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

Provided are an electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode capable of self-activation using metal impurities and a manufacturing method thereof. The electrode comprises: carbon catalyst particles doped with a heteroelement having a lone pair of electrons; and a binder comprising a non-ionic conductive polymer. Self-activation is possible by selectively adsorbing and stabilizing metal cation impurities present in the electrolyte solution at the level of a single atom, thereby improving catalyst performance and durability.

Description

금속 불순물을 이용한 자가 활성화가 가능한 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극 및 그 제조방법{Self-activatable catalytic electrode for electrochemical CO2 reduction using metal impurities and method for manufacturing the same}Self-activatable catalytic electrode for electrochemical CO2 reduction using metal impurities and method for manufacturing the same}

금속 불순물을 이용한 자가 활성화가 가능한 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전해질 용액 내 존재하는 금속 양이온 불순물에 의한 촉매의 비활성화를 억제함으로써, 촉매 성능 및 내구성을 향상시킬 수 있는 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode capable of self-activation using metal impurities and a method of manufacturing the same, and more particularly, to improve catalyst performance and durability by suppressing deactivation of the catalyst by metal cation impurities present in an electrolyte solution. It relates to an electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode and a method for producing the same.

지속가능한 청정에너지 및 화합물 생산에 대한 요구가 증가함에 따라 전기화학적 반응 시스템의 중요성이 대두되고 있다. 특히, 이를 위한 전기화학적 촉매의 개발에 있어, 고도로 정제된 염을 이용하여 제조된 고순도 전해액을 사용하기 때문에, 실제 반응계에 존재 가능한 미량 성분의 촉매 성능에 대한 영향은 대부분 평가 절하되었거나 배제되었다. 예를 들어, 전기화학적 이산화탄소 환원 반응 또한 대부분의 실험실 규모의 실험에서 고순도 전해질을 사용하여 수행되었다. 그러나, 전해액에 존재하는 극미량의 금속 양이온 불순물만으로도 반응 도중 촉매 표면에 침전됨으로써 촉매의 급속한 활성 저하를 야기할 수 있다. 예를 들어, 백만분의 일(ppm) 수준의 철 양이온 불순물만으로도 수 시간 내에 구리(Cu) 촉매의 반응성을 감소시킬 수 있으며, 다른 대표적인 이산화탄소 환원 반응용 금속 촉매인 금(Au) 및 은(Ag) 촉매 역시 미량 금속 불순물에 의해 빠르게 비활성화 된다.As the demand for sustainable clean energy and compound production increases, the importance of electrochemical reaction systems is emerging. In particular, in the development of an electrochemical catalyst for this, since a high-purity electrolyte prepared using a highly purified salt is used, the effects of trace components that may exist in the actual reaction system on the catalyst performance are mostly devalued or excluded. For example, electrochemical carbon dioxide reduction reactions were also carried out using high purity electrolytes in most laboratory scale experiments. However, even with only a very small amount of metal cation impurities present in the electrolytic solution, it may precipitate on the surface of the catalyst during the reaction, thereby causing a rapid decrease in activity of the catalyst. For example, it is possible to reduce the reactivity of a copper (Cu) catalyst within a few hours with only one part per million (ppm) of iron cation impurities, and gold (Au) and silver (Ag), which are other representative metal catalysts for carbon dioxide reduction reactions. ) The catalyst is also rapidly deactivated by trace metal impurities.

이러한 금속 양이온 불순물은 다양한 유입 경로를 통해 반응계에 존재할 수 있다. 첫째, 전해액 제조에 사용된 물과 전해질 염을 통해 유입될 수 있다. 예를 들어, 순도 99.7% 이상의 탄산수소칼륨(KHCO3) 염과 초고순도 물을 이용해 0.1M 농도의 전해액을 제조 시 최대 0.05ppm의 철 양이온 불순물이 존재하며 이는 구리 촉매의 이산화탄소 전환반응에 대한 활성을 수 시간 내에 급속히 저해한다. 뿐만 아니라 수산화칼륨(KOH)을 이용할 경우 전해액 1M 농도 기준으로 0.66ppm의 더 높은 농도의 철 양이온 불순물이 존재하게 된다. 또한, 사용된 물의 순도에 따라 전해액 내의 금속 양이온 불순물의 잔류량이 달라질 수 있다. 이에 따라, 초순수(Milli Q water) 및 탈염수(deionized water)를 이용한 0.5M 농도의 탄사수소칼륨 전해액의 경우 6시간 이내에 구리 촉매의 이산화탄소 전환반응에 대한 활성을 잃으며, 수돗물을 (tap-water) 이용해 제조된 전해액의 경우 2시간 이내에 빠르게 비활성화 되는 것으로 알려져 있다. These metal cation impurities may exist in the reaction system through various inflow paths. First, it can be introduced through the water and the electrolyte salt used to prepare the electrolyte. For example, when preparing an electrolyte solution of 0.1M concentration using potassium hydrogen carbonate (KHCO 3 ) salt with a purity of 99.7% or higher and ultra-high purity water, iron cation impurities of up to 0.05 ppm exist, which is the activity of the copper catalyst for carbon dioxide conversion. Rapidly inhibited within a few hours. In addition, when potassium hydroxide (KOH) is used, iron cation impurities with a higher concentration of 0.66 ppm based on the 1M concentration of the electrolyte are present. In addition, the amount of residual metal cation impurities in the electrolyte may vary depending on the purity of the water used. Accordingly, in the case of a 0.5M concentration of potassium hydrocarbon electrolyte using ultrapure water (Milli Q water) and deionized water, the copper catalyst loses the activity of the carbon dioxide conversion reaction within 6 hours, and tap-water is used. In the case of an electrolyte prepared using it, it is known that it is rapidly deactivated within 2 hours.

둘째, 금속 양이온 불순물은 외부 경로를 통해 유입될 수 있다. 예를 들어, 철 양이온 불순물은 스테인리스강으로 만들어진 반응조 및 그를 이루는 부속들로부터 용출 되어 전해액에 공급될 수 있다. 그러나, 전기화학적 촉매반응의 상용화 측면을 고려할 때 대규모 생산을 위해서는 스테인리스강으로 만들어진 파이프라인, 연결부, 저장조 등의 사용이 불가피하다. Second, metal cation impurities may be introduced through an external path. For example, iron cation impurities may be eluted from a reaction tank made of stainless steel and parts constituting the same and supplied to the electrolyte. However, considering the commercialization aspect of the electrochemical catalytic reaction, it is inevitable to use a pipeline made of stainless steel, a connection part, and a storage tank for large-scale production.

따라서, 금속 양이온 불순물, 특히 철 양이온 불순물에 대한 내성이 높은 촉매의 설계는 전기화학적 촉매반응의 상용화에 있어 필수 선결 과제로 남아 있다.Therefore, the design of a catalyst having high resistance to metal cation impurities, especially iron cation impurities, remains an essential prerequisite for the commercialization of electrochemical catalytic reactions.

금속 불순물에 의한 촉매의 비활성화를 막기 위한 노력의 일환으로 보고된 선행연구들의 경우 금속 불순물의 침적을 막는 것에 초점을 맞추었다. 예를 들어, 파동 형태의 인가전압(pulsed electro-reduction)을 통한 전기화학적 전처리를 통한 개선안이 제안되었다. 그러나, 이 접근방식은 일시적으로 촉매를 재생시켜 금속 양이온 불순물의 영향을 완화하는 것으로 처리 횟수가 증가함에 따라 그 유효성이 감소한다. 또 다른 접근방식은 전해액에 킬레이트제(chelating agent)를 도입함으로써 금속 불순물을 제거하는 것이다. 이 경우 30시간까지의 촉매 내구성을 확보할 수 있으나 킬레이트제 사용에 따른 추가 비용이 수반된다. Previous studies reported as part of an effort to prevent catalyst deactivation by metallic impurities focused on preventing deposition of metallic impurities. For example, an improvement plan through electrochemical pretreatment through pulsed electro-reduction has been proposed. However, this approach temporarily regenerates the catalyst to mitigate the effects of metal cation impurities, and its effectiveness decreases as the number of treatments increases. Another approach is to remove metallic impurities by introducing a chelating agent into the electrolyte. In this case, catalyst durability of up to 30 hours can be secured, but additional costs are involved in the use of a chelating agent.

