KR20220042761A - 고전도성 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체, 촉매 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체, 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면 텅스텐 산화물 전구체를 함유하는 용액을 전기방사하여 텅스텐 산화물 섬유를 형성하는 단계, 상기 텅스텐 산화물 섬유를 300℃이상의 온도로 1차 열처리하는 단계, 1차 열처리한 상기 텅스텐 산화물 섬유를 600℃이상의 온도로 2차 열처리 하는 단계 및 상기 텅스텐 산화물 섬유에 Pt를 담지하는 Pt를 담지하는 단계를 포함 포함한다.
Description
본 발명은 고전도성 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 촉매를 담지한 지지체로서 고전도성 텅스텐 산화물을 섬유 형태로 제조하여 사용함으로써, 높은 반응성과 내구성을 지닌 촉매 지지체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
도 1의 (a)는 PEMFC의 구동 원리를 나타낸 단면도이고, (b)는 PEMFC의 전극 촉매 지지체의 분해 문제를 설명하기 위한 단면도이다.
PEMFC(Proton Exchange Membrance Fuel Cell)는 수소가 직접 이동하여 산소와 결합하는 연료전지의 구동방식을 의미한다. 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 수소의 이온화와 산소의 반응을 위해, 수소 또는 산소가 만나는 전극에 촉매가 필요하며, 상기 촉매로 백금이 사용된다. 백금이 전자 등을 받거나 내어주어 반응을 일으키기 위해서는 백금을 담지하는 촉매 지지체(110)가 필요하며, 이 촉매 지지체(110)로 기존에는 흑연 또는 그래핀이 사용되었다. 그러나, 이 경우 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 촉매 지지체(110)를 구성하는 그래핀의 탄소가 산소와 반응하여 제거되는 문제가 발생한다. 촉매 지지체(110)의 일부가 제거되는 경우 백금이 촉매 지지체(110)에서 빠져나가거나 뭉치는 현상이 일어날 수 있다.
따라서, 높은 전도성과 내화성을 겸비한 촉매 지지체(110) 개발이 요구된다.
한편, 전술한 배경기술은 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명의 일 실시예는 고전도성 백금 촉매 지지체 및 이의 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 고내화성 백금 촉매 지지체 및 이의 제조방법을 제공하는 데에 목적이 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체를 제조하는 방법은 텅스텐 산화물 전구체를 함유하는 용액을 전기방사하여 텅스텐 산화물 섬유를 형성하는 단계, 상기 텅스텐 산화물 섬유를 300℃이상의 온도로 1차 열처리하는 단계, 1차 열처리한 상기 텅스텐 산화물 섬유를 600℃이상의 온도로 2차 열처리하는 단계 및 상기 텅스텐 산화물 섬유에 백금을 담지하는 백금을 담지하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 1차 열처리하는 단계는 산화분위기에서 수행할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 텅스텐 산화물 섬유를 형성하는 단계는, 상기 텅스텐 산화물 전구체를 함유하는 용액을 사이린지 펌프에서부터 회전하는 드럼 콜렉터로 방사하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 텅스텐 산화물 전구체를 함유하는 용액을 상기 사이린지 펌프에서부터 회전하는 상기 드럼 콜렉터로 방사하는 단계는, 상기 사이린지 펌프와 상기 드럼 콜렉터 사이에 12kV~14kV의 고전압을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 텅스텐 산화물 전구체는 염화텅스텐 일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상기 2차 열처리하는 단계는 환원분위기에서 수행할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상기 텅스텐 산화물 섬유는 비정질일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상기 텅스텐 산화물 섬유는 검은 색일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상기 백금을 담지하는 단계는, 상기 텅스텐 산화물 섬유에 백금 산화물 전구체를 환원시켜서 담지하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상기 백금을 담지하는 단계는, 상기 텅스텐 산화물 섬유에 백금 산화물 전구체를 환원시켜서 담지하는 단계 이후에 건조 및 가열단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일측면에 따르면, 위 방법으로 제조된 상기 촉매 지지체를 사용한 PEMFC용 촉매를 제공한다.
본 발명의 또 다른 일측면에 따른 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체는 WO3-x의 화학식에서 x 값이 0초과 3이하인 텅스텐 산화물 로 구성된 섬유 및 상기 섬유에 담지된 백금을 포함한다.
본 발명의 또 다른 일측면에 따르면, 상기 텅스텐 산화물은 비정질일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일측면에 따르면, 상기 텅스텐 산화물 WO3-x은 WO3에 비하여 18배 이상의 전류밀도를 갖을 수 있다.
본 발명의 또 다른 일측면에 따르면, 상기 텅스텐 산화물은 400~700nm의 빛에 대하여 0.9이상의 흡광율을 갖을 수 있다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 본 발명의 일 실시예에는 텅스텐 산화물 지지체의 전도성이 향상되는 효과가 있다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 본 발명의 일 실시예는 텡스텐 산화물 지지체의 내화성이 향상되는 효과가 있다.
