KR102052238B1 - 탄소 담지체 제조방법 및 이에 의하여 제조된 탄소 담지체 - Google Patents
탄소 담지체 제조방법 및 이에 의하여 제조된 탄소 담지체 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102052238B1 KR102052238B1 KR1020160049434A KR20160049434A KR102052238B1 KR 102052238 B1 KR102052238 B1 KR 102052238B1 KR 1020160049434 A KR1020160049434 A KR 1020160049434A KR 20160049434 A KR20160049434 A KR 20160049434A KR 102052238 B1 KR102052238 B1 KR 102052238B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- carbon
- metal catalyst
- carbon composite
- producing
- hydrazine
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 127
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 99
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 53
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical group [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 claims description 17
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 16
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 9
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 7
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000012685 metal catalyst precursor Substances 0.000 claims description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 4
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims description 4
- 239000011669 selenium Substances 0.000 claims description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 4
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims description 3
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 2
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 2
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 2
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 claims description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 2
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 2
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 2
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 claims description 2
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 2
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims description 2
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 2
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 8
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- AIYYMMQIMJOTBM-UHFFFAOYSA-L nickel(ii) acetate Chemical compound [Ni+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O AIYYMMQIMJOTBM-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- NOVHEGOWZNFVGT-UHFFFAOYSA-N hydrazine Chemical compound NN.NN NOVHEGOWZNFVGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 1
- 239000002091 nanocage Substances 0.000 description 1
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/0009—Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
-
- B01J32/00—
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/0215—Coating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/158—Carbon nanotubes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/158—Carbon nanotubes
- C01B32/159—Carbon nanotubes single-walled
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/005—Reinforced macromolecular compounds with nanosized materials, e.g. nanoparticles, nanofibres, nanotubes, nanowires, nanorods or nanolayered materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
- C08K3/041—Carbon nanotubes
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
본 명세서는 탄소 및 고분자를 포함하는 탄소 복합체를 제조하는 단계, 상기 탄소 복합체 표면에 히드라진을 이용하여 금속 촉매를 형성하는 단계 및 상기 탄소 복합체에 탄소나노튜브를 성장시키는 단계를 포함하는 탄소 담지체의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 탄소 담지체에 관한 것이다.
Description
본 출원은 탄소 담지체 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 탄소 담지체에 관한 것이다.
촉매의 담지체로 카본 블랙(Carbon black)이 일반적으로 사용되고 있다. 하지만 카본 블랙을 담지체로 사용한 경우에는 탄소의 부식으로 인한 내구성의 문제가 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여, 부식 저항성이 강항 결정성 탄소인 카본나노튜브(Carbon nanotube, CNT), 카본나노파이버(Carbon nanofiber, CNF), 카본나노케이지(Carbon nanocage, CNC) 등에 대한 활발한 연구가 진행되고 있다. 그러나, 이러한 결정성 탄소는 표면 발수성이 강하여 극성 용매에서 분산이 잘 되지 않는 문제점이 있다. 이러한 이유로 금속을 탄소 담지체에 코팅하는 과정에서 금속이 고르게 분산되지 않고, 뭉치게 되는 문제점이 있다.
본 출원은 탄소 담지체의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 탄소 담지체를 제공한다.
본 출원의 일 실시상태는 탄소 및 고분자를 포함하는 탄소 복합체를 제조하는 단계, 상기 탄소 복합체 표면에 히드라진을 이용하여 금속 촉매를 형성하는 단계, 및 상기 탄소 복합체에 탄소나노튜브를 성장시키는 단계를 포함하는 탄소 담지체의 제조방법을 제공한다.
본 출원의 또 하나의 실시상태는 상기 탄소 담지체의 제조방법을 이용하여 제조된 탄소 담지체를 제공한다.
본 출원에 기재된 실시상태에 따르면, 탄소 복합체의 표면에 히드라진을 이용하여 금속 촉매를 형성함으로써 탄소 복합체의 표면에 균일한 크기의 금속 촉매를 형성하는 효과가 있다.