위에서 언급한 바와 같이 일반적인 금속 기반의 전기화학적 이산화탄소 환원용 촉매에서는 금속 불순물의 침적이 원하는 생성물의 선택적 생산에 해가 된다. 따라서, 금속 양이온 불순물에 의해 촉매가 비활성화 되는 문제점을 극복하고, 더 나아가 반응 활성을 향상시킬 수 있는 새로운 방법이 요구된다.As mentioned above, in a general metal-based electrochemical carbon dioxide reduction catalyst, deposition of metal impurities is detrimental to the selective production of a desired product. Accordingly, there is a need for a new method capable of overcoming the problem of deactivation of the catalyst by metal cation impurities and further improving the reaction activity.

전기화학적 소자로부터 불순물 상들의 제거 (한국등록특허 제10-1192701호)Removal of impurity phases from the electrochemical device (Korean Patent Registration No. 10-1192701)

Pulsed Electroreduction of CO2 on Silver Electrodes, J. Electrochem. Soc., 143, 582, (1996).Pulsed Electroreduction of CO2 on Silver Electrodes, J. Electrochem. Soc., 143, 582, (1996). “Deactivation of Copper Electrode” in Electrochemical Reduction of CO2, Electrochim. Acta, 50, 5354, (2005). “Deactivation of Copper Electrode” in Electrochemical Reduction of CO2, Electrochim. Acta, 50, 5354, (2005). Pulsed Electroreduction of CO2 on Copper Electrodes, J. Electrochem. Soc., 140, 3479, (1993).Pulsed Electroreduction of CO2 on Copper Electrodes, J. Electrochem. Soc., 140, 3479, (1993). Stabilizing Copper for CO2 Reduction in Low-Grade Electrolyte., Inorg. Chem., 57, 14624, (2018).Stabilizing Copper for CO2 Reduction in Low-Grade Electrolyte., Inorg. Chem., 57, 14624, (2018). Impurity Ion Complexation Enhances Carbon Dioxide Reduction Catalysis., ACS Catal., 5, 4479, (2015).Impurity Ion Complexation Enhances Carbon Dioxide Reduction Catalysis., ACS Catal., 5, 4479, (2015).

본 발명의 일 측면은 전해질 용액 내 금속 양이온 불순물에 의한 촉매의 비활성화를 막고, 반응 활성을 향상시킬 수 있는 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극을 제공하는 것이다.An aspect of the present invention is to provide an electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode capable of improving reaction activity and preventing deactivation of a catalyst by metal cation impurities in an electrolyte solution.

본 발명의 다른 측면은 상기 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극의 제조방법을 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a method of manufacturing the electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode.

본 발명의 일 측면에서는, In one aspect of the present invention,

비공유전자쌍을 갖는 이종원소로 도핑된 탄소 촉매 입자; 및Carbon catalyst particles doped with heterogeneous elements having unshared electron pairs; And

비이온성 전도성 고분자를 포함하는 바인더;A binder containing a nonionic conductive polymer;

를 포함하는 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극이 제공된다.An electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode comprising a is provided.

본 발명의 다른 측면에서는, In another aspect of the invention,

용매 내에 비공유전자쌍을 갖는 이종원소로 도핑된 탄소 촉매 입자 및 비이온성 전도성 고분자를 포함하는 바인더를 분산시켜 혼합 용액을 제공하는 단계; 및Dispersing a binder including carbon catalyst particles and nonionic conductive polymers doped with heteroelements having a non-shared electron pair in a solvent to provide a mixed solution; And

상기 혼합 용액을 기재 상에 도포하여 촉매 전극을 제공하는 단계;Applying the mixed solution on a substrate to provide a catalyst electrode;

를 포함하는 상기 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극의 제조방법이 제공된다.There is provided a method of manufacturing the electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode comprising a.

일 구현예에 따른 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극은 전해질 용액 내 존재하는 금속 양이온 불순물을 단일원자 수준으로 선택적으로 흡착 및 안정화시켜 자가 활성화가 가능하며, 이를 통해 촉매 성능 및 내구성을 향상시킬 수 있다.The electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode according to an embodiment may be self-activated by selectively adsorbing and stabilizing metal cation impurities present in an electrolyte solution at a single atom level, thereby improving catalyst performance and durability.

도 1은 일 실시예에 따른 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 촉매 전극 제조시 사용된 촉매 및 전도성 고분자 바인더의 종류에 따른 금속 불순물과의 상호작용 에너지의 이론 계산 값을 나타낸 그래프이다.
도 3은 비이온성 전도성 고분자를 사용한 경우 및 이온성 전도성 고분자를 사용한 경우, Fe2+ 이온의 흡착 점을 보여주는 모식도이다.
도 4a 내지 4e는 각각 비교예 1 및 실시예 1 내지 4에서 제조된 촉매 전극의 이산화탄소 환원 반응에 대한 촉매 성능 결과로서, 전압에 따른 일산화탄소 및 수소 생성의 부분 전류 밀도를 나타낸 것이다.
도 5는 비교예 1 및 실시예 1 내지 4에서 제조된 촉매 전극의 -0.63 V vs RHE에서의 이산화탄소 환원 생성물 내 CO 및 H2의 부분전류밀도를 비교한 그래프이다.
도 6은 비교예 1에서 제조된 촉매 전극의 촉매 성능 평가 이후의 주사투과전자현미경(STEM) 및 STEM Elemental Mapping 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 실시예 1에서 제조된 촉매 전극의 촉매 성능 평가 이후의 STEM 및 STEM Elemental Mapping 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 8은 실시예 1에서 제조된 촉매 전극에 대한 X선 흡수 광역 미세구조 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 9는 실시예 1에서 제조된 촉매 전극에 대한 X선 광전자 분광법 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 10은 실시예 1에서 제조된 촉매 전극의 이산화탄소 전환 반응에 대한 장기 안정성 평가 결과를 나타낸 것이다.
도 11 및 도 12는 각각 실시예 1에서 제조된 촉매 전극의 니켈 및 아연 양이온 불순물에 대한 촉매 성능 평가 결과를 나타낸 것이다.
1 is a schematic diagram illustrating an electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode according to an embodiment.
2 is a graph showing the theoretical calculation value of interaction energy with metal impurities according to the types of catalysts and conductive polymer binders used in manufacturing a catalyst electrode.
3 is a schematic diagram showing the adsorption point of Fe 2+ ions when a nonionic conductive polymer is used and when an ionic conductive polymer is used.
4A to 4E are results of catalytic performance for carbon dioxide reduction reactions of the catalytic electrodes prepared in Comparative Examples 1 and 1 to 4, respectively, showing partial current densities of carbon monoxide and hydrogen generation according to voltage.
5 is a graph comparing partial current densities of CO and H 2 in carbon dioxide reduction products in -0.63 V vs RHE of the catalyst electrodes prepared in Comparative Example 1 and Examples 1 to 4. FIG.
6 shows a scanning transmission electron microscope (STEM) and STEM Elemental Mapping analysis results after the catalyst performance evaluation of the catalyst electrode prepared in Comparative Example 1.
7 shows STEM and STEM Elemental Mapping analysis results after catalytic performance evaluation of the catalyst electrode prepared in Example 1.
8 shows the results of analyzing the X-ray absorption wide area microstructure of the catalyst electrode prepared in Example 1.
9 shows the results of X-ray photoelectron spectroscopy analysis of the catalyst electrode prepared in Example 1.
10 shows long-term stability evaluation results for carbon dioxide conversion reaction of the catalyst electrode prepared in Example 1.
11 and 12 show catalyst performance evaluation results for nickel and zinc cation impurities of the catalyst electrode prepared in Example 1, respectively.

이하에서 설명되는 본 창의적 사상(present inventive concept)은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 창의적 사상을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 창의적 사상의 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present inventive concept described below may apply various transformations and may have various embodiments. Specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present creative idea to a specific embodiment, it is to be understood as including all transformations, equivalents or substitutes included in the technical scope of the present creative idea.