도 1의 (a)는 PEMFC의 구동 원리를 나타낸 단면도이고, (b)는 PEMFC의 전극 촉매 지지체의 분해 문제를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체의 구조를 나타낸 구조도이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 흑색 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체의 제조방법을 나타낸 순서도이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체의 제조방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체의 제조방법에 의해 제조된 텅스텐 산화물 섬유의 온도에 따른 잔류질량을 나타낸 열중량 분석(TGA) 그래프이다.
도 6의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 텅스텐 산화물 섬유의 전자현미경 사진이고, (c) 및 (d)는 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 전자현미경 사진이며, (e), (f) 및 (g)는 백색 텅스텐 산화물 섬유의 TEM사진이고, (h), (i)및 (j)는 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 TEM 사진이다.
도 7의 (a), (b) 및 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 텅스텐 산화물 섬유 및 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 원자 결합에너지별 밀도 측정 그래프이고, (d)는 파장별 흡광그래프이며, (e)는 광자의 에너지별 광전효과를 측정한 그래프이다.
도 8의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 텅스텐 산화물 섬유의 SEM사진 및 텅스텐, 산소, 탄소에 대한 EDX사진이며, (b)는 본발명의 일 실시예에 따른 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 SEM사진 및 텅스텐, 산소, 탄소에 대한 EDX사진이다.
도 9의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 백색 텅스텐 산화물 섬유의 SEM사진이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 SEM사진이며, (c) 및 (d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 TEM사진이고, (e)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 SEM사진 및 텅스텐 , 탄소, 산소, 백금의 EDX사진이다.
도 10의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 백색 텅스텐 산화물 섬유와 백금이 담지된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 가역수소전극을 대상으로한 전압 전류 그래프이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 백색 텅스텐 산화물 섬유와 백금이 담지된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 은/염화은 반응에서 전압 전류 그래프이다.
도 11의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 백색 텅스텐 산화물 섬유와 백금이 담지된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 표준 환원전극에서 전압 전류 그래프이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 백색 텅스텐 산화물 섬유와 백금이 담지된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 은/염화은 반응에서 전압 전류 그래프이다.
도 12의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 백색 텅스텐 산화물 섬유의 내구성을 테스트하기 위하여 0회, 2000회, 4000회, 6000회 전극으로 사용하였을 때 전압별 전류 밀도를 나타낸 그래프이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 같은 회수에 대한 전압별 전류 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 13의 (a)는 기존의 흑연 지지체를 사용했을 때의 내구성을 테스트하기 위하여 0회, 2000회, 4000회 전극으로 사용하였을 때, 전압별 전류 밀도를 나타낸 그래프이고, (b)는 도 12의 (b)와 도 13의 (a)의 0.13184V에서의 전류밀도 감소폭을 기울기로 표현한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체의 구조를 나타낸 구조도이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 흑색 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체의 제조방법을 나타낸 순서도이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체의 제조방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체의 제조방법에 의해 제조된 텅스텐 산화물 섬유의 온도에 따른 잔류질량을 나타낸 열중량 분석(TGA) 그래프이다.
도 6의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 텅스텐 산화물 섬유의 전자현미경 사진이고, (c) 및 (d)는 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 전자현미경 사진이며, (e), (f) 및 (g)는 백색 텅스텐 산화물 섬유의 TEM사진이고, (h), (i)및 (j)는 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 TEM 사진이다.
도 7의 (a), (b) 및 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 텅스텐 산화물 섬유 및 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 원자 결합에너지별 밀도 측정 그래프이고, (d)는 파장별 흡광그래프이며, (e)는 광자의 에너지별 광전효과를 측정한 그래프이다.
도 8의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 텅스텐 산화물 섬유의 SEM사진 및 텅스텐, 산소, 탄소에 대한 EDX사진이며, (b)는 본발명의 일 실시예에 따른 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 SEM사진 및 텅스텐, 산소, 탄소에 대한 EDX사진이다.
도 9의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 백색 텅스텐 산화물 섬유의 SEM사진이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 SEM사진이며, (c) 및 (d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 TEM사진이고, (e)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 SEM사진 및 텅스텐 , 탄소, 산소, 백금의 EDX사진이다.
도 10의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 백색 텅스텐 산화물 섬유와 백금이 담지된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 가역수소전극을 대상으로한 전압 전류 그래프이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 백색 텅스텐 산화물 섬유와 백금이 담지된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 은/염화은 반응에서 전압 전류 그래프이다.
도 11의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 백색 텅스텐 산화물 섬유와 백금이 담지된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 표준 환원전극에서 전압 전류 그래프이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 백색 텅스텐 산화물 섬유와 백금이 담지된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 은/염화은 반응에서 전압 전류 그래프이다.
도 12의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 백색 텅스텐 산화물 섬유의 내구성을 테스트하기 위하여 0회, 2000회, 4000회, 6000회 전극으로 사용하였을 때 전압별 전류 밀도를 나타낸 그래프이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 같은 회수에 대한 전압별 전류 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 13의 (a)는 기존의 흑연 지지체를 사용했을 때의 내구성을 테스트하기 위하여 0회, 2000회, 4000회 전극으로 사용하였을 때, 전압별 전류 밀도를 나타낸 그래프이고, (b)는 도 12의 (b)와 도 13의 (a)의 0.13184V에서의 전류밀도 감소폭을 기울기로 표현한 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서는 “담지촉매”에 대한 설명이다. “담지촉매”란 표면적이 넓은 지지체(담체) 위에 미세한 활성물질 입자가 분산된 형태로 구성된 촉매를 말한다. 본 명세서에서 “A물질을 담지하다”란 표현은 담지촉매의 결합을 나타내기 위한 표현으로서, 표면에 A물질이 미세하게 분산된 형태로 결합됨을 의미한다.
