KR20230170191A - pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법 - Google Patents
pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법은, 팔라듐 전구체와 탄소 지지체를 용매에 분산시켜 pH가 9 내지 11인 용액을 제조하는 제1단계; 상기 제1단계를 통해 제조된 용액에 불활성 기체를 퍼징(purging)시키는 제2단계; 상기 제2단계를 거친 용액에 일산화탄소(CO)가스를 퍼징시켜 용액 내 팔라듐 전구체가 환원되도록 유도하는 제3단계; 및 상기 제3단계를 거친 용액을 여과하고 건조시켜 팔라듐 입자를 제조하는 제4단계;를 포함한다.
본 발명은 팔라듐 전구체와 탄소 지지체를 용매에 분산시켜 pH가 9 내지 11인 용액을 제조함에 따라 팔라듐 입자의 형상을 제어할 수 있기 때문에 팔라듐 입자의 크기가 작으면서 균일성이 있는 구형(sphere) 팔라듐 입자의 팔라듐 코어물질을 제조함으로써 팔라듐 코어물질과 백금 쉘로 구성된 코어-쉘 성능을 극대화시킬 수 있다.
본 발명은 팔라듐 전구체와 탄소 지지체를 용매에 분산시켜 pH가 9 내지 11인 용액을 제조함에 따라 팔라듐 입자의 형상을 제어할 수 있기 때문에 팔라듐 입자의 크기가 작으면서 균일성이 있는 구형(sphere) 팔라듐 입자의 팔라듐 코어물질을 제조함으로써 팔라듐 코어물질과 백금 쉘로 구성된 코어-쉘 성능을 극대화시킬 수 있다.
Description
본 발명은 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 차세대 에너지원으로 각광받고 있는 연료전지(Fuel cell)는 연료의 산화/환원에 의해 발생하는 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환시키는 장치로써, 최근 전기 자동차와 같은 수송용 및 가정에서의 전원 공급용 미래형 전기 동력으로 기대되고 있다. 연료전지에서의 전극 반응은 음극에서의 수소 산화 반응과 양극에서의 산소 환원 반응으로 구성되는데, 고분자 전해질 연료전지(Polymer electrolyte membrane fuel cell) 등 저온에서 구동되는 연료전지 시스템에서 이들 전기화학반응이 실제 원활히 일어나기 위해서는 반응속도가 효과적으로 증가되어야 한다.
수소를 연료로 사용하는 연료전지는 차세대 에너지 변환기술로 각광받고 있으며 그중에서도 출력밀도가 높고 빠른 시동이 가능한 고분자전해질 연료전지는 휴대용 전자기기의 전원장치부터 수송 및 발전에 이르기까지 다양한 분야에서 상용화를 앞두고 있다. 그러나 연료전지 촉매로 사용되는 백금의 높은 가격으로 인한 시스템 제작비용 상승은 본격적인 상용화를 지연시키고 있다. 따라서 연료전지 시스템에서 고가의 백금 사용량을 줄이거나 성능 및 내구성을 증가시키는 방향으로 연구가 진행되고 있다.
즉, 상기와 같은 이유로 종래 연료전지 시스템에서는 귀금속 촉매인 백금(Pt)이 필연적으로 사용되어 왔다. 하지만, 백금 촉매는 우수한 에너지 변환 효율을 보임에도 불구하고, 가격이 매우 비싸고 매장량이 제한되어 있기 때문에 연료전지의 보급화에 문제시 될 수 있다. 특히, 고효율이면서도 저비용인 신규한 전기적 촉매의 필요성은 PEMFC(Polymer electrolyte membrane fuel cell; 폴리머 전해질막 연료 전지)와 연관된 문제 중 가장 시급한 것이었다.
상기 장애 인자를 해결하고 연료전지의 상용화를 촉진하기 위하여, 최근 들어 현재의 탄소 지지체 상에 지지된 백금 전극을 대체하기 위하여, 합금 나노 입자 및 코어-쉘 나노 입자 등 복수의 구성요소를 포함하는 나노입자(Multi-component nanoparticle)들이 연구되었다. 상기 방법은 안정적인 합금 입자를 제조하기 위하여 열처리 공정이 필수적으로 사용되나, 고온의 열처리 공정에서 나노 입자의 크기가 성장하게 되어 오히려 활성 영역이 감소하게 되는 단점이 있다.
