KR20220058260A - Precious metal single atom-nanoparticle catalysts derived from single atom sites using hydrothermal method and Manufacturing method of the Same - Google Patents

Precious metal single atom-nanoparticle catalysts derived from single atom sites using hydrothermal method and Manufacturing method of the Same Download PDF

Info

Publication number
KR20220058260A
KR20220058260A KR1020200143839A KR20200143839A KR20220058260A KR 20220058260 A KR20220058260 A KR 20220058260A KR 1020200143839 A KR1020200143839 A KR 1020200143839A KR 20200143839 A KR20200143839 A KR 20200143839A KR 20220058260 A KR20220058260 A KR 20220058260A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
platinum
catalyst
nbp
support
fuel cell
Prior art date
Application number
KR1020200143839A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102539195B1 (en
Inventor
조은애
류징
노정한
박준우
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020200143839A priority Critical patent/KR102539195B1/en
Publication of KR20220058260A publication Critical patent/KR20220058260A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102539195B1 publication Critical patent/KR102539195B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90Selection of catalytic material
    • H01M4/92Metals of platinum group
    • H01M4/925Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H01M4/926Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88Processes of manufacture
    • H01M4/8803Supports for the deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/881Electrolytic membranes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88Processes of manufacture
    • H01M4/8825Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H01M4/8828Coating with slurry or ink
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M2004/8678Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells characterised by the polarity
    • H01M2004/8689Positive electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095Fuel cells with polymeric electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1004Fuel cells with solid electrolytes characterised by membrane-electrode assemblies [MEA]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

The present invention relates to an electrochemical catalyst using single atomic dots of a noble metal based on a low-temperature hydrothermal synthesis method, a method for manufacturing the same, and a fuel cell including the same, and more specifically, to a platinum single atomic-nanoparticle composite catalyst according to a heat treatment process after supporting platinum single atomic dots on a carbon support through low-temperature hydrothermal synthesis based on an aqueous ethanol solution and a method for manufacturing the same.

Description

저온 수열 합성법 기반의 귀금속 단원자점을 활용한 고분자 전해질 연료전지 산소환원반응용 촉매 및 이의 제조방법{Precious metal single atom-nanoparticle catalysts derived from single atom sites using hydrothermal method and Manufacturing method of the Same}Precious metal single atom-nanoparticle catalysts derived from single atom sites using hydrothermal method and Manufacturing method of the Same}

본 발명은 저온 수열 합성법 기반의 귀금속 단원자점을 활용한 전기화학 촉매. 이의 제조방법, 이를 포함하는 연료전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에탄올 수용액 기반의 저온 수열 합성을 통해 탄소 지지체에 백금 단원자점을 담지한 후, 열처리 공정에 따른 백금 단원자-나노 입자 복합 촉매 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention is an electrochemical catalyst utilizing a noble metal monoatomic point based on a low-temperature hydrothermal synthesis method. It relates to a method for manufacturing the same, and to a fuel cell including the same, and more particularly, to a platinum monoatomic dot according to a heat treatment process after supporting platinum monoatomic dots on a carbon support through low-temperature hydrothermal synthesis based on an aqueous ethanol solution, and a platinum monoatomic-nanoparticle composite catalyst and It relates to a method of manufacturing it.

단일 원자 촉매(Single-atom catalysts, SACs)는 값비싼 귀금속의 이용 효율을 극대화할 수 있고, 기존의 나노 입자 촉매와 다른 새로운 전기화학적 활성점을 보일 수 있다는 특징을 가져 활발히 연구되고 있다. 예컨대, 탄소 나노튜브(CNT)에 담지된 단일 원자 Pt는 염소 발생 반응(chlorine evolution reaction)에 대해 높은 활성을 나타내었고(Nat. Commun. 2020, 11, 412), TiN 및 TiC에 담지된 단일 원자 Pt는 H2O2 생성 반응에 대해 우수한 선택성(selectivity)을 보인다. 그러나, 단일 금속 원자는 열역학적으로 불안정하여 표면에너지를 낮추기 위해 서로 응집하려는 성질을 가지기 때문에 합성이 어렵고 귀금속의 적재량(loading amount)을 일정 수준으로 올리는 데 어려움이 있다.Single-atom catalysts (SACs) are being actively studied because they can maximize the utilization efficiency of expensive precious metals and exhibit new electrochemical sites different from existing nanoparticle catalysts. For example, single atom Pt supported on carbon nanotubes (CNT) exhibited high activity for chlorine evolution reaction (Nat. Commun. 2020, 11, 412), and single atom supported on TiN and TiC Pt shows excellent selectivity for the H 2 O 2 production reaction. However, since single metal atoms are thermodynamically unstable and tend to aggregate with each other to lower surface energy, synthesis is difficult and it is difficult to increase the loading amount of the noble metal to a certain level.

양이온-교환 막 연료전지는 고효율 및 고출력, 저온 작동성, 빠른 시동성 및 응답 특성으로 자동차의 동력원, 가정용 발전소 등에 적합한 차세대 에너지 변환 시스템이다. 장치 내 전극으로 활용되는 전기화학촉매는 반응 속도 및 에너지 효율을 결정하는 데 매우 중요한 요소이다. 특히, 고분자 전해질 연료전지의 캐소드 극에서 발생하는 산소환원반응(Oxygen reduction reaction, ORR)은 반응속도가 느리기 때문에 애노드 극에 비해 상대적으로 많은 양의 백금 촉매 사용이 요구되는 상황이다.The cation-exchange membrane fuel cell is a next-generation energy conversion system suitable for power sources of automobiles and household power plants due to its high efficiency and high output, low temperature operability, fast start-up and response characteristics. The electrochemical catalyst used as the electrode in the device is a very important factor in determining the reaction rate and energy efficiency. In particular, the oxygen reduction reaction (ORR) generated at the cathode of a polymer electrolyte fuel cell has a slow reaction rate, so a relatively large amount of platinum catalyst is required compared to the anode.

고분자 전해질 연료전지의 캐소드 극에 활용 중인 백금 나노 입자 촉매(Pt/C)는 백금의 비싼 가격적 한계로 인해 광범위한 상용화에 걸림돌이 되고 있다. 특히, 고분자 전해질 연료전지의 스택 가격에서 촉매를 포함하는 전극의 가격이 전체 가격 중 40% 이상을 차지한다. 따라서, 백금의 사용량을 저감하는 것은 스택 생산 단가를 낮추는 데 필수적이다. 오늘날 활용되는 고분자 전해질 연료전지 스택 내부에 활용되는 촉매의 형태는 탄소 지지체에 백금 나노 입자가 분산된 촉매(Pt/C)이다. 백금의 사용량을 저감하기 위해 전이금속과의 합금 형태를 갖는 백금을 제조하여 백금의 활성을 향상시키는 전략과 함께, 최근에는 탄소 지지체 위 백금의 분산도를 원자 단위로 향상시켜 이용 효율을 극대화하는 전략이 주목을 받고 있다.Platinum nano-particle catalysts (Pt/C), which are being used for the cathode electrode of polymer electrolyte fuel cells, are an obstacle to widespread commercialization due to the high price limit of platinum. In particular, in the stack price of the polymer electrolyte fuel cell, the price of the electrode including the catalyst accounts for more than 40% of the total price. Therefore, reducing the amount of platinum used is essential to lower the stack production cost. The type of catalyst used inside the polymer electrolyte fuel cell stack used today is a catalyst (Pt/C) in which platinum nanoparticles are dispersed on a carbon support. In addition to the strategy of improving the activity of platinum by manufacturing platinum in the form of an alloy with a transition metal in order to reduce the amount of platinum used, recently, a strategy of maximizing the use efficiency by improving the dispersion of platinum on a carbon support in an atomic unit This is getting attention.

백금 단일 원자 촉매의 산소환원반응 활성점에 대한 연구가 보고됨에 따라 실제 고분자 전해질 연료전지 적용에 대한 가능성이 제기되고 있다(Nat. Commun. 2017, 8, 15938; Angew. Chem. 2019, 131, 1175). 백금 단원자는 탄소 지지체에서 산소환원반응에 대한 하나의 활성점으로 작용할 수 있어, 백금의 이용 효율을 이론상으로 100 %까지 향상시킬 수 있다.As a study on the oxygen reduction reaction active site of a platinum single atom catalyst has been reported, the possibility of application to an actual polymer electrolyte fuel cell has been raised (Nat. Commun. 2017, 8, 15938; Angew. Chem. 2019, 131, 1175) ). Platinum monoatomic can act as one active site for oxygen reduction reaction in the carbon support, and thus the utilization efficiency of platinum can be improved up to 100% in theory.