본 발명은 PEMFC(Proton Exchange Membrance Fuel Cell)용 전극 또는 촉매로 사용하기 위한 촉매 지지체(110) 및 이의 제조방법에 대한 발명이나, 고전도성, 고내화성 백금촉매의 사용용도가 이에 제한되는 것은 아니다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체의 구조를 나타낸 구조도이다.
촉매 지지체(110)는 백금 촉매(220)를 담지하는 역할을 한다. 촉매 지지체(110)는 섬유 형태일 수 있다. 예를 들어, 백금 촉매(220)를 다수 담지하기 위하여, 표면적이 넓은 나노 단위 직경의 섬유형태를 갖는 것이 바람직하다.
촉매 지지체(110)는 전해질의 양단에서 반응물질에 촉매작용을 한다. 촉매 지지체(110)는 음극과 양극 모두에서 사용될 수 있다. 양극에서 사용될 경우 촉매 지지체(110)의 표면에서 HOR(hydrogen oxidation reaction)이 일어난다. 다시 말해서, 촉매 지지체(110)에 담지된 백금 촉매(220)는 수소의 전자를 빼앗아서 수소이온을 생성한다. 이 경우 촉매 지지체(110)는 전자의 이동을 위한 전도체로 기능한다.
음극에 사용될 경우 촉매 지지체(110)의 표면에서 ORR(oxygen reduction reaction)이 일어난다. 다시 말해서, 촉매 지지체(110)에 담지된 백금 촉매(220)은 산소분자를 원자로 나누고, 전자를 추가하여 수소 이온과 반응(환원)시키는 촉매로서 작용한다. 이때, 촉매 지지체(110)는 폐회로로부터 전자를 전송받아서 백금에 전달하는 역할을 한다.
촉매 지지체(110)는 텅스텐 산화물일 수 있다. 촉매 지지체(110)는 [화학식 1]에서 x값이 0초과 3이하인 텅스텐 산화물로 구성된 섬유일 수 있으며, 이 섬유가 백금을 담지한 구조일 수 있다.
[화학식 1]
WO3-x
이 경우 텅스텐 산화물 섬유(210)는 고전도성 산소결핍 텅스텐 산화물 섬유(210)가 된다. 고전도성 산소결핍 텅스텐 산화물 섬유(210)는 산소가 부족한 만큼 정공이 발생하여, 전도성이 높아질 수 있으며, 그 비율이 크다면 금속 특성이 향상되어 전도성이 급격히 커질 수 있다.
촉매 지지체(110)에 사용된 텅스텐 산화물 섬유(210)는 비정질일 수 있다. 비정질 촉매 지지체(110)의 경우 산소의 공극이 편중되지 않으므로, 갈바닉 부식의 문제가 최소화되고 내화성이 향상될 수 있다. 또한, 요철이 심한 결정질 표면에 비해 표면이 상대적으로 매끄러우므로 열팽창 등의 문제가 있을 때, 담지된 백금의 이탈이 최소화될 수 있다.
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 흑색 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체의 제조방법을 나타낸 순서도이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체의 제조방법을 나타낸 순서도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체의 제조방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3의 (a)와 (b)를 참조하면, 흑색 텅스텐 산화물 섬유와 백색 텅스텐 산화물 섬유는 2차 열처리하는 단계(S340, S350)을 제외하면 동일한 과정으로 제작된다. 공통 단계에 대하여는 함께 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 산화물 섬유(210)를 이용한 촉매 지지체(110) 제조방법은 텅스텐 산화물 전구체를 함유하는 용액을 준비하고, 이 용액을 전기방사하여 텅스텐 산화물 섬유(210)를 형성하는 단계(S310, S320), 텅스텐 산화물 섬유(210)를 300 ℃이상의 온도로 1차 열처리 하는 단계(S330), 1차 열처리한 텅스텐 산화물 섬유(210)를 600 ℃이상의 온도로 2차 열처리하는 단계(S340, S350) 및 텅스텐 산화물 섬유(210)에 백금을 담지하는 단계를 포함한다. 이때, 흑색 텅스텐 산화물 섬유(210)를 만들 경우 산소가 부족한 환원분위기에서 2차열처리를 수행한다(S340). 백색 텅스텐 산화물 섬유(210)를 만들 경우 산소가 충분한 산화분위기에서 2차 열처리를 수행한다(S350). 이후 텅스텐 산화물 섬유(210)에 백금을 담지하는 단계(S360)를 거쳐서 고전도성 산소 결핍 텅스텐 산화물 섬유(210)를 제작한다.
도 4를 참조하여, 각 단계에 대하여 보다 상세히 설명한다.