이와 같은 종래에 다양한 코어물질에 대한 연구결과, 팔라듐을 코어물질로 사용하였을 때 가장 높은 성능을 보였고 팔라듐 입자 크기, 노출면 등에 따라 상이한 ORR 활성을 보임을 보고하고 있다. 또한, 팔라듐의 면에 따라 팔라듐 자체의 ORR 활성이 영향받으며, 활성금속 표면과 산소와의 흡착에너지 변화가 활성에 영향을 준다고 보고하고 있다. 따라서 효율적으로 팔라듐 입자의 형상 제어가 가능하다면, 코어-쉘 촉매의 성능을 극대화시키기 위한 중요한 접근법이 될 수 있다.
이에, 팔라듐을 코어-쉘 촉매의 코어물질로 사용하였을 때, 합성 조건에 의해 달라지는 팔라듐 입자의 형상을 제어함으로써 팔라듐 입자의 크기가 작으면서 균일성이 있는 구형(sphere) 팔라듐 입자의 팔라듐 코어물질을 제조하여 팔라듐 코어물질과 백금 쉘로 구성된 코어-쉘 성능을 극대화시킬 수 있는 기술에 대한 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로써, 본 발명의 목적은 팔라듐이 분산된 용액 제조시 pH를 조절하여 팔라듐 입자의 형상을 제어함으로써 팔라듐 입자의 크기가 작으면서 균일성이 있는 구형(sphere) 팔라듐 입자의 팔라듐 코어물질을 제조할 수 있어 팔라듐 코어물질과 백금 쉘로 구성된 코어-쉘 성능을 극대화시킬 수 있는 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법은, 팔라듐 전구체와 탄소 지지체를 용매에 분산시켜 pH가 9 내지 11인 용액을 제조하는 제1단계; 상기 제1단계를 통해 제조된 용액에 불활성 기체를 퍼징(purging)시키는 제2단계; 상기 제2단계를 거친 용액에 일산화탄소(CO)가스를 퍼징시켜 용액 내 팔라듐 전구체가 환원되도록 유도하는 제3단계; 및 상기 제3단계를 거친 용액을 여과하고 건조시켜 팔라듐 입자를 제조하는 제4단계;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법에 있어서, 상기 제1단계에서는 pH가 9 내지 11인 용액을 제조하기 위해 알칼리 용액을 첨가할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법에 있어서, 상기 제1단계에서는 고전단 균질기 및 초음파를 이용하여 20 내지 60°C의 온도 조건에서 팔라듐 전구체와 탄소 지지체를 용매에 분산시켜 pH가 9 내지 11인 용액을 제조할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법에 있어서, 상기 제2단계에서는 20 내지 60°C의 온도 조건에서 상기 제1단계를 통해 제조된 용액에 불활성 기체를 퍼징시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법에 있어서, 상기 제3단계에서는 20 내지 60°C의 온도 조건에서 상기 제2단계를 거친 용액에 CO가스를 30분 내지 1시간 동안 퍼징시켜 용액 내 팔라듐 전구체가 환원되도록 유도할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법에 있어서, 상기 제4단계에서는 상기 제3단계를 거친 용액을 감압여과장치를 이용하여 여과하고, 잔여용매를 제거한 뒤, 60 내지 80°C 온도의 진공오븐기에서 6 내지 24시간 동안 건조시킬 수 있다.
또한 상기 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 전극촉매용 팔라듐을 포함하는 전극촉매를 통하여 전술한 문제점을 해결한 팔라듐 입자의 크기가 작으면서 균일성이 있는 구형(sphere) 팔라듐 입자의 팔라듐 코어물질을 포함하는 전극촉매를 제조할 수 있다.