따라서, 상기 백금 단원자 촉매를 제조하는 방법에 있어서 백금 단원자의 뭉침(agglomeration) 현상을 방지하고, 많은 양의 백금 단원자 활성점을 가지는 촉매를 개발하는 것이 요구된다.Therefore, in the method for preparing the platinum monoatomic catalyst, there is a need to prevent agglomeration of platinum monoatomic catalysts and to develop a catalyst having a large amount of platinum monoatomic active sites.

한국 등록특허 제1809595호Korean Patent No. 1809595 한국 등록특허 제1926354호Korean Patent Registration No. 1926354

본 발명의 목적은 저온 에탄올-수열 합성법에 의해 단일 원자 Pt를 탄소 지지체에 완전 분산시켜 Pt 이용 효율 증가를 통한 저백금 산소환원반응용 촉매를 제공하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to provide a catalyst for low platinum oxygen reduction reaction by completely dispersing single atom Pt on a carbon support by a low-temperature ethanol-hydrothermal synthesis method to increase Pt utilization efficiency.

한편으로, 본 발명은On the one hand, the present invention

(i) 질화 탄소 분해를 통해 질소가 도핑된 탄소 지지체(NBP)를 제조하는 단계;(i) preparing a nitrogen-doped carbon support (NBP) through decomposition of carbon nitride;

(ii) 상기 질소가 도핑된 탄소 지지체(NBP)를 에탄올 수용액 하에서 백금(Pt) 전구체와 혼합하는 단계;(ii) mixing the nitrogen-doped carbon support (NBP) with a platinum (Pt) precursor in an aqueous ethanol solution;

(iii) 상기 혼합된 혼합물을 100 내지 120 ℃에서 6 내지 12 시간 동안 유지하여 상기 백금 전구체를 환원시킴으로써 상기 지지체 표면 상에 백금(Pt) 단원자 활성점을 형성하는 단계(Pt1/NBP); 및(iii) forming platinum (Pt) monoatomic active sites on the surface of the support by maintaining the mixed mixture at 100 to 120° C. for 6 to 12 hours to reduce the platinum precursor (Pt 1 /NBP); and

(iv) 상기 백금 단원자점이 형성된 지지체를 열처리하여 단일원자 형태의 백금과 백금 나노 입자가 분산된 촉매(Pt1@Pt/NBP)를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 저온 수열 합성법 기반의 귀금속 단원자점을 활용한 고분자 전해질 연료전지 산소환원반응용 촉매의 제조방법을 제공한다.(iv) heat-treating the support on which the platinum monoatomic dots are formed to prepare a catalyst (Pt 1 @Pt/NBP) in which platinum and platinum nanoparticles in the form of single atoms are dispersed; low-temperature hydrothermal synthesis method comprising: Provided is a method for preparing a catalyst for oxygen reduction reaction in a polymer electrolyte fuel cell using a base-based noble metal monoatomic point.

다른 한편으로, 본 발명은On the other hand, the present invention

질소가 도핑된 탄소 지지체(NBP); 및 nitrogen doped carbon support (NBP); and

에탄올 수열합성법을 이용하여 상기 지지체 상에 단일원자 및 나노입자 형태로 분산되어 담지된 백금(Pt);을 포함하는 것을 특징으로 하는, 저온 수열 합성법 기반의 귀금속 단원자점을 활용한 고분자 전해질 연료전지 산소환원반응용 촉매를 제공한다.Platinum (Pt) dispersed and supported in the form of single atoms and nanoparticles on the support using an ethanol hydrothermal synthesis method; Polymer electrolyte fuel cell oxygen using a noble metal monoatomic point based on a low temperature hydrothermal synthesis method A catalyst for a reduction reaction is provided.

본 발명에 따른 백금 단원자-나노 입자 촉매는 값비싼 귀금속의 사용량을 대폭 낮춤과 동시에, 매우 적은 백금의 양으로도 기존 백금 나노 입자 촉매에 상응하는 산소환원반응에 우수한 활성 및 내구성을 나타내어, 고분자 전해질 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cells, PEMFCs) 캐소드 전극에 적용 가능하다.Platinum monoatomic-nanoparticle catalyst according to the present invention significantly lowers the amount of expensive noble metals, and at the same time shows excellent activity and durability for oxygen reduction reaction corresponding to existing platinum nanoparticle catalysts even with a very small amount of platinum, It can be applied to the cathode electrode of polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs).

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 촉매의 HAADF-STEM 이미지를 나타낸 것이다(5 wt% Pt, (a) Pt1/NBP, (b) Pt1@Pt/NBP, (c) Pt1/BP, (d) Pt1@Pt/BP)
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 촉매의 저배율 HAADF-STEM 이미지 및 백금 나노 입자의 크기 분포를 나타낸 것이다(5 wt% Pt, Pt1@Pt/NBP, Pt1@Pt/BP)
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 촉매의 산소환원반응 평가 분극 곡선을 나타낸 것이다(NBP, Pt1/BP, Pt1/NBP, Pt1@Pt/BP, Pt1@Pt/NBP 및 상용 Pt/C 촉매)
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 촉매의 가속화된 내구성 테스트 (accelerated durability test, ADT), 10,000 싸이클 후의 산소환원반응 평가 분극 곡선을 나타낸 것이다((a) Pt1@Pt/NBP 및 (b) 상용 Pt/C 촉매)
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 촉매에 대한 산소환원반응 생성물에 대한 과산화수소 선택도를 보여준다(Pt1/NBP, Pt1@Pt/NBP, Pt1/BP, Pt1@Pt/BP 및 상용 Pt/C 촉매)
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 촉매의 EXAFS 분석 결과를 나타낸 것이다(Pt foil, Pt1/NBP, Pt1@Pt/NBP, Pt1/BP, Pt1@Pt/BP 및 PtO2)
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 촉매에 대한 고분자 전해질 연료전지 (PEMFC) I-V 분석 결과를 나타낸 것이다(Pt1@Pt/NBP 와 상용 Pt/C 촉매)
1 shows a HAADF-STEM image of a catalyst according to an embodiment of the present invention (5 wt% Pt, (a) Pt 1 /NBP, (b) Pt 1 @Pt/NBP, (c) Pt 1 / BP, (d) Pt 1 @Pt/BP)
2 shows a low magnification HAADF-STEM image of a catalyst according to an embodiment of the present invention and a size distribution of platinum nanoparticles (5 wt% Pt, Pt 1 @Pt/NBP, Pt 1 @Pt/BP)
Figure 3 shows the oxygen reduction reaction evaluation polarization curve of the catalyst according to an embodiment of the present invention (NBP, Pt 1 /BP, Pt 1 /NBP, Pt 1 @Pt/BP, Pt 1 @Pt/NBP and commercial Pt/C catalyst)
Figure 4 shows the accelerated durability test (ADT), oxygen reduction reaction evaluation polarization curve after 10,000 cycles of a catalyst according to an embodiment of the present invention ((a) Pt 1 @Pt/NBP and (b) ) commercial Pt/C catalyst)
5 shows the hydrogen peroxide selectivity for the oxygen reduction reaction product for the catalyst according to an embodiment of the present invention (Pt 1 /NBP, Pt 1 @Pt/NBP, Pt 1 /BP, Pt 1 @Pt/BP and commercial Pt/C catalyst)
6 shows the EXAFS analysis results of the catalyst according to an embodiment of the present invention (Pt foil, Pt 1 /NBP, Pt 1 @Pt/NBP, Pt 1 /BP, Pt 1 @Pt/BP and PtO 2 )
7 shows a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) IV analysis result for a catalyst according to an embodiment of the present invention (Pt 1 @Pt/NBP and a commercial Pt/C catalyst)

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일 실시형태는 저온 수열 합성법 기반의 귀금속 단원자점을 활용한 고분자 전해질 연료전지 산소환원반응용 촉매의 제조방법에 관한 것으로, One embodiment of the present invention relates to a method for producing a catalyst for oxygen reduction reaction of a polymer electrolyte fuel cell using a noble metal monoatomic point based on a low-temperature hydrothermal synthesis method,

(i) 질화 탄소 분해를 통해 질소가 도핑된 탄소 지지체(NBP)를 제조하는 단계;(i) preparing a nitrogen-doped carbon support (NBP) through decomposition of carbon nitride;

(ii) 상기 질소가 도핑된 탄소 지지체(NBP)를 에탄올 수용액 하에서 백금(Pt) 전구체와 혼합하는 단계;(ii) mixing the nitrogen-doped carbon support (NBP) with a platinum (Pt) precursor in an aqueous ethanol solution;