용액을 준비하는 단계(S310)에서, 텅스텐 산화물 전구체 및 탄소섬유 전구체를 용매에 녹여 용액을 준비한다.
텅스텐 산화물 전구체는 염화 텅스텐 (WCl6)일 수 있다.
탄소섬유 전구체는 폴리메틸메타아크릴레이트 (PMMA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐아세테이트 (PVAc), 폴리비닐알콜 (PVA), 폴리아크릴로니트릴 (PAN), 폴리에틸렌 옥사이드(polypropylene oxide, PEO), 폴리프로필렌옥사이드 (polypropylene oxide, PPO), 폴리에틸렌 옥사이드 공중합체, 폴리프로필렌옥사이드 공중합체, 폴리카보네이트 (polycarbonate, PC), 폴리염화비닐 (polyvinylchloride, PVC), 폴리카프로락톤 (polycaprolactone), 폴리비닐풀루오라이드 (polyvinylidene fluoride) 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다. 예를 들어, 폴리비닐피롤리돈이 사용될 수 있다. 폴리비닐피롤리돈은 흡착능력이 있어서, 점성을 용이하게 제어할 수 있으므로 특히 적합하다.
텅스텐 산화물 전구체와 탄소섬유 전구체의 질량비는 2:8 내지 4:6일 수 있다. 예를 들어, 1.5:1.94일 수 있다. 탄소섬유 전구체의 첨가량이 20중량%미만이면 점도가 너무 낮아서 전기방사가 아닌 스프레이형으로 분사되어 섬유를 합성할 수 없으며, 80중량%를 초과하여 첨가되는 경우에는 텅스텐 산화물 전구체의 함량이 너무 적어지는 문제가 발생될 수 있다.
용매는 극성용매가 사용될 수 있다. 예를들어, 아세트산이 이용될 수 있으며, 아세트산은 전기방사(electrospinning)시, 증발되도록 구성될 수 있다. 한편, 전기방사 과정에서 용매가 모두 증발될 수 있도록 용매는 텅스텐 산화물 전구체 및 탄소섬유 전구체의 비율대비 낮은 비율로 함유될 수 있다. 예를 들어, 용매의 함량 대 텅스텐 산화물 전구체 및 탄소섬유 전구체의 질량비는 1:15 이하일 수 있다.
텅스텐 산화물 섬유(210)를 형성하는 단계(S320)에서 용액을 전기방사함으로써, 텅스텐 산화물 섬유를 형성한다. 전기방사란, 노즐의 끝과 콜렉터 사이에 고전압을 인가하여, 노즐의 끝을 특정 전하로 대전시키고, 이렇게 형성된 정전기적 반발력으로 용액의 표면장력을 극복하여 연신하는 미세 섬유 제작방법이다.
구체적으로 텅스텐 산화물 전구체를 함유하는 용액을 사이린지 펌프(syringe pump, 410)에서부터 회전하는 드럼 콜렉터(420)로 방사함으로써, 텅스텐 산화물 섬유가 형성될 수 있다. 이때, 전기방사에 사용하는 전압은 12KV에서 14KV일 수 있다. 12KV보다 전압이 낮은 경우 정전기가 표면장력의 인력을 이기지 못하여 인장이 원활히 일어나지 않으므로 섬유의 굵기가 커지는 문제가 있다. 14KV를 초과하는 경우 복합체가 자체적으로 배열되는 충분한 시간을 갖지 못하여 끊어지는 문제가 발생될 수 있다.
또한, 사이린지 펌프(410)로 공급되는 용액의 공급속도는 0.02mL/h 이상 0.04mL/h이하로 제어될 수 있다. 공급속도가 0.02mL/h보다 작으면 전기방사가 끊어져서 섬유형태를 유지할 수 없고, 0.04mL/h보다 커지면 섬유의 직경이 굵어져서 나노섬유형상의 구조를 형성하기 어려울 수 있다.
이후, 텅스텐 산화물 섬유(210)를 300℃이상의 온도로 1차 열처리하는 단계(S330)를 수행한다. 구체적으로, 전기 방사 후 드럼 콜렉터(420)에서 수집된 텅스텐 산화물 섬유는 공기 중에서 300℃이상 600℃이하의 온도로 1시간 이상의 시간 동안 가열될 수 있다.
1차 열처리는 산화분위기(대기 분위기)에서 수행될 수 있다. 이 경우, 텅스텐에 결합된 탄화물 및 음이온이 산화되어 제거될 수 있다.
1차 열처리는 산소 분압을 제한할 수 있는 구조의 가열기(430)를 통해 수행될 수 있다. 산소 분압이 제어됨에 따라 1차 열처리를 통해 텅스텐 산화물 섬유내의 탄화물 및 음이온의 산화 반응이 제어될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체의 제조방법에 의해 제조된 텅스텐 산화물 섬유의 온도에 따른 잔류질량을 나타낸 열중량 분석(TGA) 그래프이다.