본 발명은 팔라듐 전구체와 탄소 지지체를 용매에 분산시켜 pH가 9 내지 11인 용액을 제조함에 따라 팔라듐 입자의 형상을 제어할 수 있기 때문에 팔라듐 입자의 크기가 작으면서 균일성이 있는 구형(sphere) 팔라듐 입자 형태의 팔라듐 코어물질을 제조함으로써 팔라듐 코어물질과 백금 쉘로 구성된 코어-쉘 성능을 극대화시킬 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법을 도시한 흐름도이다.
도2는 pH 조건에 따른 팔라듐 입자의 크기를 나타낸 그래프이다.
도3은 pH 조건에 따른 팔라듐 입자의 TGA 분석 결과를 나타낸 것이다.
도4는 pH 조건에 따른 팔라듐 입자의 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다.
도5는 pH 조건에 따른 팔라듐 입자의 촉매 활성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도2는 pH 조건에 따른 팔라듐 입자의 크기를 나타낸 그래프이다.
도3은 pH 조건에 따른 팔라듐 입자의 TGA 분석 결과를 나타낸 것이다.
도4는 pH 조건에 따른 팔라듐 입자의 XRD 분석 결과를 나타낸 것이다.
도5는 pH 조건에 따른 팔라듐 입자의 촉매 활성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지되어진 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법을 도시한 흐름도이다.
이하에서는, 도1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법에 대해서 단계별로 순차적으로 설명하도록 한다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법은, 팔라듐 전구체와 탄소 지지체를 용매에 분산시켜 pH가 9 내지 11인 용액을 제조하는 제1단계(S100); 상기 제1단계(S100)를 통해 제조된 용액에 불활성 기체를 퍼징(purging)시키는 제2단계(S200); 상기 제2단계(S200)를 거친 용액에 일산화탄소(CO)가스를 퍼징시켜 용액 내 팔라듐 전구체가 환원되도록 유도하는 제3단계(S300); 및 상기 제3단계(S300)를 거친 용액을 여과하고 건조시켜 팔라듐 입자를 제조하는 제4단계(S400);를 포함한다.
제1단계(S100)는 팔라듐 전구체와 탄소 지지체를 용매에 분산시켜 pH가 9 내지 11인 용액을 제조하는 과정이 이루어진다.
여기서, 용매는 DI-water를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법에 있어서, 상기 제1단계(S100)에서는 pH가 9 내지 11인 용액을 제조하기 위해 알칼리 용액을 첨가할 수 있다. 즉, 제1단계(S100)에서는 분산된 용액의 수소이온농도(pH)를 9 내지 11로 조절하기 위해 알칼리 용액를 첨가하는 것이며, 알칼리 용액을 첨가하여 분산된 용액의 pH를 11로 조절하는 것이 바람직하다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법에 있어서, 상기 제1단계(S100)에서는 고전단 균질기 및 초음파를 이용하여 20 내지 60°C의 온도 조건에서 팔라듐 전구체와 탄소 지지체를 용매에 분산시켜 pH가 9 내지 11인 용액을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 실시하기에 따라 상기 제1단계(S100)에서는 고전단 균질기 및 초음파를 이용하여 20°C 내지 60°C의 온도 조건에서 팔라듐 전구체와 탄소 지지체를 용매에 분산시킬 수도 있지만, 25°C의 온도 조건에서 팔라듐 전구체와 탄소 지지체를 용매에 분산시키는 것이 바람직하다.
여기서, 알칼리 용액은 수산화나트륨(NaOH) 및 수산화칼륨(KOH) 중 어느 하나일 수 있다.
제2단계(S200)는 상기 제1단계(S100)를 통해 제조된 용액에 불활성 기체를 퍼징(purging)시키는 과정이 이루어진다.
구체적으로, 상기 제2단계(S200)에서는 25°C의 온도 조건에서 상기 제1단계(S100)를 통해 제조된 용액에 불활성 기체를 퍼징시키는 과정이 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은 실시하기에 따라 25°C 내지 50°C의 온도 조건에서 상기 제1단계(S100)를 통해 제조된 용액에 불활성 기체를 퍼징시키는 과정이 이루어질 수도 있지만, 25°C의 온도 조건에서 상기 제1단계(S100)를 통해 제조된 용액에 불활성 기체를 퍼징시키는 과정이 이루어지는 것이 바람직하다.
여기서, 불활성 기체는 질소가스 또는 아르곤가스일 수 있다.