이하에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 창의적 사상을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 이하에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품, 성분, 재료 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 나타내려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품, 성분, 재료 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하에서 사용되는 "/"는 상황에 따라 "및"으로 해석될 수도 있고 "또는"으로 해석될 수도 있다.The terms used below are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present inventive idea. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. Hereinafter, terms such as "comprises" or "have" are intended to indicate the existence of features, numbers, steps, actions, components, parts, components, materials, or a combination thereof described in the specification. It is to be understood that the above other features, or the possibility of the presence or addition of numbers, steps, actions, components, parts, components, materials, or combinations thereof, are not excluded in advance. "/" used below may be interpreted as "and" or "or" depending on the situation.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하거나 축소하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 명세서 전체에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 또는 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성 요소들은 용어들에 의하여 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.In the drawings, the thickness is enlarged or reduced in order to clearly express various layers and regions. The same reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification. Throughout the specification, when a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" or "on" another part, this includes not only the case directly above the other part, but also the case where there is another part in the middle. . Throughout the specification, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

이하에서 예시적인 구현예들에 따른 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극 및 그 제조방법에 대해 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, an electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode and a method of manufacturing the same according to exemplary embodiments will be described in more detail.

일 구현예에 따른 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극은,Electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode according to an embodiment,

비공유전자쌍을 갖는 이종원소로 도핑된 탄소 촉매 입자; 및Carbon catalyst particles doped with heterogeneous elements having unshared electron pairs; And

비이온성 전도성 고분자를 포함하는 바인더;를 포함한다.It includes; a binder containing a nonionic conductive polymer.

도 1은 일 실시예에 따른 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극을 설명하기 위한 모식도이다.1 is a schematic diagram for explaining an electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode according to an embodiment.

도 1에서 보는 바와 같이, 상기 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극은 비공유전자쌍을 갖는 이종원소로 도핑된 탄소 촉매 입자(10)를 비이온성 전도성 고분자를 포함하는 바인더(20)와 혼합하여 기재(30) 상에 도포함으로써 제조될 수 있다.As shown in FIG. 1, the electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode mixes the carbon catalyst particles 10 doped with heterogeneous elements having a non-shared electron pair with a binder 20 containing a nonionic conductive polymer to form a substrate 30. It can be prepared by applying.

상기 탄소 촉매 입자는 탄소계 지지체로서, 예를 들어, 흑연, 그래핀, 탄소나노튜브, 탄소 나노섬유, 활성탄, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙 및 플러렌 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 당해 기술분야에서 이산화탄소 환원 촉매 전극에 사용가능한 탄소계 소재라면 제한없이 사용가능하다.The carbon catalyst particles may include at least one selected from graphite, graphene, carbon nanotubes, carbon nanofibers, activated carbon, carbon black, acetylene black, and fullerene as a carbon-based support, but is limited thereto. No, any carbon-based material that can be used for a carbon dioxide reduction catalyst electrode in the art can be used without limitation.

탄소 촉매 입자에 도핑된 비공유전자쌍을 갖는 이종원소는 15족 원소, 16족 원소 및 17족 원소 중에서 선택된 적어도 하나의 원소일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 비공유전자쌍을 갖는 이종원소는 질소, 인, 황, 및 불소 중에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 비공유전자쌍을 갖는 이종원소는 질소일 수 있다. The heteroelement having a non-shared electron pair doped on the carbon catalyst particles may be at least one element selected from a group 15 element, a group 16 element, and a group 17 element. According to an embodiment, the heteroelement having an unshared electron pair may include at least one element selected from nitrogen, phosphorus, sulfur, and fluorine. For example, the heteroelement having the unshared electron pair may be nitrogen.

상기 이종원소의 도핑량은 상기 탄소 촉매 입자의 탄소 및 상기 이종원소의 총원자수 기준으로 1 내지 10 원자% 범위일 수 있다. 상기 범위에서 비도핑된 탄소 촉매 입자에 비하여 이산화탄소 환원 성능을 향상시키고 전해액 내 존재하는 금속 양이온 불순물을 효과적으로 흡착시킬 수 있다.The doping amount of the heterogeneous element may range from 1 to 10 atomic% based on the total number of carbon atoms of the carbon catalyst particles and the heterogeneous element. Compared to the undoped carbon catalyst particles in the above range, carbon dioxide reduction performance can be improved and metal cation impurities present in the electrolyte can be effectively adsorbed.

비공유전자쌍을 갖는 이종원소로 도핑된 탄소 촉매 입자는 도핑되지 않은 탄소 촉매 입자보다 CO2의 환원이 더 잘 일어날 수 있다. 예를 들어, 흑연, 그래핀, CNT 등에 질소 원자의 도핑은 graphitic, pyridinic, pyrrolic nitrogen을 형성하는데, 이러한 질소 자리에서는 CO2가 *COOH로 환원되기 위해 필요한 활성화 에너지가 순수한 비도핑 탄소자리보다 낮아 CO2의 환원이 더 잘 일어날 수 있다. 또한, 이러한 질소 자리는 *COOH와는 강하게 결합하나 *CO와의 결합력은 낮기 때문에 CO를 선택적으로 생성하게 된다. 특히 -0.3 eV를 걸어주었을 때 pyridinic nitrogen에서는 자발적인 환원 반응이 일어날 수 있어, 해당 부분이 가장 효과적인 반응 지점이 된다. 또한, 질소 도핑 탄소는 수소 발생 반응의 과전압이 약 -0.82 eV이기 때문에 CO2 환원에 대한 경쟁 반응을 차단할 수 있다.Carbon catalyst particles doped with heteroelements having an unshared electron pair may exhibit better reduction of CO 2 than non-doped carbon catalyst particles. For example, doping of nitrogen atoms in graphite, graphene, CNT, etc., forms graphitic, pyridinic, and pyrrolic nitrogen.In these nitrogen sites, the activation energy required to reduce CO 2 to *COOH is lower than that of pure undoped carbon sites. The reduction of CO 2 can occur better. In addition, these nitrogen sites are strongly bonded to *COOH, but have low bonding strength with *CO, so that CO is selectively generated. In particular, when -0.3 eV is applied, a spontaneous reduction reaction can occur in pyridinic nitrogen, so that the part becomes the most effective reaction point. In addition, nitrogen-doped carbon can block a competitive reaction for CO 2 reduction because the overvoltage of the hydrogen generation reaction is about -0.82 eV.

또한, 비공유전자쌍을 갖는 이종원소로 도핑된 탄소 촉매 입자는 전자가 풍부한 비공유전자쌍을 갖는 이종원소 자리가 활성 점을 제공할 수 있다. 비공유전자쌍을 갖는 이종원소로 도핑된 탄소 촉매 입자를 비이온성 전도성 고분자를 포함하는 바인더와 함께 이산화탄소 환원 반응에 이용하는 경우, 전해액 내 금속 양이온 불순물이 전자가 풍부한 이종원소 자리에 선택적으로 흡착할 수 있어 자가 활성화(self-activation)를 구현할 수 있다.In addition, in the carbon catalyst particles doped with a heteroelement having an unshared electron pair, a heterogeneous element site having an electron-rich unshared electron pair may provide an active point. When carbon catalyst particles doped with a heterogeneous element having a non-shared electron pair are used in a carbon dioxide reduction reaction with a binder containing a nonionic conductive polymer, metal cation impurities in the electrolyte can be selectively adsorbed to the site of the electron-rich heteroelement, thereby self-activating. (self-activation) can be implemented.

상기 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극은, 비공유전자쌍을 갖는 이종원소로 도핑된 탄소 촉매 입자와 함께, 바인더로서 비이온성 전도성 고분자를 포함한다. 상기 비이온성 전도성 고분자는 상기 촉매 전극의 물리적 강도 및 전도성을 향상시킬 뿐만 아니라, 상기 촉매 전극 내에서 금속 양이온 불순물의 흡착 점을 비공유전자쌍을 갖는 이종원소 자리만으로 제한할 수 있다. 이에 따라, 상기 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극은 전해질 용액 내에 존재하는 금속 양이온 불순물의 선택적인 흡착을 통하여 자가 활성화(self-activation)를 구현할 수 있다.The electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode includes a nonionic conductive polymer as a binder, together with carbon catalyst particles doped with heteroelements having a non-shared electron pair. The nonionic conductive polymer not only improves the physical strength and conductivity of the catalyst electrode, but also restricts the adsorption point of metal cation impurities in the catalyst electrode to only heteroelement sites having non-shared electron pairs. Accordingly, the electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode may implement self-activation through selective adsorption of metal cation impurities present in the electrolyte solution.