도 5를 참조하면, 수집된 텅스텐 산화물 섬유(210)를 가열할 경우 300℃이상이 되었을 때, 텅스텐에 결합된 탄화물과 음이온이 제거되기 시작하는 것을 확인할 수 있다. 300℃이하의 온도로 1차 열처리할 경우 텅스텐이 탄화물과 음이온으로부터 분리되지 않으므로 이후의 소결시 공극이 발생할 수 있으며, 섬유 형태가 유지되지 못할 수 있다. 한편, 600℃가 넘는 경우 텅스텐이 산화물의 결정화가 진행될 수 있으며, 비정질 텅스텐 산화물이 수득되지 못할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 1차 열처리는 1시간 이상의 시간 동안 수행될 수 있다. 1차 열처리 시간은 산소분압의 유지 정도, 유속의 양 등에 따라 유동적으로 결정될 수 있으나, 1시간 미만인 경우 섬유 내측의 탄화물 및 음이온이 제거되지 못하여 후에 2차 열처리에서 산소 결핍 구조를 충분히 생성하지 못할 수 있다.
이후, 2차 열처리가 수행(S340, S350)된다. 흑색 텅스텐 산화물 섬유를 제작할 경우 1차 열처리한 텅스텐 산화물 섬유를 환원 분위기에서 600℃이상의 온도로 2차 열처리한다(S340). 구체적으로, 산소의 공급을 끊고, 환원성 기체인 수소를 포함한 비활성 기체를 공급한 상태에서 2차 열처리가 수행될 수 있다. 이 경우, 2차 열처리 과정에서 산소의 비율이 제한되며, 흑색 텅스텐 산화물 섬유가 제조될 수 있다.
2차 열처리는 산소의 유입이 차폐된 가열기(430)에서 수행될 수 있다. 이때, 수소 5~10%, 비활성 가스 90~95%의 주입가스가 사용될 수 있다. 비활성 주입가스는 아르곤일 수 있다.
흑색 텅스텐 산화물 섬유를 제조하기 위한 2차 열처리는 3시간 이상 수행될 수 있다. 3시간 미만의 시간동안 2차 열처리가 수행되는 경우, 반응시간이 충분히 확보되지 못하여 산소 결핍 구조가 충분히 생성되지 못할 수 있다.
백색 텅스텐 산화물 섬유를 제작할 경우 1차 열처리한 텅스텐 산화물 섬유를 산화분위기에서 600℃이상의 온도로 2차 열처리한다(S350). 구체적으로, 1차 열처리와 동일한 조건(대기 분위기)에서 2차 열처리가 수행될 수 있다. 2차 열처리 과정에서 풍부한 산소가 존재하므로, 산소가 많이 함유된 백색 텅스텐 산화물 섬유가 수득될 수 있다.
또한, 2차 열처리는 600℃이상의 온도로 진행되므로, 텅스텐 산화물의 결정화가 진행되어 결정질의 백색 텅스텐 산화물 섬유가 수득될 수 있다.
백색 텅스텐 산화물 섬유를 제조하기 위한 2차 열처리는 3시간 이상 수행될 수 있다. 3시간 미만의 시간동안 2차 열처리가 수행되는 경우, 반응시간이 충분히 확보되지 못하여 결정질의 백색 텅스텐 산화물이 아닌 비정질 형태의 완전히 산화되지 않은 비백색 텅스텐 산화물이 생성될 수 있다.
이후 제작된 흑색 / 백색 텅스텐 산화물 섬유에 백금을 담지하여 촉매 지지체(110)를 제조한다(S360).
백금을 텅스텐 산화물 섬유에 담지하는 공정은 상술한 방법으로 제조된 텅스텐 산화물 섬유가 흑색 텅스텐 산화물 섬유인지 백색 텅스텐 산화물 섬유인지 관계없이 동일한 방법으로 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예로서 백금을 텅스텐 산화물 섬유에 담지하는 공정은 텅스텐 산화물 섬유, 백금 전구체 및 아세트산 나트륨(C2H3NaO2)을 각각 에탄올에 분산시키는 단계, 텅스텐 산화물 섬유 분산용액에 백금 전구체 분산용액, 아세트산 나트륨 분산용액을 넣고 완전히 섞는 단계, 수소화붕소나트륨(NaBH4)을 에탄올에 분산시킨 뒤 환원제로서 위의 혼합용액에 조금씩 떨어뜨려 완전히 섞어서 백금 전구체 및 아세트산 나트륨을 환원시키는 단계 및 섞인 혼합용액을 진공 필터링 기계를 통해 걸러주되, 증류수와 에탄올로 번갈아 여러 번 세척한 뒤 걸러진 파우더를 건조시키는 단계 및 150℃의 산화 분위기에서 1시간 동안 가열하는 단계를 포함한다.
상술한 공정에서 백금 전구체는 백금을 할로겐에 산화시킨 염화백금(PtCl4)이 사용될 수 있다. 따라서, 수소화붕소나트륨으로 환원되면서 담지된다.
담지된 백금의 질량비(wt%)는 0보다 크고 50%보다 작은 것이 바람직하다.