제3단계(S300)는 상기 제2단계(S200)를 거친 용액에 일산화탄소(CO)가스를 퍼징시켜 용액 내 팔라듐 전구체가 환원되도록 유도하는 과정이 이루어진다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법에 있어서, 상기 제3단계(S300)에서는 20 내지 60°C의 온도 조건에서 상기 제2단계(S200)를 거친 용액에 CO가스를 30분 내지 1시간 동안 퍼징시켜 용액 내 팔라듐 전구체가 환원되도록 유도하는 과정이 이루어질 수 있다.
또한, 제3단계(S300)에서는 CO가스가 99.999%의 초고순도 가스인 것을 이용하는 것이 바람직하고, 용액 내 팔라듐 전구체와 탄소 지지체가 5g/batch 미만일 경우, CO가스를 30분 동안 퍼징시키며, 용액 내 팔라듐 전구체와 탄소 지지체가 10g/batch 이상일 경우, CO가스를 1시간 동안 퍼징시키는 것이 바람직하다.
제4단계(S400)는 상기 제3단계(S300)를 거친 용액을 여과하고 건조시켜 팔라듐 입자를 제조하는 과정이 이루어진다.
구체적으로, 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법에 있어서, 상기 제4단계(S400)에서는 상기 제3단계(S300)를 거친 용액을 감압여과장치를 이용하여 여과하고, 에탄올과 증류수로 잔여용매를 제거한 뒤, 60 내지 80°C 온도의 진공오븐기에서 6 내지 24시간 동안 건조시키는 과정이 이루어질 수 있다.
여기서, 제4단계(S400)에서의 감압여과장치를 통한 여과는 0.45μm 기공의 여과지를 사용할 수 있다.
<실시예 1>
본 발명의 실시예에 따른 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법에 따라 팔라듐 입자를 제조하였다. 즉, 25°C의 온도 조건하에서, 용매 100% DI-water 1.8L에 팔라듐 용액 3mL(팔라듐 0.3g 함유)과 탄소 지지체(VXC72) 0.7g을 분산시켜 용액을 제조하였다. 이때, NaOH를 첨가하여 분산된 용액의 pH를 8로 조절하였다. 그리고 분산된 용액을 25°C의 온도 조건하에서, 질소가스를 퍼징하면서 10분간 교반 및 분산을 실시하였고, 이어서 1,000mL/min의 CO가스를 퍼징하면서 30분간 교반 및 분산을 실시하였다. 이후에 여과 및 건조를 진행하였다.
<실시예 2>
본 발명의 실시예에 따른 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법에 따라 팔라듐 입자를 제조하였다. 즉, 25°C의 온도 조건하에서, 용매 100% DI-water 1.8L에 팔라듐 용액 3mL(팔라듐 0.3g 함유)과 탄소 지지체(VXC72) 0.7g을 분산시켜 용액을 제조하였다. 이때, 1.0 M NaOH를 첨가하여 분산된 용액의 pH를 11로 조절하였다. 그리고 분산된 용액을 25°C의 온도 조건하에서, 질소가스를 퍼징하면서 10분간 교반 및 분산을 실시하였고, 이어서 1,000mL/min의 CO가스를 퍼징하면서 30분간 교반 및 분산을 실시하였다. 이후에 여과 및 건조를 진행하였다.
<비교예 1>
본 발명의 실시예에 따른 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법에 따라 팔라듐 입자를 제조하였다. 즉, 25°C의 온도 조건하에서, 용매 100% DI-water 1.8L에 팔라듐 용액 3mL(팔라듐 0.3g 함유)과 탄소 지지체(VXC72) 0.7g을 분산시켜 용액을 제조하였다. 이때, 분산된 용액의 pH는 1이였다. 그리고 분산된 용액을 25°C의 온도 조건하에서, 질소가스를 퍼징하면서 10분간 교반 및 분산을 실시하였고, 이어서 1,000mL/min의 CO가스를 퍼징하면서 30분간 교반 및 분산을 실시하였다. 이후에 여과 및 건조를 진행하였다.