(iii) 상기 혼합된 혼합물을 100 내지 120 ℃에서 6 내지 12 시간 동안 유지하여 상기 백금 전구체를 환원시킴으로써 상기 지지체 표면 상에 백금(Pt) 단원자 활성점을 형성하는 단계(Pt1/NBP); 및(iii) forming platinum (Pt) monoatomic active sites on the surface of the support by maintaining the mixed mixture at 100 to 120° C. for 6 to 12 hours to reduce the platinum precursor (Pt 1 /NBP); and

(iv) 상기 백금 단원자점이 형성된 지지체를 열처리하여 단일원자 형태의 백금과 백금 나노 입자가 분산된 촉매(Pt1@Pt/NBP)를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.(iv) heat-treating the support on which the platinum monoatomic dots are formed to prepare a catalyst (Pt 1 @Pt/NBP) in which platinum and platinum nanoparticles in a single atom are dispersed;

본 발명에서, 고분자 전해질 연료전지 내 산소가 환원될 때, 2개의 전자가 환원되면 과산화수소가 생성되고, 4개의 전자가 환원되면 물이 생성된다. 과산화수소 생성 시, 연료전지 막에서 내구도에 악영향을 끼친다는 것이 알려져 있어, PEMFC 구동에 있어서는 산소환원반응에 대한 선택도가 4전자 반응으로 나타나는 것이 중요하다. 상기 용어, "선택도"는 공급된 반응물 산소 대비 물로 전환된 산소의 비율을 의미한다.In the present invention, when oxygen in the polymer electrolyte fuel cell is reduced, when two electrons are reduced, hydrogen peroxide is produced, and when four electrons are reduced, water is produced. It is known that the generation of hydrogen peroxide adversely affects the durability of the fuel cell membrane, so it is important for the selectivity to the oxygen reduction reaction to appear as a four-electron reaction in PEMFC driving. As used herein, the term “selectivity” refers to the ratio of oxygen converted to water to reactant oxygen supplied.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 동일한 Pt를 탄소에 적재할 때, 질소가 도핑된 탄소(NBP)가 일반 탄소(BP)에 비해 단일 원자 Pt의 적재(loading)가 용이하다는 것이 확인된다(도 1 참조). 특히, 질소가 도핑된 탄소에 적재된 단일 원자 Pt의 경우(Pt1/NBP), 단일 원자 Pt가 뭉침 현상(aggregation)없이 완전 분산된 형태로 존재하는 반면, 일반 탄소의 경우(Pt1/BP)약 1 nm 크기의 Pt 클러스터가 관찰된다. 고농도의 단일 원자 Pt 함유 시, 고온 열처리 과정 중 단일 Pt 원자의 응집 현상이 불가피한 것으로 보인다. 예컨대, 질소가 도핑된 탄소에 적재된 단일 원자 Pt를 고온 열처리하는 경우(Pt1@Pt/NBP), 여전히 단일 원자 Pt 가 관찰되며 Pt 응집 나노 입자의 크기도 2~3 nm 수준으로 작은 반면, 일반 탄소에 적재된 단일 원자 Pt를 고온 열처리 하는 경우(Pt1@Pt/BP), 단일 원자 Pt를 관찰하기 어렵고 Pt 응집 나노 입자의 크기가 5 nm 수준으로 크다. 이는 Pt 촉매의 이용 효율을 급격히 감소시키는 결과를 초래할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the same Pt is loaded on carbon, it is confirmed that nitrogen-doped carbon (NBP) is easier to load single-atom Pt than normal carbon (BP) (Fig. see 1). In particular, in the case of single atom Pt loaded on nitrogen-doped carbon (Pt 1 /NBP), single atom Pt exists in a completely dispersed form without aggregation, whereas in the case of normal carbon (Pt 1 /BP) ) Pt clusters with a size of about 1 nm are observed. When a high concentration of single-atom Pt is contained, aggregation of single Pt atoms appears to be inevitable during high-temperature heat treatment. For example, when single-atom Pt loaded on nitrogen-doped carbon is subjected to high-temperature heat treatment (Pt 1 @Pt/NBP), single-atom Pt is still observed and the size of Pt aggregated nanoparticles is as small as 2-3 nm, whereas In the case of high-temperature heat treatment of single atom Pt loaded on normal carbon (Pt 1 @Pt/BP), it is difficult to observe single atom Pt and the size of Pt aggregated nanoparticles is as large as 5 nm. This may result in a sharp decrease in the utilization efficiency of the Pt catalyst.

이하, 본 발명의 저온 수열 합성법 기반 귀금속 단원자점을 고분자 전해질 연료전지 산소환원반응용 촉매의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for preparing a catalyst for oxygen reduction reaction of a polymer electrolyte fuel cell using a noble metal monoatomic point based on a low-temperature hydrothermal synthesis method of the present invention will be described in detail.

(a) 질소 탄소 분해를 통한 질소-도핑 탄소(NBP)의 제조(a) Preparation of nitrogen-doped carbon (NBP) through nitrogen carbon decomposition

우선, 그라인더에 멜라민(melamine, C3H6N6)과 블랙펄 탄소를 넣고 혼합한다. 혼합물을 600℃ 이상의 고온에서 불활성 기체를 흘려주며 열처리를 진행한다. 본 발명에서는 Ar 분위기에서 열처리를 진행하였다. 멜라민이 300℃ 이상의 환경에서 서서히 분해되어 형성된 질화 탄소(graphitic carbon nitride, G-C3N4)는 600℃ 이상에서 완전 분해되어 질소를 포함하는 균일한 탄소 그룹을 생성할 수 있다. First, melamine (C 3 H 6 N 6 ) and black pearl carbon are added to the grinder and mixed. The mixture is heated at a high temperature of 600° C. or higher while flowing an inert gas. In the present invention, heat treatment was performed in an Ar atmosphere. Melamine is slowly decomposed in an environment of 300° C. or higher, and formed carbon nitride (graphitic carbon nitride, GC 3 N 4 ) can be completely decomposed at 600° C. or higher to generate a uniform carbon group containing nitrogen.

본 발명의 상기 (i) 단계에서 탄소 지지체로 블랙펄(Black Pearl-2000, BP-2000)을 사용하나, 이에 제한되는 것은 아니다. Black pearl (Black Pearl-2000, BP-2000) is used as the carbon support in step (i) of the present invention, but is not limited thereto.

탄소 지지체들은 전기전도도가 뛰어나 촉매의 담지체로 활용될 수 있다. 그 중 블랙펄은 그래핀, 탄소나노튜브 등 다른 탄소 지지체보다 훨씬 저렴하다는 장점이 있다. 또한, 블랙펄은 약 1,485 m2/g의 BET 표면적을 보유하고 있어, 상용적으로 많이 활용되고 있는 벌칸 탄소(Vulcan-72)의 표면적(약 235 m2/g)보다 7배 이상 넓다. 이는, 산소환원반응의 활성점으로 작용하는 백금 단일 원자의 담지와 노출에 유리하여 더 뛰어난 촉매 활성을 가능하게 한다.Carbon supports have excellent electrical conductivity and thus can be used as catalyst supports. Among them, black pearl has the advantage of being much cheaper than other carbon supports such as graphene and carbon nanotubes. In addition, black pearl has a BET surface area of about 1,485 m 2 /g, which is more than 7 times larger than the surface area (about 235 m 2 /g) of Vulcan-72, which is widely used commercially. This is advantageous in supporting and exposing a single platinum atom serving as an active site of the oxygen reduction reaction, thereby enabling superior catalytic activity.

상기 질소는 탄소 지지체 상에 도핑되어 단일원자 형태의 백금의 앵커링(Anchoring) 역할을 함으로써, 상기 백금의 뭉침 현상을 방지하여 탄소 지지체 표면 상에 많은 양의 백금 단원자 활성점을 분산, 형성시키는 역할을 한다.The nitrogen is doped on the carbon support to serve as an anchor of single-atom platinum, thereby preventing aggregation of the platinum and dispersing and forming a large amount of platinum monoatomic active points on the carbon support surface. do

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 백금의 담지량은 상기 지지체 및 백금 촉매 전체 100 중량%에 대하여 0.5 내지 8.0 중량%로 포함될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the amount of platinum supported may be included in an amount of 0.5 to 8.0% by weight based on 100% by weight of the total weight of the support and the platinum catalyst.