또한, 수소화붕소나트륨의 혼합속도, 백금 전구체의 비율 및 반응량에 따라 백금의 담지 비율 및 상태가 결정된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 산화물은 내화성이 큰 장점이 있다. 텅스텐은 4,5,6족 내 원소라는 특성상 밴드갭이 크며, 반응성이 매우 작아서 안정하다. 따라서, 기존 지지체 물질인 탄소에 비하여 높은 안정성을 갖는다.
특히, 흑색 텅스텐 산화물 섬유는 백색 텅스텐 산화물 섬유 대비 전도성 및 부착성이 우수한 특징이 있다. 이하, 도 6 내지 도 12를 참조하여 흑색 텅스텐 산화물 섬유를 활용한 촉매 지지체의 우수한 전기전도도 및 반복 사용에 대한 내구성이 높은 점을 설명한다.
도 6의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 텅스텐 산화물 섬유의 전자현미경 사진이고, (c) 및 (d)는 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 전자현미경 사진이며, (e), (f) 및 (g)는 백색 텅스텐 산화물 섬유의 TEM사진이고, (h), (i) 및 (j)는 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 TEM 사진이다.
도 6의 (a)와 (c)를 비교해보면, 백색 텅스텐 산화물 섬유와 흑색 텅스텐 산화물 섬유는 동일한 전기방사 방식으로 제작하였으므로 균일한 두께의 동일한 섬유형태를 가짐을 알 수 있다. 그러나 도 6의 (b)와 (d)를 비교하면 백색 텅스텐 산화물 섬유의 경우 결정질에 해당하므로 부위별로 더 쉽게 성장하는 부분이 존재하므로 표면에 요철이 심하게 생성된다. 그러나 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 경우 비정질에 해당하므로 결정구조에 따른 추가 소결이 일어나지 않으므로 매끈한 표면을 갖는다. 텅스텐 산화물 섬유의 표면구조는 이후에 담지된 백금이 표면에 유지되는 정도에 영향을 미친다.
도 6의 (e), (f)와 (h), (i)를 비교해 보면, 백색 텅스텐 산화물 섬유의 경계가 더 명확한 것을 확인할 수 있다.
도 6의 (g)와 (j)를 비교해 볼 때, 백색 텅스텐 산화물 섬유의 회절 사진에 간섭사진이 명확히 찍히므로 결정화가 이루어진 것을 확인할 수 있으며, 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 회절사진에는 간섭이 나타나지 않으므로 비정질인 것을 확인할 수 있다.
도 7의 (a), (b) 및 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 텅스텐 산화물 섬유 및 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 원자 결합에너지별 밀도 측정 그래프이고, (d)는 파장별 흡광그래프이며, (e)는 광자의 에너지별 광전효과를 측정한 그래프이다.
도 7의 (a)의 경우 유기결합의 에너지를 나타내는 그래프이다. 백색 텅스텐 산화물 섬유와 흑색 텅스텐 산화물 섬유는 유사한 성향을 보이나, 탄소-산소 결합이 잔류하는 경우가 더 많이 관측된다.
도 7의 (b)를 참조하면, 텅스텐 산소 결합의 비율이 흑색 텅스텐 산화물 섬유에서 매우 낮은 것을 관측할 수 있는데, 이는 산소의 함량을 낮춘 공정에 따른 결과임을 설명해준다.
도 7의 (c)를 참조하면, 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 f 오비탈 결합에너지가 백색 텅스텐 산화물 섬유에 비해 매우 낮은 것을 확인할 수 있다. 비정질 결합구조를 갖는 흑색 텅스텐 산화물 섬유는 결정질 결합구조를 갖는 백색 텅스텐 산화물 섬유에 비해 결정 결합이 대부분 존재하지 않으므로 f오비탈의 결합에너지가 매우 낮게 측정되는 것으로 해석된다.
도 7의 (d)를 참조하면, 백색 텅스텐 산화물 섬유와 달리 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 경우 가시광 영역 전반에 걸쳐서 흡광율이 높음을 알 수 있다. 다시 말해서, 흑색 텅스텐 산화물은 그래프에 도시된 바와 같이 400~700nm 파장의 빛에 대하여 0.9이상의 흡광율을 갖는다.
도 7의 (e)를 참조하면, 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 경우 일함수가 백색 텅스텐 산화물 섬유의 약 절반(1.48)에 불과하며, 백색 텅스텐 산화물 섬유에 비해 선형 그래프를 갖는다. 이를 통해, 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 전기적 특성이 백색 텅스텐 산화물 섬유 대비 우수한 것을 확인할 수 있다.
도 8의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백색 텅스텐 산화물 섬유의 SEM사진 및 텅스텐, 산소, 탄소에 대한 EDX사진이며, (b)는 본발명의 일 실시예에 따른 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 SEM사진 및 텅스텐, 산소, 탄소에 대한 EDX사진이다.