본 출원에 기재된 실시상태에 따르면 탄소나노튜브가 탄소 복합체에 고르게 성장된 탄소 담지체가 형성되는 효과가 있다.
도 1 (a)는 본 출원에 따라 탄소 복합체의 표면에 히드라진을 이용하여 금속 촉매를 형성한 탄소 복합체의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 1 (b)는 도 1의 1 부분에서의 EDS(energy dispersive X-ray spectroscopy) 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 1 (c)는 도 1의 2 부분에서의 EDS(energy dispersive X-ray spectroscopy) 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 본 출원에 따라 탄소 복합체의 표면에 히드라진을 이용하여 금속 촉매를 코팅한 탄소 복합체의 주사투과전자현미경(STEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 3은 본 출원에 따라 탄소 복합체의 표면에 히드라진을 이용하여 금속 촉매를 코팅한 탄소 복합체의 투과전자현미경(TEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 4는 본 출원의 비교예 1에 따른 투과전자현미경(TEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 5는 본 출원의 실시예 1에 따른 탄소 담지체의 투과전자현미경(TEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 6은 본 출원의 실시예 1에 따른 탄소 담지체의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 7은 본 출원의 비교예 2에 따른 투과전자현미경(TEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 1 (b)는 도 1의 1 부분에서의 EDS(energy dispersive X-ray spectroscopy) 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 1 (c)는 도 1의 2 부분에서의 EDS(energy dispersive X-ray spectroscopy) 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 본 출원에 따라 탄소 복합체의 표면에 히드라진을 이용하여 금속 촉매를 코팅한 탄소 복합체의 주사투과전자현미경(STEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 3은 본 출원에 따라 탄소 복합체의 표면에 히드라진을 이용하여 금속 촉매를 코팅한 탄소 복합체의 투과전자현미경(TEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 4는 본 출원의 비교예 1에 따른 투과전자현미경(TEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 5는 본 출원의 실시예 1에 따른 탄소 담지체의 투과전자현미경(TEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 6은 본 출원의 실시예 1에 따른 탄소 담지체의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 나타낸 것이다.
도 7은 본 출원의 비교예 2에 따른 투과전자현미경(TEM) 이미지를 나타낸 것이다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서 본 출원에 대하여 상세히 설명한다.
본 명세서의 일 실시상태는 탄소 및 고분자를 포함하는 탄소 복합체를 제조하는 단계, 상기 탄소 복합체의 표면에 히드라진(hydrazine)을 이용하여 금속 촉매를 형성하는 단계, 및 상기 탄소 복합체에 탄소나노튜브를 성장시키는 단계를 포함하는 탄소 담지체의 제조방법을 특징으로 한다.
본 명세서에 있어서 상기 탄소 복합체의 30% 내지 90% 는 탄소로 이루어질 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면 상기 탄소는 카본 블랙, 탄소나노튜브(CNT), 그라파이트(Graphite), 그라핀(Graphene), 활성탄, 다공성 탄소(Mesoporous Carbon), 탄소섬유(Carbon fiber) 및 탄소 나노 와이어(Carbon nano wire) 중 적어도 1종일 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소는 카본 블랙일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면 상기 고분자는 폴리에틸렌이민일 수 있다. 상기 폴리에틸렌이민의 중량평균분자량은 700g/mol 내지 26,000g/mol일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면 상기 탄소 복합체는 폴리에틸렌이민이 코팅된 카본 블랙일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 탄소 복합체의 표면에 히드라진을 이용하여 형성된 금속 촉매는 금속 촉매가 입자형태로 존재한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면 상기 금속 촉매는 니켈(Ni), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 몰리브덴(Mo), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 레늄(Re), 팔라듐(Pd), 바나듐(V), 텅스텐(W), 코발트(Co), 철(Fe), 셀레늄(Se), 비스무트(Bi), 주석(Sn), 크롬(Cr), 타이타늄(Ti), 금(Au), 세륨(Ce), 은(Ag) 및 구리(Cu) 중 적어도 1종일 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 촉매는 니켈(Ni)일 수 있다.