상기 (ii) 단계에서 백금 전구체의 농도 조절을 통해 고밀도의 백금을 단일 원자 형태로 담지시킬 수 있다. 상기 범위를 만족하지 않는 경우, 만일 백금의 담지량이 0.5 중량% 보다 낮다면, 산소환원반응의 활성점이 매우 적어, 산소환원반응에 대한 촉매 활성이 기존 백금 나노 입자 촉매에 미치지 못하게 된다. 일례로, 참고문헌(Nature communications. 8:15938)에서는 약 5 중량% 의 백금 단일원자 촉매가 상용 백금 나노입자 촉매에 활성이 미치지 못한다. 만일 백금의 담지량이 8.0 중량% 보다 높다면, 저온-에탄올 수열합성법 내에서 백금 나노클러스터 또는 백금 나노입자 등이 형성될 수 있어 백금의 이용 효율이 감소하고, 촉매의 가격이 높아진다. 본 발명은 적은 함량의 백금을 사용하여 높은 촉매 활성을 나타내기 위함이므로, 높은 범위의 백금 담지는 발명의 전체적인 방향에 부합하지 않는다.In step (ii), high-density platinum may be supported in the form of a single atom by controlling the concentration of the platinum precursor. If the above range is not satisfied, if the amount of platinum supported is lower than 0.5 wt %, the active point of the oxygen reduction reaction is very small, and the catalytic activity for the oxygen reduction reaction does not reach that of the existing platinum nanoparticle catalyst. For example, in Nature communications. 8:15938, about 5% by weight of a platinum single atom catalyst is not as active as a commercially available platinum nanoparticle catalyst. If the supported amount of platinum is higher than 8.0 wt %, platinum nanoclusters or platinum nanoparticles may be formed in the low-temperature-ethanol hydrothermal synthesis method, thereby reducing the platinum utilization efficiency and increasing the price of the catalyst. Since the present invention is to exhibit high catalytic activity by using a small amount of platinum, platinum support in a high range does not correspond to the overall direction of the invention.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 도핑되는 질소의 함량은 탄소 지지체 총 100 중량%에 대하여 2 내지 3 중량%인 것이 바람직하다. In one embodiment of the present invention, the content of the doped nitrogen is preferably 2 to 3% by weight based on 100% by weight of the total carbon support.

(b) 백금 전구체의 혼합(b) mixing of platinum precursors

이어서, 상기 단계 (a)의 결과물을 에탄올 수용액에 분산시켜 놓는다. 그리고 유기용매에 용해된 백금 전구체를 첨가하여 초음파 분산기(sonicator)와 교반기(stirrer)로 충분히 혼합한다. Then, the resultant of step (a) is dispersed in an aqueous ethanol solution. Then, a platinum precursor dissolved in an organic solvent is added and mixed sufficiently with an ultrasonic disperser and a stirrer.

본 발명은 저온 에탄올 수열 합성법을 이용하는 것을 특징으로 한다. 합성과정에서 용액 내 백금 이온 (Pt2+)은 환원제(reducing agent)에 의해 개별적인 백금 단일원자(Pt0)로 환원되며, 백금 단일원자(Pt0)는 서로 뭉쳐(aggregation) 백금 나노 입자를 형성하려는 성질을 갖는다. 환원제의 환원력 (reducing ability)이 높고, 용액의 온도가 고온일수록 개별적인 백금 단일원자(Pt0)들이 백금 나노입자로 더 빠르게 뭉치게 된다. 따라서 백금 나노입자로의 뭉침을 피하고, 고밀도의 백금 단일원자를 구현하기 위해서는 적절한 환원제의 선택과 적정 수준의 온도 유지가 중요하다. The present invention is characterized by using a low-temperature ethanol hydrothermal synthesis method. During the synthesis process, platinum ions (Pt 2+ ) in solution are reduced to individual platinum single atoms (Pt 0 ) by a reducing agent, and platinum single atoms (Pt 0 ) aggregate with each other to form platinum nanoparticles. have the character to The reducing ability of the reducing agent is high, and the higher the temperature of the solution, the faster individual platinum single atoms (Pt 0 ) aggregate into platinum nanoparticles. Therefore, in order to avoid aggregation into platinum nanoparticles and to implement high-density platinum single atoms, it is important to select an appropriate reducing agent and maintain an appropriate temperature.

본 발명에서 에탄올은 매우 약한 환원제 역할을 하며, 에탄올의 환원력은 용액의 온도로 조절이 가능하여 적절한 합성 온도의 선택을 통해, 고밀도의 백금 단일 원자점 구현이 가능하다.In the present invention, ethanol acts as a very weak reducing agent, and the reducing power of ethanol can be controlled by the temperature of the solution, so that a high-density platinum single atom can be realized through selection of an appropriate synthesis temperature.

상기 백금 전구체로는 백금산 헥사 하이드레이트(H2PtCl66H2O,H2PtCl6), 백금(II) 아세틸아세토네이트(Pt(acac)2), 포타슘 테트라클로로플라티네이트(K2PtCl4), 하이드로젠 헥사클로로플라티네이트(H2PtCl4), 백금(II) 클로라이드(PtCl2), Na2PtCl46H2O 및 이의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 백금(II) 아세틸아세토네이트를 사용하는 것이 바람직하다. As the platinum precursor, platinic acid hexahydrate (H 2 PtCl 6 6H 2 O,H 2 PtCl 6 ), platinum (II) acetylacetonate (Pt(acac) 2 ), potassium tetrachloroplatinate (K 2 PtCl 4 ) , hydrogen hexachloroplatinate (H 2 PtCl 4 ), platinum(II) chloride (PtCl 2 ), Na 2 PtCl 4 6H 2 O, and mixtures thereof may be used, but are not limited thereto, and platinum(II) Preference is given to using acetylacetonate.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 유기용매로는 백금 전구체를 완전히 용해시킬 수 있으며 에탄올 수용액에서 완전히 용해되는 용매를 사용할 수 있으며, 아세톤이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다. In one embodiment of the present invention, as the organic solvent, a platinum precursor can be completely dissolved and a solvent that can be completely dissolved in an aqueous ethanol solution can be used, and acetone is preferable, but not limited thereto.

(c) 백금 전구체 환원에 따른 단일 원자 백금 증착(c) single atom platinum deposition following platinum precursor reduction

상기 단계 (b)의 결과물을 테플론 밀폐형 오토클레이브(Teflon-sealed autoclave)에 전이 후, 컨벡션 오븐 내 100 내지 120 ℃에서 6 내지 12 시간 동안 유지하여 백금 전구체를 환원시키면 탄소 지지체 표면 상에 증착된 단일 원자 백금을 얻을 수 있다. 여기서 에탄올은 약한 환원제(weak reductant) 역할을 하여 백금 전구체의 Pt2+를 Pt0로 일부 환원시킨다.After transferring the result of step (b) to a Teflon-sealed autoclave, the platinum precursor is reduced by maintaining it at 100 to 120° C. in a convection oven for 6 to 12 hours. Atomic platinum can be obtained. Here, ethanol acts as a weak reductant to partially reduce Pt 2+ of the platinum precursor to Pt 0 .

(d) 백금 단일 원자-나노입자 촉매 합성(d) platinum single atom-nanoparticle catalyst synthesis

상기 단계 (c)의 결과물을 필터링하고 50 ℃ 진공 오븐에서 충분히 건조하여 샘플을 얻는다. 해당 샘플에 대하여 멜라민을 추가하여 물리적인 혼합 과정을 거친다. 이는 질소와 백금 단일 원자의 결합 수를 증가시켜, 열처리 과정 시 불가피한 백금 나노 입자 응집 현상을 줄이기 위함이다. 열처리는 고온(800 - 1,000℃)에서 아르곤을 일정 시간 흘려줌으로써 수행할 수 있다.The resultant of step (c) is filtered and sufficiently dried in a vacuum oven at 50° C. to obtain a sample. A physical mixing process is performed by adding melamine to the sample. This is to increase the number of bonds between nitrogen and platinum single atoms, thereby reducing the unavoidable aggregation of platinum nanoparticles during the heat treatment process. Heat treatment can be performed by flowing argon for a certain time at a high temperature (800 - 1,000 ℃).

본 발명의 일 실시형태는 저온 수열 합성법 기반의 귀금속 단원자점을 활용한 고분자 전해질 연료전지 산소환원반응용 촉매에 관한 것으로,One embodiment of the present invention relates to a catalyst for oxygen reduction reaction of a polymer electrolyte fuel cell using a noble metal monoatomic point based on a low-temperature hydrothermal synthesis method,

질소가 도핑된 탄소 지지체(NBP); 및 nitrogen doped carbon support (NBP); and

에탄올 수열합성법을 이용하여 상기 지지체 상에 단일원자 및 나노입자 형태로 분산되어 담지된 백금(Pt);을 포함하는 것을 특징으로 한다.Platinum (Pt) dispersed and supported in the form of single atoms and nanoparticles on the support by using an ethanol hydrothermal synthesis method; characterized in that it comprises.