도 2는 촉매 전극 제조시 사용된 전도성 고분자 바인더의 종류에 따른 금속 불순물과의 상호작용 에너지의 이론 계산 값을 나타낸 그래프이다. 도 2에서 보는 바와 같이, 이온성 전도성 고분자 바인더의 경우, Fe 불순물과의 상호작용 에너지가 높은 반면, 비이온성 전도성 고분자 바인더의 경우, Fe 불순물과의 상호작용 에너지가 질소 도핑된 탄소보다도 낮다. 따라서, 동일한 비공유전자쌍을 갖는 이종원소로 도핑된 탄소 촉매 입자와 혼합 사용되더라도, 금속 양이온 불순물의 흡착점이 달라질 수 있다.2 is a graph showing the theoretical calculation value of the interaction energy with metal impurities according to the type of the conductive polymer binder used in manufacturing the catalyst electrode. As shown in FIG. 2, in the case of the ionic conductive polymer binder, the interaction energy with the Fe impurity is high, whereas in the case of the nonionic conductive polymer binder, the interaction energy with the Fe impurity is lower than that of nitrogen-doped carbon. Therefore, even when mixed and used with carbon catalyst particles doped with heterogeneous elements having the same unshared electron pair, the adsorption point of the metal cation impurity may vary.

도 3은 비이온성 전도성 고분자를 사용한 경우 및 이온성 전도성 고분자를 사용한 경우, Fe2 + 이온의 흡착 점을 보여주는 모식도이다. 도 3에서 보는 바와 같이, 예를 들어 질소 도핑된 탄소 촉매 입자가 동일하게 사용되더라도, 비이온성 전도성 고분자를 사용하는 경우, Fe2 + 이온은 탄소 촉매 입자의 질소 자리에 흡착될 수 있는 반면, 나피온과 같은 이온성 전도성 고분자를 사용하는 경우, Fe2 + 이온은 나피온의 술폰산기에 흡착된다. 3 is a schematic diagram showing the adsorption point of Fe 2 + ions when a nonionic conductive polymer is used and when an ionic conductive polymer is used. As shown in FIG. 3, for example, even if nitrogen-doped carbon catalyst particles are used in the same manner, in the case of using a nonionic conductive polymer, Fe 2 + ions can be adsorbed to the nitrogen site of the carbon catalyst particles. When an ionic conductive polymer such as pion is used, Fe 2 + ions are adsorbed to the sulfonic acid group of Nafion.

따라서, 비공유전자쌍을 갖는 이종원소로 도핑된 탄소 촉매 입자와 함께 바인더로서 비이온성 전도성 고분자를 사용하여 촉매 전극을 제조하면, Fe과 같은 금속 양이온 불순물의 흡착 점을 비공유전자쌍을 갖는 이종원소 자리로만 제한할 수 있다.Therefore, when a catalyst electrode is prepared using a nonionic conductive polymer as a binder with carbon catalyst particles doped with a heterogeneous element having a lone pair of electrons, the adsorption point of metal cation impurities such as Fe can be limited to the site of a heterogeneous element having a lone pair of electrons. I can.

일 실시예에 따르면, 상기 비이온성 전도성 고분자로는 예를 들어 폴리페닐렌비닐렌, 폴리나프탈렌비닐렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스틸렌, 폴리카프로락톤, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리알킬옥사이드, 폴리옥시에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체, 셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로스, 메틸히드록시에틸셀룰로오스, 메틸히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 카르복시메틸히드록시에틸셀룰로오스, 및 이들의 유도체로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to an embodiment, as the nonionic conductive polymer, for example, polyphenylene vinylene, polynaphthalene vinylene, polymethyl methacrylate, polystyrene, polycaprolactone, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, Polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyalkyl oxide, polyoxyethylene oxide, polyethylene oxide-propylene oxide copolymer, cellulose, methyl cellulose, ethyl cellulose, methyl hydroxyethyl cellulose, methyl hydroxypropyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxy It may include at least one selected from methylcellulose, carboxymethylhydroxyethylcellulose, and derivatives thereof, but is not limited thereto.

상기 비이온성 전도성 고분자는 백본(backbone) 구조에 이중결합 사슬 또는 단일결합 사슬, 또는 이둘 모두를 포함하는 어떠한 것도 사용가능하며, 이중에서도 이중결합 사슬을 포함하는 것을 사용하는 것이 더 우수한 전기화학적 이산화탄소 환원 성능을 나타낼 수 있다는 점에서 바람직하다. 백본 구조에 이중결합 사슬을 갖는 비이온성 전도성 고분자로는 예를 들어, 폴리페닐렌비닐렌 및 그 유도체, 폴리나프탈렌비닐렌 및 그 유도체, 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다.The nonionic conductive polymer can be used in a backbone structure, including a double bond chain or a single bond chain, or both, and it is better to use one containing a double bond chain in the electrochemical carbon dioxide reduction. It is preferable in that it can exhibit performance. As the nonionic conductive polymer having a double bond chain in the backbone structure, for example, polyphenylene vinylene and its derivatives, polynaphthalene vinylene and its derivatives, or a mixture thereof may be used.

상기 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극에서, 상기 탄소 촉매 입자 및 상기 비이온성 전도성 고분자의 중량비는 1:100 내지 100:1 범위일 수 있다. 예를 들어, 상기 탄소 촉매 입자 및 상기 비이온성 전도성 고분자의 중량비는 1:50 내지 50:1 범위, 구체적으로 예를 들면, 1:10 내지 10:1 범위일 수 있다. 상기 범위에서 촉매 전극의 물리적 강도 및 전도성을 향상시킬 뿐만 아니라, 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 성능 및 내구성을 향상시킬 수 있다. In the electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode, a weight ratio of the carbon catalyst particles and the nonionic conductive polymer may range from 1:100 to 100:1. For example, the weight ratio of the carbon catalyst particles and the nonionic conductive polymer may range from 1:50 to 50:1, specifically, from 1:10 to 10:1. In the above range, not only the physical strength and conductivity of the catalyst electrode may be improved, but also the electrochemical carbon dioxide reduction catalyst performance and durability may be improved.

일 실시예에 따르면, 상기 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극은, 상기 비공유전자쌍을 갖는 이종원소가 존재하는 자리에 흡착된 금속 양이온 불순물을 더 포함할 수 있다. 상기 금속 양이온 불순물은 철(Fe), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 구리(Cu) 중에서 선택된 적어도 하나의 금속 양이온을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode may further include a metal cation impurity adsorbed to a site in which the heteroelement having the unshared electron pair exists. The metal cation impurity may include at least one metal cation selected from iron (Fe), nickel (Ni), zinc (Zn), and copper (Cu).

상기 금속 양이온 불순물은 전해질 내 존재하는 불순물로부터 유래한 것으로, 이산화탄소 환원 반응 중에 비공유전자쌍을 갖는 이종원소가 존재하는 자리에 단일 원자 수준으로 흡착되어 고도로 분산된 상태로 안정화될 수 있다. 이와 같은 금속 양이온 불순물의 선택적 흡착을 통해 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극의 자가 활성화 및 장기 안정성을 확보할 수 있다.The metal cation impurities are derived from impurities present in the electrolyte, and may be stabilized in a highly dispersed state by being adsorbed at the level of a single atom at a site where a hetero element having a non-shared electron pair exists during a carbon dioxide reduction reaction. Self-activation and long-term stability of the electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode can be secured through selective adsorption of such metal cation impurities.

상술한 바와 같이, 상기 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극은 전기화학적 이산화탄소 환원 반응 중 전해질 용액 내 금속 양이온 불순물을 선택적으로 흡착할 수 있으므로, 금속 양이온 불순물에 의한 촉매의 비활성화를 막아, 촉매 성능 및 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 전해액 정제비용을 감소시킬 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 상기 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극은 다양한 금속 양이온 불순물들에 대해서도 적용 가능하고 반응 도중 금속 이온 양이온의 흡착을 기반으로 유도되는 효과를 가지므로, 다양한 전기화학 반응들에 적용될 수 있다.As described above, since the electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode can selectively adsorb metal cation impurities in the electrolyte solution during the electrochemical carbon dioxide reduction reaction, it prevents deactivation of the catalyst by metal cation impurities, thereby improving catalyst performance and durability. In addition to being able to, it has the effect of reducing the cost of refining the electrolyte. In addition, since the electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode can be applied to various metal cation impurities and has an effect induced based on adsorption of metal ion cation during the reaction, it can be applied to various electrochemical reactions.