본 명세서에 있어서 상기 탄소 복합체의 표면에 히드라진을 이용하여 금속 촉매를 형성하는 단계는 상기 탄소 복합체를 제조하는 단계 후에 금속 촉매 전구체 용액에 탄소 복합체를 담지하는 단계를 포함한다.
상기 금속촉매 전구체 용액의 금속촉매 함량은 5wt% 내지 25wt%일 수 있다. 금속촉매의 함량이 상기 범위를 만족할 경우, 금속촉매가 탄소 복합체 표면에 고르게 분포되며, 이후 탄소나노튜브 성장단계에서 탄소나노튜브의 성장이 균일하게 되는 효과가 있다.
본 명세서에 있어서 상기 탄소 복합체의 표면에 히드라진을 이용하여 금속 촉매를 형성하는 단계는 상기 금속 촉매 전구체 용액에 탄소 복합체를 담지하는 단계 후에 히드라진을 첨가하는 단계를 포함한다.
상기 히드라진은 상기 용액 25ml를 기준으로, 0.5ml 내지 1.5ml 첨가되는 것이 바람직하다.
본 명세서에 있어서 상기 탄소 복합체의 표면에 히드라진을 이용하여 금속 촉매를 형성하는 경우, 금속 촉매의 뭉침 현상을 완화하여, 탄소 복합체의 표면에 균일한 크기의 금속 촉매를 형성하는 효과가 있다.
본 명세서에 있어서 상기 탄소 복합체의 표면에 히드라진을 이용하여 금속 촉매를 형성하는 단계는 상기 히드라진이 첨가된 용액의 교반, 원심분리 및 건조를 통하여 얻어진 파우더를 수소 및 아르곤 분위기 하에서 열처리를 함으로써 수소 환원 반응을 통해 탄소 복합체 표면에 금속 촉매를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 열처리는 60℃ 내지 80℃에서 이루어질 수 있다.
본 명세서에 있어서 상기 탄소 복합체의 표면에 형성된 금속 촉매의 평균 크기는 3nm 내지 5nm일 수 있다. 본 명세서에 있어서 상기 금속 촉매의 크기는 금속 촉매 입자의 평균 입경을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 상기 탄소 복합체에 탄소나노튜브를 성장시키는 단계는 화학기상증착법(CVD), 플라즈마 화학기상증착법(PECVD), 열 화학기상증착법(TCVD) 등이 사용될 수 있다. 구체적으로 화학기상증착법이 사용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면 상기 탄소 복합체에 탄소나노튜브를 성장시키는 단계는 600℃ 내지 900℃에서 이루어진다.
본 명세서에 있어서 상기 탄소 복합체 상에 성장된 탄소나노튜브의 직경은 10nm 내지 50nm이다.
본 명세서의 일 실시상태는 상기의 방법에 따라 제조된 탄소 담지체를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면 상기의 방법에 따라 제조된 탄소 담지체는 전극으로 사용될 때 포어(pore) 형성이 용이하고, 내구성 및 전기전도도가 우수한 특징이 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 탄소 담지체는 슈퍼커패시터(super capacitor), 연료전지(fuel cell), 이차전지 등 다양한 분야에서 사용될 수 있다.
이하, 본 명세서를 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예 1
제1 단계: 탄소 복합체의 제조
폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine, Mw=1,800) 1g을 물 300ml에 용해시킨 뒤, 카본 블랙 300mg과 질산칼륨(KNO3) 1g을 넣고 24시간 교반하였다. 그 후 증류수로 세척 및 건조하여 폴리에틸렌이민이 코팅된 카본 블랙을 제조하였다.