본 발명의 일 실시형태는 상기 탄소 지지체 상에 단일원자 형태의 백금과 백금 나노 입자가 분산된 촉매(Pt1@Pt/NBP)를 이용한 고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체에 관한 것으로, One embodiment of the present invention relates to a membrane-electrode assembly for a polymer electrolyte fuel cell using a catalyst (Pt 1 @Pt/NBP) in which platinum and platinum nanoparticles in the form of single atoms are dispersed on the carbon support,

(i) 상기 탄소 지지체 상에 단일원자 형태의 백금과 백금 나노 입자가 분산된 촉매(Pt1@Pt/NBP) 및 Pt/C 촉매를 포함하는 촉매 잉크를 제조하는 단계; 및 (i) preparing a catalyst ink including a catalyst (Pt 1 @Pt/NBP) in which platinum and platinum nanoparticles in the form of a single atom are dispersed on the carbon support and a Pt/C catalyst; and

(ii) 상기 촉매 잉크를 전해질 막에 코팅하여 막-전극 접합체를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.(ii) coating the catalyst ink on the electrolyte membrane to prepare a membrane-electrode assembly;

상기 촉매 잉크 구성물질로는, 퍼플루오로술폰산(Perfluorosulfonic acid, PFSA, CnF(2n+1)SO3H)용액, 나피온(Nafion®)용액, 아큐비온(Aquivion®)용액, 이소프로필알코올(IPA, C3H7OH), 증류수(DI water, H2O), 노르말프로필알코올(nPA, C3H7OH), 아세톤(C3H6O) 및 이의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 촉매 잉크 구성물질은 나피온 용액 또는 이소프로필알코올이 바람직하다.As a constituent material of the catalyst ink, perfluorosulfonic acid (Perfluorosulfonic acid, PFSA, C n F (2n+1) SO 3 H) solution, Nafion ® solution, Aquivion ® solution, isopropyl Alcohol (IPA, C 3 H 7 OH), distilled water (DI water, H 2 O), normal propyl alcohol (nPA, C 3 H 7 OH), acetone (C 3 H 6 O), and mixtures thereof may be used, However, the present invention is not limited thereto. In one embodiment of the present invention, the catalyst ink constituent is preferably Nafion solution or isopropyl alcohol.

상기 전해질 막으로는, 나피온211(Nafion®211), 나피온212(Nafion®212), 나피온115(Nafion®115), 나피온117(Nafion®117) 및 퍼플루오로술폰산(PFSA)을 포함하는 수소이온 전도성 고분자 전해질 막을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 전해질 막은 나피온212을 사용하는 것이 바람직하다.As the electrolyte membrane, Nafion 211 (Nafion ® 211), Nafion 212 (Nafion ® 212), Nafion 115 (Nafion ® 115), Nafion 117 (Nafion ® 117) and perfluorosulfonic acid (PFSA) A hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane including, but not limited to, may be used. In one embodiment of the present invention, it is preferable to use Nafion 212 as the electrolyte membrane.

본 발명의 일 실시형태는 상기 막-전극 접합체를 포함하는 연료 전지에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to a fuel cell including the membrane-electrode assembly.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오직 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명하다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of Examples. These examples are only for illustrating the present invention, and it is apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예 1 : Example 1:

200 mg의 블랙펄(black pearl, BP-2000) 탄소와 2 g의 멜라민(melamine, C3H6N6)을 그라인더에서 물리적 혼합하였다. 그 후, 용광로(furnace)에 넣고 아르곤 분위기에서 1시간 동안 650 ℃ 로 열처리하였다.200 mg of black pearl (BP-2000) carbon and 2 g of melamine (C 3 H 6 N 6 ) were physically mixed in a grinder. Then, it was put in a furnace (furnace) and heat-treated at 650 °C for 1 hour in an argon atmosphere.

백금 담지는 에탄올 수열합성법(hydrothermal ethanol reduction method)을 이용해 실시하였다. 25 mg의 질소가 도핑된 탄소(NBP)를 에탄올 수용액 50 mL에 분산하였다. 이후, 금속 전구체를 아세톤에 용해하여 얻은 전구체 농축액을 원하는 백금의 담지량만큼 추출하여 위의 에탄올 수용액과 혼합하였다. 완전한 혼합을 위해, 울트라소니케이션(ultrasonication) 및 교반(stirrer) 과정을 1시간 동안 진행하였다. 잘 섞어준 상기 혼합액을 테플론 밀폐형 오토클레이브(Teflon-sealed autoclave)에 전이 후, 100℃ 대류 오븐(convection oven)에서 6시간 동안 유지하여 환원 처리하였다. Platinum loading was performed using an ethanol hydrothermal reduction method. 25 mg of nitrogen-doped carbon (NBP) was dispersed in 50 mL of an aqueous ethanol solution. Thereafter, the precursor concentrate obtained by dissolving the metal precursor in acetone was extracted as much as the desired amount of platinum and mixed with the above aqueous ethanol solution. For complete mixing, ultrasonication and stirring were performed for 1 hour. The well-mixed mixture was transferred to a Teflon-sealed autoclave, and was then maintained in a convection oven at 100° C. for 6 hours for reduction treatment.

자연 냉각된 오토클레이브 내 샘플을 증류수로 2회 세척 후, 50℃ 진공오븐에서 건조하였다. 상기 얻어진 Pt1/NBP 샘플에 멜라민을 추가로 넣어 물리적으로 혼합 후, 용광로에서 1시간 동안 고온(800 - 1,000℃)으로 아르곤을 흘려주며 열처리하여, Pt1@Pt/NBP 촉매를 제조하였다.The sample in the naturally cooled autoclave was washed twice with distilled water, and then dried in a vacuum oven at 50°C. After adding melamine to the obtained Pt 1 /NBP sample and physically mixing it, it was heat-treated while flowing argon at a high temperature (800 - 1,000° C.) in a furnace for 1 hour to prepare a Pt 1 @Pt/NBP catalyst.

비교예 1 :Comparative Example 1:

상기 실시예 1에서 질소가 도핑된 탄소(NBP) 대신 일반 탄소(BP) 담지체 위에 실시예 1과 동일한 방법으로 Pt1/BP 및 Pt1@Pt/BP 촉매를 합성하였다.In Example 1, Pt 1 /BP and Pt 1 @Pt/BP catalysts were synthesized in the same manner as in Example 1 on a normal carbon (BP) support instead of nitrogen-doped carbon (NBP).

실험예 1 : Experimental Example 1:

반-전지(half-cell) 전기화학분석은 3 전극법으로 실시하였다. 기준 전극(reference electrode)으로 1M KCl Ag/AgCl 전극, 상대 전극(counter electrode)으로 백금선을 이용하였다. 측정 셀의 온도는 25℃로 유지하였다. 전압은 가역적 수소 전극(Reversible hydrogen electrode)을 기준으로 표시하였다. 잉크 제작을 위해, 5 mg의 준비된 촉매를 50 μ의 5 % 나피온 용액, 950 μ의 이소프로필알콜(IPA)에 울트라소니케이션을 통해 분산시켰다. 촉매 잉크를 회전 환 원반 전극(rotating ring disc electrode, RRDE)의 글래시 카본(glassy carbon)에 담지하고, 이를 작업 전극(working electrode)로 이용하였다. 전해질은 0.1 M 과염소산 (HClO4) 수용액을 이용하였다.Half-cell electrochemical analysis was performed by a three-electrode method. A 1M KCl Ag/AgCl electrode was used as a reference electrode, and a platinum wire was used as a counter electrode. The temperature of the measuring cell was maintained at 25°C. Voltage was expressed based on a reversible hydrogen electrode. For ink preparation, 5 mg of the prepared catalyst was dispersed in 50 μL of 5% Nafion solution, 950 μL of isopropyl alcohol (IPA) through ultrasonication. The catalyst ink was supported on glassy carbon of a rotating ring disc electrode (RRDE), and this was used as a working electrode. As the electrolyte, 0.1 M perchloric acid (HClO 4 ) aqueous solution was used.

반-전지(half-cell) 촉매 내구성 분석은 가속화된 내구성 테스트(accelerated durability test, ADT) 프로토콜에 따라 시행되었다. 전압 범위 0.5 - 1.1 VRHE 사이클에서 100 mV/s 스캔 속도로 10,000 회 반복 시행하였다.A half-cell catalyst durability analysis was performed according to an accelerated durability test (ADT) protocol. 10,000 repetitions were performed at a scan rate of 100 mV/s in a voltage range of 0.5 - 1.1 V RHE cycles.