<비교예 2>
본 발명의 실시예에 따른 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법에 따라 팔라듐 입자를 제조하였다. 즉, 25°C의 온도 조건하에서, 용매 100% DI-water 1.8L에 팔라듐 용액 3mL(팔라듐 0.3g 함유)과 탄소 지지체(VXC72) 0.7g을 분산시켜 용액을 제조하였다. 이때, 분산된 용액의 pH는 4이였다. 그리고 분산된 용액을 25°C의 온도 조건하에서, 질소가스를 퍼징하면서 10분간 교반 및 분산을 실시하였고, 이어서 1,000mL/min의 CO가스를 퍼징하면서 30분간 교반 및 분산을 실시하였다. 이후에 여과 및 건조를 진행하였다.
<비교예 3>
본 발명의 실시예에 따른 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법에 따라 팔라듐 입자를 제조하였다. 즉, 25°C의 온도 조건하에서, 용매 100% DI-water 1.8L에 팔라듐 용액 3mL(팔라듐 0.3g 함유)과 탄소 지지체(VXC72) 0.7g을 분산시켜 용액을 제조하였다. 이때, 분산된 용액의 pH는 7이였다. 그리고 분산된 용액을 25°C의 온도 조건하에서, 질소가스를 퍼징하면서 10분간 교반 및 분산을 실시하였고, 이어서 1,000mL/min의 CO가스를 퍼징하면서 30분간 교반 및 분산을 실시하였다. 이후에 여과 및 건조를 진행하였다.
<실험예>
도2는 pH 조건에 따른 팔라듐 입자의 크기를 나타낸 그래프이며, 도3은 pH 조건에 따른 팔라듐 입자의 TGA 분석 결과를 나타낸 것이고, 도4는 pH 조건에 따른 팔라듐 입자의 XRD 분석 결과를 나타낸 것이며, 도5는 pH 조건에 따른 팔라듐 입자의 촉매 활성 평가 결과를 나타낸 그래프이다.
먼저, 분산된 용액의 pH에 조건에 따른 팔라듐 입자의 크기를 확인하여 이를 도2의 그래프에 나타내었고, 팔라듐 입자에 대한 TGA 분석을 실시하여 도3에 나타내었다.
도2 및 도3을 참조하면, 분산된 용액의 pH에 조건에 따라 팔라듐 입자의 크기가 달라지는 것을 알 수 있었다.
구체적으로, 분산된 용액의 pH가 높을수록 팔라듐 입자의 크기가 점차 작아지는 것을 알 수 있었고, 금속 함량(wt%)은 분산된 용액의 pH와 관계없이 약 30 wt% 수준인 것을 알 수 있었다.
또한, 분산된 용액의 pH가 높을수록 팔라듐 입자의 크기가 균일한 것을 알 수 있었다.
즉, 분산된 용액의 pH의 값을 9 내지 11로 조절한 실시예 1 및 2가 팔라듐 입자의 크기가 작으면서, 크기가 균일한 것을 알 수 있었고, 분산된 용액의 pH의 값이 11인 실시예 2가 팔라듐 입자의 크기가 가장 작으면서, 크기가 가장 균일한 것을 알 수 있었다.
한편, 분산된 용액의 pH에 조건에 따른 팔라듐 입자의 XRD 분석을 실시하여 그 결과를 도4에 나타내었고, 그 결과 값에 대해서는 하기의 표1에 나타내었다.
| pH | 팔라듐 입자크기(nm) | 금속함량(wt%) | |
| 비교예1 | 1 | 8.20 | 30.68 |
| 비교예2 | 4 | 8.02 | 30.41 |
| 비교예3 | 7 | 4.11 | 30.29 |
| 실시예1 | 8 | 4.07 | 29.15 |
| 실시예2 | 11 | 3.27 | 29.80 |
도4 및 상기 표1를 참조하면, 팔라듐 입자는 모두 면심입방(face centered cubic, FCC) 구조를 가지며, pH 조건에 따라 팔라듐 입자의 크기가 달라지는 것을 알 수 있었다.
구체적으로, 분산된 용액의 pH가 높을수록 팔라듐 입자의 크기가 점차 작아지는 것을 알 수 있었고, 금속 함량(wt%)은 분산된 용액의 pH와 관계없이 약 30 wt% 내외 수준인 것을 알 수 있었다.