도 8의 (a)를 참조하면, 백색 텅스텐 산화물 섬유의 산화텅스텐 다결정들이 선형으로 결합된 구조를 가지고 있음을 확인할 수 있다. 따라서 표면은 각 결정의 형태에 따라 요철이 심하게 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실험 결과로서 도 8의 (a)에 도시된 백색 텅스텐 산화물 섬유의 원소별 함량은 [표 1]과 같다.
| 원소 | wt% | Atomic% |
| C | 3.41 | 16.33 |
| O | 16.28 | 58.54 |
| W | 80.31 | 25.13 |
| 합계 | 100 | 100 |
도 8의 (b)에 도시된 흑색 텅스텐 산화물 섬유는 결정 등의 구조가 없는 비정질 구조이므로 매끈한 표면구조로서, 텅스텐, 산소, 잔류 탄소가 균일하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실험 결과로서 도 8의 (b)에 도시된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 원소별 함량은 [표 2]와 같다.
| 원소 | wt% | Atomic% |
| C | 18.52 | 58.71 |
| O | 11.26 | 26.77 |
| W | 70.20 | 14.52 |
| 합계 | 100 | 100 |
[표1] 및 [표2]를 참조하면, 백색 텅스텐 산화물 섬유는 텅스텐과 산소의 함량비는 1:2.3의 비율이며, 흑색 텅스텐 산화물의 함량비는 1:1.8에 해당한다. 따라서, 흑색 텅스텐 산화물 섬유는 백색 텅스텐 산화물 섬유에 비하여 산소의 함량이 크게 작으므로, 산소 공극의 밀도가 상대적으로 높음을 알 수 있다.
도 9의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 백색 텅스텐 산화물 섬유의 SEM사진이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 SEM사진이며, (c) 및 (d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 TEM사진이고, (e)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 SEM사진 및 텅스텐 , 탄소, 산소, 백금의 EDX사진이다.
도 9의 (a)를 참조하면, 백색 텅스텐 산화물 섬유에 백금이 담지된 경우 표면에 완전히 부착된다. 백색 텅스텐 산화물 섬유의 열팽창계수와 백금의 열팽창계수 등이 상이하고, 백색 텅스텐 산화물 섬유의 표면도 매끄럽지 않으므로 발열반응인 연료전지 반응을 반복한 경우 백금이 이탈되기 쉽다.
반면의 도 9의 (b)를 참조하면, 흑색 텅스텐 산화물 섬유는 백금을 점 형태로 담지하여, 표면이 매끄러우므로 열팽창이 상이하여도 이탈이 심하지 않을 수 있다.
도 9의 (d)의 좌측 (k) 도면을 참조하면, 백금이 점형태로 담지된 것을 확인할 수 있으며, (d)의 우측 (I) 도면을 참조하면, 백금의 결정이 회절사진에 나타남을 알 수 있다.
도 9의 (e)를 참조하면, 기존의 텅스텐, 탄소, 산소와 함께 백금이 점형태로 균질하게 분포된 것을 확인할 수 있다.
도 10의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 백색 텅스텐 산화물 섬유와 백금이 담지된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 가역수소전극을 대상으로한 전압 전류 그래프이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 백색 텅스텐 산화물 섬유와 백금이 담지된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 은/염화은 반응에서 전압 전류 그래프이다.
도 10의 (a)를 참조하면, 백색 텅스텐 산화물 섬유의 전류밀도는 0.0144mA/cm2이나 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 전류밀도는 0.2988mA/cm2로 측정되어 약 18배 이상(20.75배) 높다. 즉, 비정질 텅스텐 산화물 섬유를 촉매 지지체로 활용할 경우 전도성이 높으므로 촉매의 활성화에 도움이 된다.
이는 도 (b)에서 반응 전극을 달리하여도 동일하게 관측된다.
도 11의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 백색 텅스텐 산화물 섬유와 백금이 담지된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 표준 환원전극에서 전압 전류 그래프이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 백색 텅스텐 산화물 섬유와 백금이 담지된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 은/염화은 반응에서 전압 전류 그래프이다.
도 11의 (a)를 참조하면, 백색 텅스텐 산화물 섬유의 시작전압(onset potential)이 0.7010V이고, 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 시작전압은 0.9437V로서 흑색 텅스텐 산화물 섬유가 백색 텅스텐 산화물 섬유의 시작전압에 비해 월등히 높다. 따라서 흑색 텅스텐 산화물 섬유 쪽이 더 반응을 빠르게 촉진할 수 있다.
백금을 올리기 전 실험인 도 11의 (b)는 백색 텅스텐 산화물 섬유의 시작 전압은 0.706V이고 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 시작전압은 0.7535V로서 흑색 텅스텐 산화물 섬유 쪽이 더 높다. 따라서, 흑색 텅스텐 산화물 섬유를 사용했을 때 반응이 더 촉진된다. 도 11의 (a)와 비교해 볼 때, 백금을 올렸을 때 반응 정도의 향상 정도 역시 흑색 텅스텐 산화물 섬유 쪽이 더 높은 것을 확인할 수 있다.