단위전지(single cell) 촉매 분석은 스프레이법(hand spray)을 이용해 막-전극 접합체를 제작하여 시행하였다. 합성된 Pt1@Pt/NBP 촉매 8.0 mg 을 148.5 uL 의 5 % 나피온 용액, 1.600 mL 의 이소프로필알콜에 울트라소니케이션을 통해 분산시켰다. 이를 80 ℃로 가열된 나피온 212에 스프레이법으로 5 cm2 면적에 코팅하여 0.045 mgPt/cm2 의 로딩양을 갖는 캐소드 전극을 제작하였다. 애노드 전극을 제작하기 위해, 상용 Pt/C 촉매 5.5 mg 을 57.3 uL 의 5 % 나피온 용액, 1.100 mL 의 이소프로필알콜에 울트라소니케이션을 통해 분산시켰다. 캐소드 전극이 도포된 나피온 212막의 반대면에 스프레이법으로 5 cm2 면적에 코팅하여 애노드 전극을 제작하였다. 비교를 위해 상용 Pt/C 를 캐소드와 애노드 전극으로 하는 막-전극 접합체를 동일한 방법으로 제작하였다. 이때, 캐소드의 백금 로딩양은 0.13 mgPt/cm2 이다.The single cell catalyst analysis was performed by fabricating a membrane-electrode assembly using a hand spray method. 8.0 mg of the synthesized Pt 1 @Pt/NBP catalyst was dispersed in 148.5 uL of 5% Nafion solution, 1.600 mL of isopropyl alcohol through ultrasonication. This was coated on Nafion 212 heated to 80° C. by spraying on an area of 5 cm 2 to prepare a cathode electrode having a loading amount of 0.045 mg Pt / cm 2 . To fabricate the anode electrode, 5.5 mg of a commercial Pt/C catalyst was dispersed in 57.3 uL of 5% Nafion solution, 1.100 mL of isopropyl alcohol through ultrasonication. An anode electrode was manufactured by coating an area of 5 cm 2 by spraying on the opposite surface of the Nafion 212 film coated with the cathode electrode. For comparison, a membrane-electrode assembly using commercial Pt/C as a cathode and an anode electrode was prepared in the same manner. At this time, the platinum loading of the cathode is 0.13 mg Pt /cm 2 .

제작된 막-전극 접합체를 중심으로 기체확산층(gas diffusion layer, GDL), 가스켓(gasket), 집전체(current collector), 분리판(bipolar plate)을 애노드와 캐소드 전극에 각각 접합시켰다. 제작된 단위전지를 100 인치-파운드(in-lb)로 체결하였다.A gas diffusion layer (GDL), a gasket, a current collector, and a bipolar plate were attached to the anode and cathode electrodes, respectively, centering on the fabricated membrane-electrode assembly. The manufactured unit cell was fastened to 100 inch-pounds (in-lb).

단위전지시험은 수소와 산소를 각각 상대습도 100 %로 가습하여 애노드와 캐소드에 주입하며, 배압(backpressure)을 각각 0.5 bar로 하여 실시하였다. 작동온도는 65 ℃로 하여 전류를 0 A 부터 13 A까지 증가시키며 전압을 측정하였다.In the unit cell test, hydrogen and oxygen were humidified to 100% relative humidity, respectively, and injected into the anode and the cathode, and the backpressure was 0.5 bar, respectively. The operating temperature was 65 ℃, the current was increased from 0 A to 13 A, and the voltage was measured.

상기 실시예 1을 통해 얻은 5 wt% Pt1/NBP의 HAADF-STEM 이미지 결과를 도 1 (a)에 나타내었다. HAADF-STEM 분석에서는 원자번호가 높은 원자가 밝게 나타나므로, 백금(원자번호:78)은 탄소(원자번호:6)나 질소(원자번호:7)에 비해 밝은 점으로 관찰된다. 도 1 (a)와 같이, 백금 원자는 질소 도핑 탄소(NBP)에 단일 원자 형태로 잘 담지 되어 있음을 확인하였다. Pt1/NBP를 고온 열처리하여 얻은 Pt1@Pt/NBP 샘플의 HAADF-STEM 이미지 결과를 도 1 (b)에 나타내었다. 고온 열처리 과정에 의하여 몇몇의 응집된 Pt 나노 입자가 관찰되었다. 고배율 TEM을 통해 입자의 격자 사이 간격이 2.27 Å으로 면심입방구조의 Pt (111) 구조가 나타남을 확인하였다. Pt1@Pt/NBP의 경우, 잘 분산되어 있는 Pt 단일 원자와 함께, 2~3 nm 크기의 Pt 나노 입자를 확인하였다.The HAADF-STEM image result of 5 wt% Pt 1 /NBP obtained in Example 1 is shown in FIG. 1 (a). In HAADF-STEM analysis, atoms with high atomic numbers appear bright, so platinum (atomic number: 78) is observed as a bright spot compared to carbon (atomic number: 6) or nitrogen (atomic number: 7). As shown in Fig. 1 (a), it was confirmed that the platinum atom was well supported in the form of a single atom on nitrogen-doped carbon (NBP). The HAADF-STEM image result of the Pt 1 @Pt/NBP sample obtained by high-temperature heat treatment of Pt 1 /NBP is shown in FIG. 1 (b). Several agglomerated Pt nanoparticles were observed by the high-temperature heat treatment process. Through high-magnification TEM, it was confirmed that the Pt (111) structure of the face-centered cubic structure was shown with a spacing between the lattices of the particles of 2.27 Å. In the case of Pt 1 @Pt/NBP, Pt nanoparticles with a size of 2-3 nm were identified along with well-dispersed Pt single atoms.

비교를 위해, 상기 제조예 1에서 질소가 없는 일반 탄소(BP)를 지지체로 하여 얻은 5 wt% Pt1/BP와 Pt1@Pt/BP HAADF-STEM 이미지 결과를 각각 도 1 (c), (d)에 나타내었다. Pt1/BP의 경우, 고온 열처리 전에도 일부 Pt 원자들의 뭉침 현상이 발견되었다. Pt1@Pt/BP의 경우, Pt 단일 원자를 육안으로 관찰하기 어려웠으며 4 nm 크기의 Pt 나노 입자를 관찰하였다. 이는 질소(N)가 단일 Pt 원자의 앵커링 역할을 하여 Pt의 뭉침 현상을 방지하기 때문이다.For comparison, 5 wt% Pt1/BP and Pt 1 @Pt/BP HAADF-STEM image results obtained using normal carbon (BP) without nitrogen in Preparation Example 1 as a support are shown in FIGS. 1 (c), (d), respectively. ) is shown. In the case of Pt 1 /BP, aggregation of some Pt atoms was found even before high-temperature heat treatment. In the case of Pt 1 @Pt/BP, it was difficult to observe a single Pt atom with the naked eye, and Pt nanoparticles with a size of 4 nm were observed. This is because nitrogen (N) acts as an anchor of a single Pt atom to prevent aggregation of Pt.

Pt1@Pt/NBP 와 Pt1@Pt/BP의 저배율 TEM 이미지 및 나노입자 크기 분포를 도 2에 나타내었다. 실시예 1의 질소 도핑 탄소(NBP)의 경우 백금 나노 입자는 평균 2.49 nm 크기 분포를 갖는 반면, 비교예 1의 질소가 없는 일반 탄소(BP)의 경우 3.67 nm 크기 분포를 가지는 것을 확인하였다.Low-magnification TEM images and nanoparticle size distributions of Pt 1 @Pt/NBP and Pt 1 @Pt/BP are shown in FIG. 2 . In the case of the nitrogen-doped carbon (NBP) of Example 1, the platinum nanoparticles had an average size distribution of 2.49 nm, whereas it was confirmed that the normal carbon (BP) without nitrogen of Comparative Example 1 had a size distribution of 3.67 nm.