이하에서 일 구현예에 따른 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극의 제조방법에 대해 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing an electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode according to an embodiment will be described.

일 실시예에 따르면, 상기 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극의 제조방법은,According to an embodiment, the method of manufacturing the electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode,

용매 내에 비공유전자쌍을 갖는 이종원소로 도핑된 탄소 촉매 입자 및 비이온성 전도성 고분자를 포함하는 바인더를 분산시켜 혼합 용액을 제공하는 단계; 및Dispersing a binder including carbon catalyst particles and nonionic conductive polymers doped with heteroelements having a non-shared electron pair in a solvent to provide a mixed solution; And

상기 혼합 용액을 기재 상에 도포하하여 촉매 전극을 제공하는 단계;를 포함한다.And applying the mixed solution on a substrate to provide a catalyst electrode.

이종원소로 도핑된 탄소 촉매 입자 및 비이온성 전도성 고분자를 포함하는 바인더에 대해서는 상술한 바와 같다.The binder including the carbon catalyst particles doped with heterogeneous elements and the nonionic conductive polymer is as described above.

이종원소로 도핑된 탄소 촉매 입자 및 비이온성 전도성 고분자를 포함하는 바인더를 분산시키기 위한 용매로는 예를 들어 물, 알코올계, 카보네이트계, 글리콜계, 아세톤 또는 이들의 혼합 용매가 사용될 수 있다. 이러한 용매의 비제한적인 예로는 물(water); 에탄올 (ethanol), 이소프로필알콜 (isopropyl alcohol) 등의 알코올류; 아세톤 (acetone), 등 또는 이들의 혼합체 등이 있다. 구체적으로 예를 들면, 물, 에탄올, 이소프로필알콜 중 1종 혹은 이들의 조합을 사용할 수 있다.As a solvent for dispersing the binder including the carbon catalyst particles doped with heterogeneous elements and the nonionic conductive polymer, for example, water, alcohol, carbonate, glycol, acetone, or a mixed solvent thereof may be used. Non-limiting examples of such solvents include water; Alcohols such as ethanol and isopropyl alcohol; Acetone, and the like or mixtures thereof. Specifically, for example, one or a combination of water, ethanol, and isopropyl alcohol may be used.

용매의 경우, 예를 들어 촉매 질량 1mg 기준 0.1ml 내지 10ml 범위에서 조절 될 수 있다.In the case of a solvent, for example, it may be adjusted in the range of 0.1 ml to 10 ml based on 1 mg of catalyst mass.

상기 분산을 위해서는 교반 방식 혹은 음파처리 방식을 사용할 수 있다. 마이크로파 처리는 50W 내지 700W 범위의 출력에서 처리 가능하며, 바람직하게는 약 200W를 사용할 수 있다.For the dispersion, a stirring method or a sound wave treatment method may be used. Microwave processing can be processed at an output in the range of 50W to 700W, and preferably about 200W can be used.

비공유전자쌍을 갖는 이종원소로 도핑된 탄소 촉매 입자 및 비이온성 전도성 고분자를 포함하는 바인더가 분산된 혼합 용액을 준비한 다음, 상기 혼합 용액을 기재 상에 도포하여 촉매 전극을 제공하게 된다.A mixed solution in which a binder including carbon catalyst particles doped with heterogeneous elements having a non-shared electron pair and a nonionic conductive polymer is dispersed is prepared, and then the mixed solution is applied on a substrate to provide a catalyst electrode.

상기 기재는 당해 기술분야에서 통상적으로 사용되는 전도성 전극기재라면 제한없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 기재로는 탄소지(carbon paper), 유리상 탄소(glassy carbon) 등을 사용할 수 있다.The substrate may be used without limitation as long as it is a conductive electrode substrate commonly used in the art. For example, as a substrate, carbon paper, glassy carbon, or the like may be used.

상기 혼합 용액을 기재 상에 도포하는 방식으로는, 혼합 용액을 직접 떨어뜨리거나 질소, 아르곤, 헬륨, 공기 같은 기체상을 이용해 분무하는 방식, 기재를 회전시킨 상태에서 혼합 용액을 떨어뜨리는 스핀코팅, 혼합 용액을 기재 상에 떨어뜨린 후 밀대로 전개시키는 코팅 방식 등을 사용할 수 있다. 촉매 전극의 활성 면적은 0.2 내지 10 cm2 범위일 수 있고, 예를 들어 0.3 내지 1 cm2 범위일 수 있고, 구체적으로 예를 들면 약 0.5cm2 일 수 있다.As a method of applying the mixed solution on the substrate, the mixed solution is directly dropped or sprayed using a gaseous phase such as nitrogen, argon, helium, air, spin coating in which the mixed solution is dropped while the substrate is rotated, After the mixed solution is dropped on the substrate, a coating method or the like in which the mixed solution is developed with a pusher can be used. The active area of the catalyst electrode may be in the range of 0.2 to 10 cm 2 , for example, in the range of 0.3 to 1 cm 2 , and specifically, for example, may be about 0.5 cm 2.

상기 혼합 용액을 도포한 후 상온에서 건조하여 용매를 제거함으로써 촉매 전극을 제공한다.After applying the mixed solution, it is dried at room temperature to remove the solvent, thereby providing a catalyst electrode.

상기 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극의 제조방법은, 상기 촉매 전극에 전해질 용액에 접촉시키고 이산화탄소 환원 반응을 진행하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method of manufacturing the electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode may further include contacting the catalyst electrode with an electrolyte solution and performing a carbon dioxide reduction reaction.

이산화탄소 환원 반응에서 전해질 용액은 예를 들어 0.1 - 0.5M 농도 사이의 탄산수소칼륨 용액을 이산화탄소 기체를 포화시켜 사용할 수 있다.In the carbon dioxide reduction reaction, the electrolyte solution may be used by saturating carbon dioxide gas with a potassium hydrogen carbonate solution having a concentration of 0.1 to 0.5 M, for example.

상기 전해질 용액은 금속 양이온 불순물을 포함할 수 있다. 이산화탄소 환원 반응이 진행하는 동안, 전해질 용액 내에 존재하는 금속 양이온 불순물이 탄소 촉매 입자의 비공유전자쌍을 갖는 이종원소 자리에 선택적으로 흡착될 수 있다. 금속 양이온 불순물의 이종원소 자리로의 선택적 흡착을 통해 금속-이종원소 간 상호작용을 유도하고 고도로 분산된 금속 자리를 안정화시킬 수 있다. 이를 통해 비공유전자쌍을 갖는 이종원소로 도핑된 탄소 촉매 입자의 자가 활성화 및 장기안정성이 확보될 수 있다.The electrolyte solution may contain metal cation impurities. While the carbon dioxide reduction reaction proceeds, metal cation impurities present in the electrolyte solution may be selectively adsorbed to the sites of heterogeneous elements having non-shared electron pairs of the carbon catalyst particles. Through the selective adsorption of metal cation impurities to heterogeneous sites, metal-heterogeneous interactions can be induced and highly dispersed metal sites can be stabilized. Through this, self-activation and long-term stability of the carbon catalyst particles doped with a heteroelement having an unshared electron pair can be secured.

이하의 실시예 및 비교예를 통하여 예시적인 구현예들이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예 및 비교예는 기술적 사상을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것이 아니다.Exemplary embodiments are described in more detail through the following examples and comparative examples. However, the Examples and Comparative Examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예 1: 폴리페닐렌비닐렌(PPV)을 이용한 촉매 전극 제조Example 1: Preparation of a catalyst electrode using polyphenylene vinylene (PPV)

먼저, 질소 도핑 탄소 촉매 (5 at% 질소 함유)를 아래 과정으로 제조하였다. First, a nitrogen-doped carbon catalyst (containing 5 at% nitrogen) was prepared by the following procedure.