도 12의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 백색 텅스텐 산화물 섬유의 내구성을 테스트하기 위하여 0회, 2000회, 4000회, 6000회 전극으로 사용하였을 때 전압별 전류 밀도를 나타낸 그래프이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 백금이 담지된 흑색 텅스텐 산화물 섬유의 같은 회수에 대한 전압별 전류 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 12의 (a)와 (b)를 비교하면, 백색 텅스텐 산화물 섬유의 경우 2000회 이상 전극으로 사용한 경우 전류 밀도가 흑색 텅스텐 산화물 섬유를 6000회 사용한 경우의 전류 밀도와 유사함을 알 수 있다. 다시 말해서, 흑색 텅스텐 산화물 섬유를 사용했을 때 내구성이 월등히 높다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체는 종래 흑연 지지체 대비 내화성이 우수하다. 특히, 텅스텐은 용이하게 입수가 가능하고, 원가가 저렴하며, 비교적 흔한 금속으로서 경제성이 있다. 또한, 가혹한 조건에서도 안정적인 성능을 보장하며, 금속으로서, 백금 등과 결합력이 강한 장점이 있다.
이하 도 13을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 흑연 지지체를 사용했을 때와 비교하여 흑색 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체의 우수한 내화성을 설명한다.
도 13의 (a)는 기존의 흑연 지지체를 사용했을 때의 내구성을 테스트하기 위하여 0회, 2000회, 4000회 전극으로 사용하였을 때, 전압별 전류 밀도를 나타낸 그래프이고, (b)는 도 12의 (b)와 도 13의 (a)의 0.13184V에서의 전류밀도 감소폭을 기울기로 표현한 그래프이다.
전류 밀도 자체는 흑연이 더 높으나, 전류밀도 저감 정도 역시 더 높으므로 내구성은 흑색 텅스텐 산화물 섬유가 더 높은 것을 확인할 수 있다. 이는 텅스텐 산화물은 넓은 밴드갭 물질로서, 탄소에 비해 반응성이 매우 낮기 때문이다.
이상 설명한 본 발명은 PEMFC(Proton Exchange Membrance Fuel Cell)용 전극 또는 촉매로 사용하기 위한 촉매 지지체 및 이의 제조방법에 대한 발명이나, 고전도성, 고내화성 백금촉매에 대한 발명으로서, 사용용도가 이에 제한되는 것은 아니다.
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.
110: 촉매 지지체
210: 텅스텐 산화물 섬유
220: 백금 410: 사이린지 펌프
420: 드럼 콜렉터 430: 가열기
220: 백금 410: 사이린지 펌프
420: 드럼 콜렉터 430: 가열기
Claims (15)
- 텅스텐 산화물 전구체를 함유하는 용액을 전기방사하여 텅스텐 산화물 섬유를 형성하는 단계;
상기 텅스텐 산화물 섬유를 300℃이상의 온도로 1차 열처리하는 단계;
1차 열처리한 상기 텅스텐 산화물 섬유를 600℃이상의 온도로 2차 열처리하는 단계; 및
상기 텅스텐 산화물 섬유에 백금을 담지하는 백금을 담지하는 단계를 포함하는 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 1차 열처리하는 단계는 산화분위기에서 수행하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 텅스텐 산화물 파이버를 형성하는 단계는,
상기 텅스텐 산화물 전구체를 함유하는 용액을 사이린지 펌프에서부터 회전하는 드럼 콜렉터로 방사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체 제조방법. - 제3항에 있어서,
상기 텅스텐 산화물 전구체를 함유하는 용액을 상기 사이린지 펌프에서부터 회전하는 상기 드럼 콜렉터로 방사하는 단계는,
상기 사이린지 펌프와 상기 드럼 콜렉터 사이에 12kV~14kV의 고전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체 제조방법. - 제1항에 있어서, 상기 텅스텐 산화물 전구체는 염화텅스텐인 것을 특징으로 하는 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 2차 열처리하는 단계는 환원분위기에서 수행하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 텅스텐 산화물 섬유는 비정질인 것을 특징으로 하는 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 텅스텐 산화물 섬유는 검은 색인 것을 특징으로 하는 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 백금을 담지하는 단계는,
상기 텅스텐 산화물 섬유에 백금 산화물 전구체를 환원시켜서 담지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 백금을 담지하는 단계는,
상기 텅스텐 산화물 섬유에 백금 산화물 전구체를 환원시켜서 담지하는 단계 이후에 건조 및 가열단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 제조방법. - 제1항 내지 8항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 상기 촉매 지지체를 포함하는 PEMFC(Proton Exchange Membrance Fuel Cell)용 촉매.
- WO3-x의 화학식에서 x 값이 0초과 3이하인 텅스텐 산화물 로 구성된 섬유; 및
상기 섬유에 담지된 백금
을 포함하는 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체. - 제12항에 있어서,
상기 텅스텐 산화물은 비정질인 것을 특징으로 하는 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체. - 제12항에 있어서,
상기 텅스텐 산화물은 WO3에 비하여 18배 이상의 전류밀도를 갖는 것을 특징으로 한 촉매 지지체. - 제12항에 있어서,
상기 텅스텐 산화물은 400~700nm의 빛에 대하여 0.9이상의 흡광율을 갖는 것을 특징으로 한 촉매 지지체.
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| KR1020200125983A KR102415474B1 (ko) | 2020-09-28 | 2020-09-28 | 고전도성 텅스텐 산화물 섬유를 이용한 촉매 지지체, 촉매 및 이의 제조방법 |
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