전기화학적 산소환원반응 분극 평가 곡선을 확인하였다(도 3). Pt1/NBP 및 Pt1/BP의 경우에는 4전자 산소환원반응에 대한 활성이 거의 나타나지 않았다. 고온 열처리를 통해 백금 나노 입자의 형성 및 단일 원자 백금의 결합 구조의 변화가 일어나게 되면, Pt1@Pt/BP 및 Pt1@Pt/NBP에서 4전자 산소환원반응 활성이 크게 증가하는 것이 확인된다. 특히, Pt1@Pt/NBP는 반파 전위 값(E1/2, half-wave potential)이 0.867 VRHE을 가져, 상용 Pt/C 촉매의 반파 전위 값인 0.859 VRHE보다 높은 것을 확인하였다. 이는 분산된 단일 원자 Pt로 인해 높은 백금 이용 효율을 가지게 되어, 백금의 산소환원반응 활성이 높게 측정되었다고 할 수 있다.The electrochemical oxygen reduction reaction polarization evaluation curve was confirmed (FIG. 3). In the case of Pt 1 /NBP and Pt 1 /BP, almost no activity was shown for the 4-electron oxygen reduction reaction. When the formation of platinum nanoparticles and changes in the bonding structure of single-atom platinum occur through high-temperature heat treatment, it is confirmed that the 4-electron oxygen reduction activity is greatly increased in Pt 1 @Pt/BP and Pt 1 @Pt/NBP. In particular, Pt 1 @Pt/NBP had a half-wave potential value (E 1/2 , half-wave potential) of 0.867 V RHE , confirming that it was higher than the half-wave potential value of 0.859 V RHE of a commercial Pt/C catalyst. This has high platinum utilization efficiency due to the dispersed single atom Pt, and it can be said that the oxygen reduction activity of platinum was measured to be high.

합성된 Pt1@Pt/NBP 촉매의 전기화학적 내구성을 확인하였다(도 4). Pt1@Pt/NBP의 경우 10,000 사이클 이후의 반파 전위 변화가 9 mV 로, 상용 Pt/C 의 반파 전위 변화 값인 32 mV 에 비해 작은 변화가 나타남에 따라 기존 백금 나노 입자 촉매보다 우수한 내구성을 가지는 것이 확인되었다.The electrochemical durability of the synthesized Pt 1 @Pt/NBP catalyst was confirmed ( FIG. 4 ). In the case of Pt 1 @Pt/NBP, the half-wave potential change after 10,000 cycles is 9 mV, which is small compared to the half-wave potential change value of 32 mV of commercial Pt/C. Confirmed.

산소환원반응은 반응에 참여하는 전자 수에 따라 생성물로 과산화수소 또는 물이 생성된다. 전기화학적 산소환원반응 RRDE 분석법을 통해 과산화수소 생성을 확인하였다(도 5). 백금이 단일 원자 형태로만 존재하는 경우인 Pt1/BP 및 Pt1/NBP에서는 과산화수소 생성율이 25 % 이상으로 2전자 반응이 혼재되어 있는 것을 확인하였다. 고온 열처리를 통해 백금 나노 입자의 형성 및 단일 원자 백금의 결합 구조의 변화가 일어나게 되면, Pt1@Pt/BP 및 Pt1@Pt/NBP에서 과산화수소 생성율이 5% 미만으로 4전자 산소환원반응에 대한 선택도가 증가하는 것이 확인되었다.Oxygen reduction reaction produces hydrogen peroxide or water as a product depending on the number of electrons participating in the reaction. The generation of hydrogen peroxide was confirmed through the electrochemical oxygen reduction reaction RRDE analysis (FIG. 5). In Pt 1 /BP and Pt 1 /NBP where platinum exists only in the form of a single atom, it was confirmed that the hydrogen peroxide production rate was 25% or more, and two-electron reactions were mixed. When the formation of platinum nanoparticles and the change of the bonding structure of single-atom platinum occur through high-temperature heat treatment, the hydrogen peroxide production rate in Pt 1 @Pt/BP and Pt 1 @Pt/NBP was less than 5%, which was It was confirmed that the selectivity increased.

합성된 촉매 및 레퍼런스들에 대한 Pt L각 영역에서의 연장된 X-선 미세구조(EXAFS) 결과를 도 6에 나타내었다. 2.5 Å 부근에서 나타나는 신호는 Pt-Pt에서 나오는 신호로, Pt1/BP 및 Pt1/NBP의 경우 신호가 관찰되지 않았음을 관찰함으로써 Pt가 단일 원자 형태로 잘 분산되어 있음을 확인하였다. 또한, Pt1@Pt/NBP의 경우 Pt1@Pt/BP 보다 2.5 Å에서의 신호가 작은 것을 관찰함으로써 탄소 담지체의 질소가 백금 단일 원자의 분포에 긍정적인 영향을 주는 것을 재확인하였다.The results of the extended X-ray microstructure (EXAFS) in each region of Pt L for the synthesized catalysts and references are shown in FIG. 6 . Signals appearing around 2.5 Å are signals from Pt-Pt, and by observing that no signals were observed in the case of Pt 1 /BP and Pt 1 /NBP, it was confirmed that Pt is well dispersed in the form of single atoms. In addition, in the case of Pt 1 @Pt/NBP, by observing that the signal at 2.5 Å was smaller than that of Pt 1 @Pt/BP, it was reconfirmed that nitrogen of the carbon carrier had a positive effect on the distribution of platinum single atoms.

Pt1@Pt/NBP와 상용 Pt/C 촉매를 각각 캐소드 전극으로 하는 단위전지의 평가결과를 도 7에 나타내었다. 상용 Pt/C 촉매를 캐소드로 하여 제작한 막-전극 접합체를 이용한 단위전지는 단위면적 당 백금 로딩양이 0.13 mgPt/cm2로, Pt1@Pt/NBP(0.045 mgPt/cm2) 의 약 3배의 백금을 사용하였다. 전압이 0.9 V에서의 전류밀도를 비교하였을 때, Pt1@Pt/NBP의 경우 6.0 mA/cm2를 나타내며, 상용 Pt/C 촉매의 경우 2.2 mA/cm2를 나타내었다. 이를 도 7의 내부그래프로 나타내었다. 이로써, 본 발명에서 합성된 Pt1@Pt/NBP를 상용 Pt/C 에 비해 백금량을 34 %만 사용하면서도 0.9 V 에서 2.7 배의 전류밀도를 얻어낼 수 있음을 확인하였다.FIG. 7 shows the evaluation results of a unit cell using Pt 1 @Pt/NBP and a commercial Pt/C catalyst as cathode electrodes, respectively. A unit cell using a membrane-electrode assembly prepared using a commercial Pt/C catalyst as a cathode had a platinum loading of 0.13 mg Pt /cm 2 per unit area, and a Pt 1 @Pt/NBP (0.045 mg Pt /cm 2 ) About three times as much platinum was used. When the current density at a voltage of 0.9 V was compared, Pt 1 @Pt/NBP showed 6.0 mA/cm 2 , and commercial Pt/C catalyst showed 2.2 mA/cm 2 . This is shown as an internal graph of FIG. 7 . Accordingly, it was confirmed that the Pt 1 @Pt/NBP synthesized in the present invention can obtain 2.7 times the current density at 0.9 V while using only 34% of the platinum amount compared to the commercial Pt/C.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아님은 명백하다. 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.As the specific part of the present invention has been described in detail above, for those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, it is clear that these specific techniques are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereto. Do. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.

따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 특허청구범위와 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (8)