제2 단계: 탄소 복합체 표면에 히드라진을 이용하여 금속 촉매 형성
5wt% 농도의 니켈(Ⅱ) 아세테이트(Ni(Ⅱ) acetate) 수용액에 0.1g의 폴리에틸렌이민이 코팅된 카본 블랙 넣은 후 교반하였다. 그 후 하이드라진(hydrazine) 1ml를 넣고 교반 후, 감압필터하고, 수소 및 아르곤 분위기하에서 300℃로 열처리 하여 니켈(Ni)이 탄소 표면에 고르게 담지된 시료를 제조하였다.
제2 단계 이후, 즉 본 발명에 따라 탄소 복합체의 표면에 히드라진을 이용하여 금속 촉매를 형성한 탄소 복합체의 주사전자현미경(SEM) 이미지를 도 1(a)에, 주사투과전자현미경(STEM) 이미지를 도 2에, 투과전자현미경(TEM) 이미지를 도 3에 나타내었다.
도 1의 1 부분에서의 EDS(energy dispersive X-ray spectroscopy) 측정 결과를 도 1(b)에 나타내었다.
도 1의 2 부분에서의 EDS(energy dispersive X-ray spectroscopy) 측정 결과를 도 1(c)에 나타내었다. 이를 통하여, 탄소 복합체의 표면에 니켈이 입자 형태로 형성됨을 확인할 수 있었다.
제3 단계: 탄소 복합체에 탄소나노튜브 성장
상기 니켈이 탄소 표면에 고르게 담지된 시료 0.1g을 에틸렌 및 수소 분위기 하에서 700℃로 열처리 하였다. 상기 에틸렌 가스 및 수소 가스는 1:4의 비율로 흘려주었다.
비교예 1
폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine, Mw=1,800) 1g을 물 300ml에 용해시킨 뒤, 카본 블랙 300mg과 질산칼륨(KNO3) 1g을 넣고 24시간 교반하였다. 그 후 증류수로 세척 및 건조하여 폴리에틸렌이민이 코팅된 카본 블랙을 제조하였다. 5wt% 농도의 니켈(II) 아세테이트(Ni(II) acetate) 수용액에 0.1g의 상기 폴리에틸렌이민이 코팅된 카본 블랙 넣은 후 교반하였다. 그 후 수소 및 아르곤 분위기하에서 300℃로 열처리 하였다.
비교예 2
폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine, Mw=1,800) 1g을 물 300ml에 용해시킨 뒤, 카본 블랙 300mg과 질산칼륨(KNO3) 1g을 넣고 24시간 교반하였다. 그 후 증류수로 세척 및 건조하여 폴리에틸렌이민이 코팅된 카본 블랙을 제조하였다. 5wt% 농도의 니켈(II) 아세테이트(Ni(II) acetate) 수용액에 0.1g의 상기 폴리에틸렌이민이 코팅된 카본 블랙 넣은 후 교반하였다. 그 후 히드라진(hydrazine) 1ml를 넣고 교반 후, 감압필터하고, 수소 및 아르곤 분위기하에서 300℃로 열처리 하여 니켈(Ni)이 탄소 표면에 고르게 담지된 시료를 제조하였다. 상기 니켈이 탄소 표면에 고르게 담지된 시료 0.1g을 에틸렌 및 수소 분위기 하에서 500℃로 열처리 하였다 상기 에틸렌 가스 및 수소 가스는 1:4의 비율로 흘려주었다.
본 출원의 비교예 1에 따른 투과전자현미경(TEM) 이미지를 도 4에 나타내었다.
도 3과 도 4를 비교했을 때, 탄소 복합체 표면에 금속 촉매를 형성하는 과정에서 히드라진을 사용한 경우, 히드라진을 사용하지 않은 경우에 비하여 탄소 복합체의 표면에 니켈이 고르게 분포되어 형성된 것을 확인할 수 있다.
본 출원의 실시예 1에 따른 탄소 담지체의 투과전자현미경(TEM) 이미지를 도 5에, 주사전자현미경(SEM) 이미지를 도 6에 나타내었다.