또한, pH의 값이 11일 경우, 팔라듐 입자 임자의 크기가 약 3nm이기 때문에 코어-쉘 촉매를 위한 코어로서 최적의 크기인 것을 알 수 있었다.
즉, 분산된 용액의 pH의 값이 11인 실시예 2가 팔라듐 입자의 크기가 가장 작은 3nm이기 때문에 코어-쉘 촉매를 위한 코어로서 가장 적합한 것을 알 수 있었다.
한편, pH 조건에 따른 팔라듐(Pd) 코어의 촉매 활성 평가를 실시하여 그 결과를 도5에 나타내었고, 그 결과 값을 표2에 나타내었다.
| pH | ECSA(m2/g) | MA(A/mg) | SA (uA/cm2) | E1/2(mV) | 팔라듐 입자 크기(nm) | 금속함량(wt%) | |
| Pd | Pd | ||||||
| 비교예1 | 1 | 48.04 | 0.070 | 146.57 | 862 | 8.43 | 30.68 |
| 비교예3 | 7 | 68.73 | 0.082 | 119.52 | 868 | 4.26 | 30.29 |
| 실시예2 | 11 | 90.26 | 0.080 | 88.85 | 866 | 3.42 | 29.80 |
<ECSA: 전기 화학적 표면적(Electrochemical surface area), MA: 촉매성능(Mass activity), SA: Specific activity)
도5 및 상기 표2를 참조하면, 분산된 용액의 pH가 높을수록 팔라듐 입자의 크기가 점차 작아지는 것을 알 수 있었고, 이에 따라 ECSA의 값이 점차 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한, 분산된 용액의 pH가 1일 경우 보다, 7 및 11 일 경우, MA의 값이 높아 촉매 활성도가 높은 것을 알 수 있었다.
그리고, 금속 함량(wt%)은 분산된 용액의 pH와 관계없이 약 30 wt% 수준인 것을 알 수 있었다.
즉, 분산된 용액의 pH의 값이 11인 실시예 2가 ECSA의 값 및 MA 값 모두 높기 때문에 코어-쉘 촉매를 위한 코어로서 가장 적합한 것을 알 수 있었다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.
Claims (7)
- 팔라듐 전구체와 탄소 지지체를 용매에 분산시켜 pH가 9 내지 11인 용액을 제조하는 제1단계;
상기 제1단계를 통해 제조된 용액에 불활성 기체를 퍼징(purging)시키는 제2단계;
상기 제2단계를 거친 용액에 일산화탄소(CO)가스를 퍼징시켜 용액 내 팔라듐 전구체가 환원되도록 유도하는 제3단계; 및
상기 제3단계를 거친 용액을 여과하고 건조시켜 팔라듐 입자를 제조하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는
pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1단계에서는 pH가 9 내지 11인 용액을 제조하기 위해 알칼리 용액을 첨가하는 것을 특징으로 하는
pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1단계에서는 고전단 균질기 및 초음파를 이용하여 20 내지 60°C의 온도 조건에서 팔라듐 전구체와 탄소 지지체를 용매에 분산시켜 pH가 9 내지 11인 용액을 제조하는 것을 특징으로 하는
pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제2단계에서는 20 내지 60°C의 온도 조건에서 상기 제1단계를 통해 제조된 용액에 불활성 기체를 퍼징시키는 것을 특징으로 하는
pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제3단계에서는 20 내지 60°C의 온도 조건에서 상기 제2단계를 거친 용액에 CO가스를 30분 내지 1시간 동안 퍼징시켜 용액 내 팔라듐 전구체가 환원되도록 유도하는 것을 특징으로 하는
pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제4단계에서는 상기 제3단계를 거친 용액을 감압여과장치를 이용하여 여과하고, 잔여용매를 제거한 뒤, 60 내지 80°C 온도의 진공오븐기에서 6 내지 24시간 동안 건조시키는 것을 특징으로 하는
pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐 형상 제어방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 pH 조절을 통한 전극촉매용 팔라듐을 포함하는 전극촉매.
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