(i) 질화 탄소 분해를 통해 질소가 도핑된 탄소 지지체(NBP)를 제조하는 단계;
(ii) 상기 질소가 도핑된 탄소 지지체(NBP)를 에탄올 수용액 하에서 백금(Pt) 전구체와 혼합하는 단계;
(iii) 상기 혼합된 혼합물을 100 내지 120 ℃에서 6 내지 12 시간 동안 유지하여 상기 백금 전구체를 환원시킴으로써 상기 지지체 표면 상에 백금(Pt) 단원자 활성점을 형성하는 단계(Pt1/NBP); 및
(iv) 상기 백금 단원자점이 형성된 지지체를 열처리하여 단일원자 형태의 백금과 백금 나노 입자가 분산된 촉매(Pt1@Pt/NBP)를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 저온 수열 합성법 기반의 귀금속 단원자점을 활용한 고분자 전해질 연료전지 산소환원반응용 촉매의 제조방법.
(i) preparing a nitrogen-doped carbon support (NBP) through decomposition of carbon nitride;
(ii) mixing the nitrogen-doped carbon support (NBP) with a platinum (Pt) precursor in an aqueous ethanol solution;
(iii) forming platinum (Pt) monoatomic active sites on the surface of the support by maintaining the mixed mixture at 100 to 120° C. for 6 to 12 hours to reduce the platinum precursor (Pt 1 /NBP); and
(iv) heat-treating the support on which the platinum monoatomic dots are formed to prepare a catalyst (Pt 1 @Pt/NBP) in which platinum and platinum nanoparticles in the form of single atoms are dispersed; low-temperature hydrothermal synthesis method comprising: A method of manufacturing a catalyst for oxygen reduction reaction of a polymer electrolyte fuel cell using a base-based noble metal monoatomic point.
제1항에 있어서, 상기 탄소 지지체는 블랙펄 탄소 지지체인 것을 특징으로 하는, 저온 수열 합성법 기반의 귀금속 단원자점을 활용한 고분자 전해질 연료전지 산소환원반응용 촉매의 제조방법.The method of claim 1, wherein the carbon support is a black pearl carbon support. 제1항에 있어서, 상기 백금의 담지량은 상기 지지체 및 백금 촉매 전체 100 중량%에 대하여 0.5 내지 8.0 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는, 저온 수열 합성법 기반의 귀금속 단원자점을 활용한 고분자 전해질 연료전지 산소환원반응용 촉매의 제조방법.The polymer electrolyte fuel cell according to claim 1, wherein the amount of platinum supported is 0.5 to 8.0% by weight based on 100% by weight of the entire support and platinum catalyst. A method for preparing a catalyst for oxygen reduction reaction. 제1항에 있어서, 상기 열처리는 800 내지 1,000 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 염화암모늄 처리로 내구성이 향상된 수전해용 전이금속 인화물 촉매의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the heat treatment is performed at 800 to 1,000 °C, wherein the durability is improved by ammonium chloride treatment. 질소가 도핑된 탄소 지지체(NBP); 및
에탄올 수열합성법을 이용하여 상기 지지체 상에 단일원자 및 나노입자 형태로 분산되어 담지된 백금(Pt);을 포함하는 것을 특징으로 하는, 저온 수열 합성법 기반의 귀금속 단원자점을 활용한 고분자 전해질 연료전지 산소환원반응용 촉매.
nitrogen doped carbon support (NBP); and
Platinum (Pt) dispersed and supported in the form of single atoms and nanoparticles on the support using an ethanol hydrothermal synthesis method; Polymer electrolyte fuel cell oxygen using a noble metal monoatomic point based on a low-temperature hydrothermal synthesis method Catalyst for reduction reaction.
제5항에 있어서, 상기 백금의 담지량은 상기 지지체 및 백금 촉매 전체 100 중량%에 대하여 0.5 내지 8.0 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는, 저온 수열 합성법 기반의 귀금속 단원자점을 활용한 고분자 전해질 연료전지 산소환원반응용 촉매.[Claim 6] The polymer electrolyte fuel cell according to claim 5, wherein the amount of platinum supported is 0.5 to 8.0% by weight based on 100% by weight of the entire support and platinum catalyst. Catalyst for oxygen reduction reaction. (i) 제5항에 따른 촉매 및 Pt/C 촉매를 포함하는 촉매 잉크를 제조하는 단계; 및
(ii) 상기 촉매 잉크를 전해질 막에 코팅하여 막-전극 접합체를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고분자 전해질 연료전지용 막-전극 접합체.
(i) preparing a catalyst ink comprising the catalyst according to claim 5 and a Pt/C catalyst; and
(ii) coating the catalyst ink on the electrolyte membrane to prepare a membrane-electrode assembly;
제7항에 따른 막-전극 접합체를 포함하는 연료전지.A fuel cell comprising the membrane-electrode assembly according to claim 7 .
KR1020200143839A 2020-10-30 2020-10-30 Precious metal single atom-nanoparticle catalysts derived from single atom sites using hydrothermal method and Manufacturing method of the Same KR102539195B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200143839A KR102539195B1 (en) 2020-10-30 2020-10-30 Precious metal single atom-nanoparticle catalysts derived from single atom sites using hydrothermal method and Manufacturing method of the Same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200143839A KR102539195B1 (en) 2020-10-30 2020-10-30 Precious metal single atom-nanoparticle catalysts derived from single atom sites using hydrothermal method and Manufacturing method of the Same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220058260A true KR20220058260A (en) 2022-05-09
KR102539195B1 KR102539195B1 (en) 2023-06-02

Family

ID=81582197

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200143839A KR102539195B1 (en) 2020-10-30 2020-10-30 Precious metal single atom-nanoparticle catalysts derived from single atom sites using hydrothermal method and Manufacturing method of the Same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102539195B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117219927A (en) * 2023-09-20 2023-12-12 海南深远海新能源科技有限公司 Zinc-air battery, composite electrode for zinc-air battery and preparation method of composite electrode

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170004248A (en) * 2015-07-01 2017-01-11 한국과학기술연구원 Carbon support for electrode catalyst of fuel cell and preparation method thereof
KR101809595B1 (en) 2015-12-18 2017-12-19 한국과학기술원 Titanium carbide supported Pt single-atom catalyst for production of hydrogen peroxide, MEA including the same and Method for preparing the catalyst
KR101926354B1 (en) 2017-05-19 2018-12-07 한국과학기술원 Single atomic platinum catalysts for direct formic acid fuel cell and a method for preparing thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170004248A (en) * 2015-07-01 2017-01-11 한국과학기술연구원 Carbon support for electrode catalyst of fuel cell and preparation method thereof
KR101809595B1 (en) 2015-12-18 2017-12-19 한국과학기술원 Titanium carbide supported Pt single-atom catalyst for production of hydrogen peroxide, MEA including the same and Method for preparing the catalyst
KR101926354B1 (en) 2017-05-19 2018-12-07 한국과학기술원 Single atomic platinum catalysts for direct formic acid fuel cell and a method for preparing thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117219927A (en) * 2023-09-20 2023-12-12 海南深远海新能源科技有限公司 Zinc-air battery, composite electrode for zinc-air battery and preparation method of composite electrode

Also Published As

Publication number Publication date
KR102539195B1 (en) 2023-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Basu et al. Performance studies of Pd–Pt and Pt–Pd–Au catalyst for electro-oxidation of glucose in direct glucose fuel cell
EP2008322B1 (en) Platinum and platinum based alloy nanotubes as electrocatalysts for fuel cells
Spinacé et al. Electro-oxidation of ethanol using PtRu/C electrocatalysts prepared by alcohol-reduction process
Ramos-Sánchez et al. PdNi electrocatalyst for oxygen reduction in acid media
US8470495B2 (en) Electrode catalyst with improved longevity properties and fuel cell using the same
Lin et al. Synthesis and characterization of carbon nanotubes supported platinum nanocatalyst for proton exchange membrane fuel cells
US8409659B2 (en) Nanowire supported catalysts for fuel cell electrodes
KR101926866B1 (en) Method for manufacturing palladium-platinium core-shell catalysts for fuel cells
Xiong et al. Pt-Pd nanodendrites as oxygen reduction catalyst in polymer-electrolyte-membrane fuel cell
JPWO2015141595A1 (en) ELECTRODE MATERIAL FOR FUEL CELL AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME, ELECTRODE FOR FUEL CELL, MEMBRANE ELECTRODE ASSEMBLY AND SOLID POLYMER FUEL CELL
Peng et al. Bimetallic Pt3Mn nanowire network structures with enhanced electrocatalytic performance for methanol oxidation
Lagarteira et al. The role of Pt loading on reduced graphene oxide support in the polyol synthesis of catalysts for oxygen reduction reaction
JP7112739B2 (en) Electrode material, manufacturing method thereof, electrode, membrane electrode assembly, and polymer electrolyte fuel cell
Han et al. Highly stable and active Pt electrocatalysts on TiO2-Co3O4-C composite support for polymer exchange membrane fuel cells
KR102539195B1 (en) Precious metal single atom-nanoparticle catalysts derived from single atom sites using hydrothermal method and Manufacturing method of the Same
KR101673003B1 (en) Catalyst for preparing hydrogen peroxide, MEA including the same and Method for preparing the catalyst
Polagani et al. Effect of Ni loading onto Pt (Pt‐Ni/C) electrocatalysts for PEM fuel cell: A study of ORR activity, stability, and temperature effect
Dong et al. Synthesis of Cu-decorated PtTe nanotubes with high electrocatalytic activity for oxygen reduction
KR20120014704A (en) Pt-pd alloy catalyst for fuel cell and method of preparing the same
Li et al. In situ shaped PtPd nanocubes on common carbon powder for efficient methanol electrooxidation in practical fuel cells
JP7432969B2 (en) Electrode materials, electrodes using the same, membrane electrode assemblies, and polymer electrolyte fuel cells
CN117219796B (en) Pt-Pd dendrite hollow nanowire catalyst, and preparation method and application thereof
Arroyo-Ramírez et al. Electrochemical study of methanol tolerant oxygen reduction reaction PdxCoy/C-catalysts from organometallic molecular precursors
KR20240020123A (en) Metal-organic structure-based catalyst, manufacturing method thereof, and fuel cell using the same
Mahalakshmi et al. Nanomaterials for Oxygen Reduction Reaction

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)