본 출원의 비교예 2에 따른 투과전자현미경(TEM) 이미지를 도 7에 나타내었다.
도 5와 도 7을 비교했을 때, 본 출원의 실시예 1이 비교예 2에 비하여 탄소나노튜브의 성장이 잘 이루어졌음을 확인할 수 있다.
Claims (7)
- 탄소 및 고분자를 포함하는 탄소 복합체를 제조하는 단계;
상기 탄소 복합체 표면에 히드라진을 이용하여 금속 촉매를 형성하는 단계; 및
상기 탄소 복합체에 탄소나노튜브를 성장시키는 단계를 포함하고,
상기 탄소 복합체의 표면에 히드라진을 이용하여 금속 촉매를 형성하는 단계는 상기 탄소 복합체를 제조하는 단계 후에 금속 촉매 전구체 용액에 탄소 복합체를 담지하는 단계, 상기 금속 촉매 전구체 용액에 탄소 복합체를 담지하는 단계 후에 히드라진을 첨가하는 단계 및 상기 히드라진이 첨가된 용액의 교반, 원심분리 및 건조를 통하여 얻어진 파우더를 수소 및 아르곤 분위기 하에서 열처리를 함으로써 수소 환원 반응을 통해 탄소 복합체 표면에 금속 촉매를 형성하는 단계를 포함하는 것인 탄소 담지체의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 탄소는 카본 블랙, 탄소나노튜브(CNT), 그라파이트(Graphite), 그라핀(Graphene), 활성탄, 다공성 탄소(Mesoporous Carbon), 탄소섬유(Carbon fiber) 및 탄소 나노 와이어(Carbon nano wire) 중 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 담지체의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 고분자는 폴리에틸렌이민인 것을 특징으로 하는 탄소 담지체의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 탄소 복합체는 폴리에틸렌이민이 코팅된 카본 블랙인 것을 특징으로 하는 탄소 담지체의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 금속 촉매는 니켈(Ni), 백금(Pt), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 몰리브덴(Mo), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 레늄(Re), 팔라듐(Pd), 바나듐(V), 텅스텐(W), 코발트(Co), 철(Fe), 셀레늄(Se), 비스무트(Bi), 주석(Sn), 크롬(Cr), 타이타늄(Ti), 금(Au), 세륨(Ce), 은(Ag) 및 구리(Cu) 중 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소 담지체의 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 탄소 복합체에 탄소 나노튜브를 성장시키는 단계는 600℃ 내지 900℃인 것을 특징으로 하는 탄소 담지체의 제조방법. - 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항의 탄소 담지체 제조 방법에 따라 제조된 탄소 담지체.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160049434A KR102052238B1 (ko) | 2016-04-22 | 2016-04-22 | 탄소 담지체 제조방법 및 이에 의하여 제조된 탄소 담지체 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160049434A KR102052238B1 (ko) | 2016-04-22 | 2016-04-22 | 탄소 담지체 제조방법 및 이에 의하여 제조된 탄소 담지체 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170120908A KR20170120908A (ko) | 2017-11-01 |
| KR102052238B1 true KR102052238B1 (ko) | 2019-12-04 |
Family
ID=60382838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160049434A KR102052238B1 (ko) | 2016-04-22 | 2016-04-22 | 탄소 담지체 제조방법 및 이에 의하여 제조된 탄소 담지체 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102052238B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102501792B1 (ko) * | 2021-11-17 | 2023-02-22 | 신광화학공업(주) | 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 제조 방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013232409A (ja) * | 2012-04-30 | 2013-11-14 | Samsung Sdi Co Ltd | 電極触媒用担体およびその製造方法と燃料電池 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100728611B1 (ko) * | 2005-11-25 | 2007-06-14 | 주식회사 진우엔지니어링 | 연료전지용 전극 촉매 및 그의 제조 방법 |
| KR101144107B1 (ko) | 2009-11-25 | 2012-05-24 | 서울대학교산학협력단 | 탄소에 담지된 니켈 또는 팔라듐 나노입자 제조방법 |
| KR101287891B1 (ko) * | 2011-06-28 | 2013-07-19 | (주) 디에이치홀딩스 | 연료전지용 촉매의 제조방법 |
-
2016