전구체로서 0.5g의 1,10-페난트롤린 및 2g의 아연(II) 제올리틱 이미다졸레이트 프레임워크 (ZIF-8)를 혼합하여 지르코니아 볼밀을 이용해 400RPM 에서 30분씩 총 네 번 혼합 및 분쇄하였다. 얻어진 혼합물 분말을 아르곤 기상에서 1050 ℃ 조건에서 1시간 동안 열분해를 통해 질소 도핑 탄소 촉매를 합성하였다. 이후 얻어진 상기 촉매를 pH 1의 황산을 이용해 잔류 금속들을 용해 및 세척하였다.As a precursor, 0.5 g of 1,10-phenanthroline and 2 g of zinc (II) zeolitic imidazolate framework (ZIF-8) were mixed, and mixed and pulverized four times for 30 minutes at 400 RPM using a zirconia ball mill. . The obtained mixture powder was pyrolyzed for 1 hour at 1050° C. in an argon gas phase to synthesize a nitrogen-doped carbon catalyst. Then, the obtained catalyst was dissolved and washed with residual metals using sulfuric acid having a pH of 1.

제조된 상기 질소 도핑 탄소 촉매 (5 at% 질소 함유) 9mg을 바인더로서 비이온성 전도성 고분자인 폴리페닐렌비닐렌(PPV) 3mg과 혼합한 후 이소프로필알콜 3ml에 음파처리 방식을 이용하여 분산시켰다. 탄소지를 전극 기재로 하여 상기 분산된 혼합용액을 질소 가스를 이용해 0.5cm2 활성면적을 가지도록 분사하여 도포하였다. 혼합용액이 도포된 전극 기재를 상온에서 건조하여 촉매 전극을 제조하였다.9 mg of the prepared nitrogen-doped carbon catalyst (containing 5 at% nitrogen) was mixed with 3 mg of polyphenylene vinylene (PPV), a nonionic conductive polymer as a binder, and then dispersed in 3 ml of isopropyl alcohol using a sonication method. Using carbon paper as an electrode substrate, the dispersed mixed solution was sprayed and coated with nitrogen gas to have an active area of 0.5 cm 2. The electrode substrate coated with the mixed solution was dried at room temperature to prepare a catalyst electrode.

실시예 2: 폴리나프탈렌비닐렌(PNV)을 이용한 촉매 전극 제조Example 2: Preparation of a catalyst electrode using polynaphthalene vinylene (PNV)

상기 실시예 1에서 폴리페닐렌비닐렌(PPV) 대신 폴리나프탈렌비닐렌(PNV)을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 과정을 실시하여 촉매 전극을 제조하였다.A catalyst electrode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that polynaphthalene vinylene (PNV) was used instead of polyphenylene vinylene (PPV) in Example 1.

실시예 3: 에틸 셀룰로오스(EC)를 이용한 촉매 전극 제조Example 3: Preparation of a catalyst electrode using ethyl cellulose (EC)

상기 실시예 1에서 폴리페닐렌비닐렌(PPV) 대신 에틸 셀룰로오스(EC)을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 과정을 실시하여 촉매 전극을 제조하였다.Except for using ethyl cellulose (EC) instead of polyphenylene vinylene (PPV) in Example 1, the same procedure as in Example 1 was performed to prepare a catalyst electrode.

실시예 4: 폴리비닐알콜(PVA)을 이용한 촉매 전극 제조Example 4: Preparation of a catalyst electrode using polyvinyl alcohol (PVA)

상기 실시예 1에서 폴리페닐렌비닐렌(PPV) 대신 폴리비닐알콜(PVA)을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 과정을 실시하여 촉매 전극을 제조하였다.A catalyst electrode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that polyvinyl alcohol (PVA) was used instead of polyphenylene vinylene (PPV) in Example 1.

비교예 1: 나피온(Nafion)을 이용한 촉매 전극 제조Comparative Example 1: Preparation of a catalyst electrode using Nafion

상기 실시예 1에서 바인더로서 폴리페닐렌비닐렌(PPV) 대신 이온성 전도성 고분자인 나피온(Nafion)을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 과정을 실시하여 촉매 전극을 제조하였다.In Example 1, a catalyst electrode was manufactured in the same manner as in Example 1, except that Nafion, an ionic conductive polymer was used instead of polyphenylenevinylene (PPV) as a binder.

평가예 1: 철 양이온에 의한 전극의 촉매 성능 평가Evaluation Example 1: Evaluating the catalyst performance of an electrode by iron cations

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1에서 제조된 촉매 전극을 이용하여 아래와 같이 이산화탄소 환원 반응을 진행하여 촉매 성능을 평가하였다.The catalyst performance was evaluated by performing a carbon dioxide reduction reaction as follows using the catalyst electrodes prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Example 1.

이산화탄소 환원 반응은 이산화탄소가 포화된 0.5M 탄산수소칼륨 전해액을 이용하였으며, 준비된 촉매 전극을 작동전극으로, 백금 판을 상대전극으로, Ag/AgCl 전극을 기준전극으로 하는 3전극 시스템을 활용하였다. 여기서, 전기화학 방법은 시간대전류법(chronoamperometry)을 이용하여 가역 수소 환원 전극(Reversible hydrogen electrode, RHE) 전극 기준 -0.33 ~ -0.83 V 범위의 전위를 인가하여 촉매 성능을 평가하였다. The carbon dioxide reduction reaction was performed using a 0.5M potassium hydrogencarbonate electrolyte saturated with carbon dioxide, and a three-electrode system using the prepared catalyst electrode as a working electrode, a platinum plate as a counter electrode, and an Ag/AgCl electrode as a reference electrode was used. Here, in the electrochemical method, catalytic performance was evaluated by applying a potential in the range of -0.33 to -0.83 V based on a reversible hydrogen electrode (RHE) electrode using chronoamperometry.

또한, 전기화학적 측정은 2실 전기화학 셀에서 CHI potentiostat을 사용하여 수행했고, 셀레미온 음이온 교환막을 사용하여 각각 38ml의 캐소드액과 애노드액을 분리하였다. 전해질 용액을 적어도 30분 동안 고순도 이산화탄소 가스로 퍼지했으며, 포화 후 pH는 대략 7.2 였다. 각 고정 전위에서 시간에 따라 전류를 측정하였으며, 가스상 생성물(즉 H2, CO)을 pulsed discharge detector가 장착된 기체 크로마토그래프로 분석하였다. In addition, electrochemical measurements were performed in a two-room electrochemical cell using a CHI potentiostat, and 38 ml of catholyte and anolyte were separated using a selemion anion exchange membrane. The electrolyte solution was purged with high purity carbon dioxide gas for at least 30 minutes, and the pH after saturation was approximately 7.2. Current was measured with time at each fixed potential, and gaseous products (ie, H 2 , CO) were analyzed by a gas chromatograph equipped with a pulsed discharge detector.

금속 양이온의 효과를 규명하기 위해, 먼저 금속 불순물이 없는 조건에서 성능을 평가한 뒤, 금속 양이온 불순물로서 염화 철(FeCl2)이 용해된 수용액을 주입하여 전체 전해질 내 2.5ppm 농도 조건에서 성능을 재평가하였다. To investigate the effect of metal cations, first evaluate the performance in the absence of metal impurities, and then re-evaluate the performance under the condition of 2.5 ppm concentration in the entire electrolyte by injecting an aqueous solution in which iron chloride (FeCl 2) is dissolved as a metal cation impurity. I did.

비교예 1 및 실시예 1 내지 4에서 제조된 촉매 전극의 촉매 성능을 분석한 결과를 도 4 및 도 5에 나타내었다. 구체적으로는, 도 4a 내지 4e는 각각 비교예 1 및 실시예 1 내지 4에서 제조된 촉매 전극의 전압에 따른 이산화탄소 환원 반응에 따른 생성 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)의 부분전류 밀도를 나타낸 것이고, 도 5는 각 촉매 전극의 -0.63 V vs RHE 에서의 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)의 부분전류밀도를 비교한 그래프이다.The results of analyzing the catalyst performance of the catalyst electrodes prepared in Comparative Example 1 and Examples 1 to 4 are shown in FIGS. 4 and 5. Specifically, FIGS. 4A to 4E show partial current densities of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) produced according to the carbon dioxide reduction reaction according to the voltage of the catalyst electrodes prepared in Comparative Examples 1 and 1 to 4, respectively. 5 is a graph comparing partial current densities of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2) in -0.63 V vs. RHE of each catalyst electrode.

도 4a 내지 도 5에서 보는 바와 같이, 비교예 1에서 이온성 전도성 고분자인 나피온을 이용한 촉매 전극의 경우, 금속 양이온 불순물이 존재하는 조건에서 원하는 생성물인 일산화탄소(CO)의 생성은 감소하였고 부가 생성물인 수소(H2)의 생성은 증가하였다.As shown in FIGS. 4A to 5, in the case of the catalyst electrode using Nafion, an ionic conductive polymer in Comparative Example 1, the production of carbon monoxide (CO), which is a desired product, was reduced in the presence of metal cation impurities, The production of phosphorus hydrogen (H 2 ) increased.

이에 반해, 실시예 1-4에서 비이온성 전도성 고분자인 PPV, PNV, EC 및 PVA를 이용한 촉매 전극의 경우, 금속 양이온 불순물이 존재하는 조건에서 원하는 생성물인 일산화탄소(CO)의 생성은 증가하였고 부가 생성물인 수소(H2)의 생성은 감소하였다. 이로부터, 실시예 1-4의 촉매 전극은 바인더로서 비이온성 전도성 고분자를 이용함으로써 금속 양이온 불순물의 선택적 흡착에 의하여 촉매 성능이 향상된 것을 확인할 수 있다.On the contrary, in the case of the catalyst electrode using the nonionic conductive polymers PPV, PNV, EC and PVA in Example 1-4, the production of carbon monoxide (CO), a desired product, was increased in the presence of metal cation impurities, and the addition product The production of phosphorus hydrogen (H 2 ) decreased. From this, it can be seen that the catalyst performance of Example 1-4 was improved by selective adsorption of metal cation impurities by using a nonionic conductive polymer as a binder.

한편, 도 5에서 보는 바와 같이, 실시예 1-4에서 사용된 비이온성 전도성 고분자 중에서도 그 백본 구조에 이중결합을 가지는 PPV 및 PNV의 경우가 단일결합 만으로 이루어진 EC 및 PVA에 비해 절대적인 CO 생성량이 높은 것으로 나타났다.On the other hand, as shown in FIG. 5, among the nonionic conductive polymers used in Example 1-4, PPV and PNV having a double bond in their backbone structure have higher absolute CO generation than EC and PVA consisting of only single bonds. Appeared.

평가예 2: 자가활성화된 촉매 전극의 특성 분석Evaluation Example 2: Characterization of a self-activated catalyst electrode

자가활성화된 촉매 전극의 특성을 비교분석하기 위하여, 비교예 1 및 실시예 1에서 제조된 촉매 전극에 대하여 철 양이온 불순물이 존재하는 환경에서 촉매 성능 평가 이후 주사투과전자현미경(STEM) 및 STEM Elemental Mapping 분석을 실시하고, 그 결과를 각각 도 6 및 도 7에 나타내었다.In order to compare and analyze the characteristics of the self-activated catalyst electrode, scanning transmission electron microscope (STEM) and STEM Elemental Mapping after evaluating the catalyst performance in an environment in which iron cation impurities exist for the catalyst electrodes prepared in Comparative Examples 1 and 1 Analysis was performed, and the results are shown in FIGS. 6 and 7 respectively.

도 6에서 보는 바와 같이, 비교예 1에서 이온성 전도성 고분자인 나피온을 이용한 촉매 전극의 경우, 철 양이온 불순물이 존재하는 환경에서 촉매 성능 평가 이후, 철 양이온이 100nm 이상의 큰 나노입자 형태로 침전된 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 6, in the case of the catalyst electrode using Nafion, which is an ionic conductive polymer in Comparative Example 1, after evaluating the catalyst performance in an environment in which iron cation impurities are present, iron cations are precipitated in the form of large nanoparticles of 100 nm or more. Can be seen.

반면, 도 7에서 보는 바와 같이, 실시예 1에서 비이온성 전도성 고분자인 PPV를 이용한 촉매 전극의 경우, 철 양이온 불순물이 존재하는 환경에서 촉매 성능 평가 이후, 철 양이온이 나노입자 형성 없이 탄소 촉매 전반에 걸쳐 질소 도핑 탄소 촉매의 질소 자리에 고도로 분산되어 안정화되었음을 알 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 7, in the case of the catalyst electrode using PPV, which is a nonionic conductive polymer in Example 1, after evaluating the catalytic performance in an environment in which iron cation impurities are present, iron cations are used throughout the carbon catalyst without nanoparticle formation. It can be seen that it is highly dispersed and stabilized at the nitrogen site of the nitrogen doped carbon catalyst throughout.

실시예 1에서 제조된 촉매 전극에 대하여, X선 흡수 광역 미세구조 분석 및 X선 광전자 분광법 분석을 실시하고, 그 결과를 각각 도 8 및 도 9에 나타내었다. 도 8 및 도 9에서 보는 바와 같이, 실시예 1에서 제조된 촉매 전극은 철과 질소 간의 상호작용이 발달하였음을 확인할 수 있었다.For the catalyst electrode prepared in Example 1, X-ray absorption broadband microstructure analysis and X-ray photoelectron spectroscopy analysis were performed, and the results are shown in FIGS. 8 and 9, respectively. As shown in FIGS. 8 and 9, it was confirmed that the catalyst electrode prepared in Example 1 developed an interaction between iron and nitrogen.

평가예Evaluation example 3: 3: 자가활성화를Self-activation 이용한 전기화학적 이산화탄소 환원 반응의 장기안정성 평가 Long-term stability evaluation of the electrochemical carbon dioxide reduction reaction using

실시예 1에서 제조된 촉매 전극에 대하여 이산화탄소 전환 반응에 대한 장기 안정성 평가를 실시하기 위하여, 전극 활성 면적을 0.283cm2로 한 것을 제외하고 상기 평가예 1과 동일한 조건에서 -0.63 V vs RHE의 전압을 인가하여 300시간 운전하면서 전류 밀도를 측정하고, 그 결과를 도 10에 나타내었다.In order to evaluate the long-term stability of the carbon dioxide conversion reaction with respect to the catalyst electrode prepared in Example 1, the voltage of -0.63 V vs RHE under the same conditions as in Evaluation Example 1 except that the electrode active area was 0.283 cm 2 The current density was measured while driving for 300 hours by applying, and the results are shown in FIG. 10.

도 10에서 보는 바와 같이, 실시예 1에서 PPV를 이용한 촉매 전극을 사용한 경우, 300시간의 운전동안 이산화탄소 전환 반응에 대해 안정적인 성능을 확보한 것을 알 수 있다. 장기 안정성 평가의 경우 시험예 1.과 전극 활성 면적 0.283cm2을 제외한 동일한 조건에서 -0.63 V vs RHE의 전압을 인가하여 성능을 평가하였다.As shown in FIG. 10, in the case of using the catalyst electrode using PPV in Example 1, it can be seen that stable performance for the carbon dioxide conversion reaction was secured during the operation of 300 hours. In the case of long-term stability evaluation, the performance was evaluated by applying a voltage of -0.63 V vs RHE under the same conditions except for Test Example 1. and an electrode active area of 0.283 cm 2.

평가예 4: 다양한 금속 양이온 불순물에 의한 자가활성화Evaluation Example 4: Self-activation by various metal cation impurities

철 양이온 불순물 이외 니켈 및 아연 양이온 불순물을 이용한 자가활성화 여부를 확인하기 위하여, 실시예 1에서 제조된 촉매 전극에 대하여 염화 철(FeCl2) 대신 염화 니켈(NiCl2) 및 염화 아연(ZnCl2)을 이용하여 상기 평가예 1과 동일하게 촉매 성능 평가를 실시하고, 그 결과를 각각 도 11 및 도 12에 나타내었다.In order to check whether self-activation using nickel and zinc cation impurities other than iron cation impurities, nickel chloride (NiCl 2 ) and zinc chloride (ZnCl 2 ) were used instead of iron chloride (FeCl 2) for the catalyst electrode prepared in Example 1. Using the same, the catalyst performance was evaluated in the same manner as in Evaluation Example 1, and the results are shown in FIGS. 11 and 12, respectively.

도 11 및 도 12에서 보는 바와 같이, 실시예 1에서 제조된 촉매 전극은 사용된 금속 양이온 불순물에 대해서 CO의 증가 및 H2의 감소 등 자가활성화가 가능한 것을 확인하였다.As shown in FIGS. 11 and 12, it was confirmed that the catalyst electrode prepared in Example 1 is capable of self-activation such as an increase in CO and a decrease in H2 for the metal cation impurities used.

이상에서는 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 구현예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 구현예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.In the above, preferred embodiments according to the present invention have been described with reference to the drawings and embodiments, but these are only exemplary, and various modifications and other equivalent embodiments are possible from those of ordinary skill in the art. You will be able to understand. Therefore, the scope of protection of the present invention should be determined by the appended claims.

Claims (18)

비공유전자쌍을 갖는 이종원소로 도핑된 탄소 촉매 입자; 및
비이온성 전도성 고분자를 포함하는 바인더;
를 포함하는 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극.
Carbon catalyst particles doped with heterogeneous elements having unshared electron pairs; And
A binder containing a nonionic conductive polymer;
Electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode comprising a.
제1항에 있어서,
상기 비공유전자쌍을 갖는 이종원소는 15족 원소, 16족 원소 및 17족 원소 중에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극.
The method of claim 1,
An electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode comprising at least one element selected from a group 15 element, a group 16 element, and a group 17 element in the hetero element having the unshared electron pair.
제1항에 있어서,
상기 비공유전자쌍을 갖는 이종원소는 질소, 인, 황, 및 불소 중에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극.
The method of claim 1,
An electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode comprising at least one element selected from nitrogen, phosphorus, sulfur, and fluorine as the heteroelement having the unshared electron pair.
제1항에 있어서,
상기 탄소 촉매 입자는 흑연, 그래핀, 탄소나노튜브, 탄소 나노섬유, 활성탄, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙 및 플러렌 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극.
The method of claim 1,
The carbon catalyst particle is an electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode comprising at least one selected from graphite, graphene, carbon nanotubes, carbon nanofibers, activated carbon, carbon black, acetylene black, and fullerene.
제1항에 있어서,
상기 이종원소의 도핑량은 상기 탄소 촉매 입자의 탄소 및 상기 이종원소의 총원자수 기준으로 1 내지 10 원자% 범위인 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극.
The method of claim 1,
The electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode in which the doping amount of the heterogeneous element is in the range of 1 to 10 atomic% based on the total number of carbon atoms of the carbon catalyst particles and the heterogeneous element.
제1항에 있어서,
상기 비이온성 전도성 고분자는 폴리페닐렌비닐렌, 폴리나프탈렌비닐렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스틸렌, 폴리카프로락톤, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리알킬옥사이드, 폴리옥시에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체, 셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로스, 메틸히드록시에틸셀룰로오스, 메틸히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 카르복시메틸히드록시에틸셀룰로오스, 및 이들의 유도체로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극.
The method of claim 1,
The nonionic conductive polymer is polyphenylene vinylene, polynaphthalene vinylene, polymethyl methacrylate, polystyrene, polycaprolactone, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyalkyl oxide , Polyoxyethylene oxide, polyethylene oxide-propylene oxide copolymer, cellulose, methylcellulose, ethylcellulose, methylhydroxyethylcellulose, methylhydroxypropylcellulose, hydroxyethylcellulose, carboxymethylcellulose, carboxymethylhydroxyethylcellulose, And electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode comprising at least one selected from derivatives thereof.
제1항에 있어서,
상기 비이온성 전도성 고분자는 백본(backbone) 구조에 이중결합 사슬을 포함하는 것인 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극.
The method of claim 1,
The electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode wherein the nonionic conductive polymer includes a double bond chain in a backbone structure.
제1항에 있어서,
상기 탄소 촉매 입자 및 상기 비이온성 전도성 고분자의 중량비는 1:100 내지 100:1 범위인 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극.
The method of claim 1,
The weight ratio of the carbon catalyst particles and the nonionic conductive polymer is in the range of 1:100 to 100:1 electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode.
제1항에 있어서,
상기 비공유전자쌍을 갖는 이종원소가 존재하는 자리에 흡착된 금속 양이온 불순물을 더 포함하는 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극.
The method of claim 1,
Electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode further comprising a metal cation impurity adsorbed at the site where the hetero element having the unshared electron pair is present.
제9항에 있어서,
상기 금속 양이온 불순물은 철(Fe), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 구리(Cu) 중에서 선택된 적어도 하나의 금속 양이온을 포함하는 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극.
The method of claim 9,
The metal cation impurity is an electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode comprising at least one metal cation selected from iron (Fe), nickel (Ni), zinc (Zn), and copper (Cu).
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극을 포함하는 전기화학적 이산화탄소 환원 장치.An electrochemical carbon dioxide reduction apparatus comprising the electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode according to any one of claims 1 to 10. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극을 이용한 전기화학적 이산화탄소 환원 방법.An electrochemical carbon dioxide reduction method using the electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode according to any one of claims 1 to 10. 용매 내에 비공유전자쌍을 갖는 이종원소로 도핑된 탄소 촉매 입자 및 비이온성 전도성 고분자를 포함하는 바인더를 분산시켜 혼합 용액을 제공하는 단계; 및
상기 혼합 용액을 기재 상에 도포하여 촉매 전극을 제공하는 단계;
를 포함하는 제1항에 따른 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극의 제조방법.
Dispersing a binder including carbon catalyst particles and nonionic conductive polymers doped with heteroelements having a non-shared electron pair in a solvent to provide a mixed solution; And
Applying the mixed solution on a substrate to provide a catalyst electrode;
The method of manufacturing an electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode according to claim 1 comprising a.
제13항에 있어서,
상기 비공유전자쌍을 갖는 이종원소는 15족 원소, 16족 원소 및 17족 원소 중에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극의 제조방법.
The method of claim 13,
The method of manufacturing an electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode comprising at least one element selected from a group 15 element, a group 16 element, and a group 17 element as the hetero element having the lone pair.
제13항에 있어서,
상기 비공유전자쌍을 갖는 이종원소는 질소, 인, 황 및 불소 중에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극의 제조방법.
The method of claim 13,
The method of manufacturing an electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode comprising at least one element selected from nitrogen, phosphorus, sulfur, and fluorine as the heteroelement having the unshared electron pair.
제13항에 있어서,
상기 비이온성 전도성 고분자는 폴리페닐렌비닐렌, 폴리나프탈렌비닐렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스틸렌, 폴리카프로락톤, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리알킬옥사이드, 폴리옥시에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌옥사이드-프로필렌옥사이드 공중합체, 셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로스, 메틸히드록시에틸셀룰로오스, 메틸히드록시프로필셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 카르복시메틸히드록시에틸셀룰로오스 및 이들의 유도체로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극의 제조방법.
The method of claim 13,
The nonionic conductive polymer is polyphenylene vinylene, polynaphthalene vinylene, polymethyl methacrylate, polystyrene, polycaprolactone, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyalkyl oxide , Polyoxyethylene oxide, polyethylene oxide-propylene oxide copolymer, cellulose, methylcellulose, ethylcellulose, methylhydroxyethylcellulose, methylhydroxypropylcellulose, hydroxyethylcellulose, carboxymethylcellulose, carboxymethylhydroxyethylcellulose and A method for producing an electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode comprising at least one selected from derivatives thereof.
제13항에 있어서,
상기 촉매 전극에 전해질 용액에 접촉시키고 이산화탄소 환원 반응을 진행하는 단계를 더 포함하는 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극의 제조방법.
The method of claim 13,
A method of manufacturing an electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode further comprising the step of contacting the catalyst electrode with an electrolyte solution and performing a carbon dioxide reduction reaction.
제17항에 있어서,
상기 전해질 용액은 금속 양이온 불순물을 포함하는 것인 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매 전극의 제조방법.
The method of claim 17,
The electrolyte solution is a method of manufacturing an electrochemical carbon dioxide reduction catalyst electrode containing metal cation impurities.
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