- 2016-04-22 KR KR1020160049434A patent/KR102052238B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013232409A (ja) * | 2012-04-30 | 2013-11-14 | Samsung Sdi Co Ltd | 電極触媒用担体およびその製造方法と燃料電池 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102501792B1 (ko) * | 2021-11-17 | 2023-02-22 | 신광화학공업(주) | 표면 개질 처리된 공기청정기 필터용 활성탄 제조 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20170120908A (ko) | 2017-11-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11801494B2 (en) | Method for preparing single-atom catalyst supported on carbon support | |
| Shao et al. | Platinum group nanowires for efficient electrocatalysis | |
| Wang et al. | Tuning nanowires and nanotubes for efficient fuel‐cell electrocatalysis | |
| Prati et al. | Gold on carbon: one billion catalysts under a single label | |
| Bedolla-Valdez et al. | Sonochemical synthesis and characterization of Pt/CNT, Pt/TiO2, and Pt/CNT/TiO2 electrocatalysts for methanol electro-oxidation | |
| KR101287891B1 (ko) | 연료전지용 촉매의 제조방법 | |
| Ulas et al. | Atomic molar ratio optimization of carbon nanotube supported PdAuCo catalysts for ethylene glycol and methanol electrooxidation in alkaline media | |
| US20170174518A1 (en) | Carbon nanostructures and networks produced by chemical vapor deposition | |
| JP6289630B2 (ja) | 酸素還元電極触媒用の窒素ドープカーボンナノホーンの製造方法 | |
| US20170007986A9 (en) | Compositions of nanoparticles on solid surfaces | |
| JP2013514164A (ja) | 金属ナノ粒子を有する窒素ドープカーボンナノチューブ | |
| Li et al. | Heteroatom doped carbon nanofibers synthesized by chemical vapor deposition as platinum electrocatalyst supports for polymer electrolyte membrane fuel cells | |
| KR20180068007A (ko) | 탄소층 보호 코팅과 오존을 이용한 백금 합금 촉매의 제조방법 | |
| US20110082034A1 (en) | Nanotube-nanohorn complex and method of manufacturing the same | |
| KR20160022156A (ko) | 담체-나노입자 복합체 및 이의 제조방법 | |
| Li et al. | Controlled synthesis of high metal-loading, Pt-based electrocatalysts with enhanced activity and durability toward oxygen reduction reaction | |
| Ma et al. | Formation of gold nanoparticles supported on carbon nanotubes by using an electroless plating method | |
| Wang et al. | Pt Nanoparticles Loaded on W18O49 Nanocables–rGO Nanocomposite as a Highly Active and Durable Catalyst for Methanol Electro-Oxidation | |
| KR102052238B1 (ko) | 탄소 담지체 제조방법 및 이에 의하여 제조된 탄소 담지체 | |
| Gil et al. | Synthesis and characterization of nitrogen-doped carbon nanospheres decorated with Au nanoparticles for the liquid-phase oxidation of glycerol | |
| JP4919699B2 (ja) | 金属微粒子−炭素複合体の製造方法 | |
| Wang et al. | The role of surface curvature in electrocatalysts | |
| KR20110033652A (ko) | 고 전기 전도성 탄소나노튜브-금속 복합체의 제조방법 | |
| JP2016088763A (ja) | カーボンナノファイバー−カーボンナノ粒子複合体及びその製造方法、並びにカーボンナノファイバー−カーボンナノ粒子複合体を使用した触媒 | |
| KR102459845B1 (ko) | 표면 수소산화반응을 이용한 백금층을 갖는 코어-쉘 구조의 촉매 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |