KR20100033110A - Platelet carbon nano fiber and method for fabricating thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A platelet carbon nanofiber and a fabricating method thereof are provided to reduce the usage amount of platinum by improving catalyst activation, and to reduce catalyst manufacturing unit cost. CONSTITUTION: A fabricating method of a platelet carbon nanofiber comprises the following steps: producing ferric nitrate catalyst; and mounting the ferric nitrate catalyst on a reactor and inserting a carbon source to synthesize the platelet carbon nanofiber using pyrolysis reaction. The step fo producing ferric nitrate catalyst includes: a step of producing a ferric nitrate solution by dissolving ferric nitrate in a solvent; a step of mixing the ferric nitrate solution with carbon black; and forming the ferric nitrate catalyst by drying the mixed slurry including the ferric nitrate solution and the carbon black.

Description

소섬경 플레이트리트 탄소나노섬유 및 그 제조방법{PLATELET CARBON NANO FIBER AND METHOD FOR FABRICATING THEREOF}Small-sized platelet carbon nanofiber and its manufacturing method {PLATELET CARBON NANO FIBER AND METHOD FOR FABRICATING THEREOF}

본 발명은 소섬경 플레이트리트 탄소나노섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 평균 섬유경이 50 ~ 100nm 이어서 유효비표면적이 매우 넓고 별도의 담지체 제거 공정을 거치지 않고서도 연료전지 촉매로 사용할 수 있는 소섬경 플레이트리트 탄소나노섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a small-sized platelet carbon nanofibers and a method for manufacturing the same. More specifically, the average fiber diameter is 50 to 100 nm, so that the effective specific surface area is very wide and can be used as a fuel cell catalyst without a separate carrier removal process. The present invention relates to a small-sized platelet carbon nanofiber and a method for producing the same.

섬유상 나노 탄소(Filamentous nano-carbon), 탄소 나노 파이버(Carbon nanofiber or Graphite nanofiber), 탄소 나노튜브 및 촉매를 이용한 제조법에 관해서는 다수의 특허와 논문에 다양한 내용이 공지되어 있다. A variety of patents and papers are known for the preparation using fibrous nano-carbon, carbon nanofiber or graphite nanofiber, carbon nanotubes and catalysts.

예를 들면 미국의 엑손엔드리서치회사는 일산화탄소 및 탄화수소류를 철산화물 또는 철 또는 니켈 등의 촉매를 사용하여 540 ~ 800 ℃의 온도에서 열분해 처리함으로써 생성된 섬유의 길이가 1㎛ 이상의 섬유상 탄소를 얻는 방법(미국특허 4,565,683)을 발표하였다. For example, the United States Exxon Research Co., Ltd. has obtained carbonaceous carbon having a length of 1 μm or more by pyrolysing carbon monoxide and hydrocarbons at a temperature of 540 to 800 ° C. using a catalyst such as iron oxide or iron or nickel. A method (US Pat. No. 4,565,683) has been published.

또한 미국의 하이페리온 캐탈리틱 인터내셔널(Hyperion Catalytic International Inc) 회사는 자사의 특허(예를 들면 일본 공개특허 소62-5000943)에 서 다층 탄소나노튜브 즉 튜블라 구조의 카본 나노파이버에 관하여 섬유축 방향으로 평행으로 배향하며 섬유의 내부에 튜브의 구조(튜브이 직경 5나노미터)를 지닌 탄소 망면의 층면이 8 내지는 15층 정도로 이루어진 섬유경 10 ~ 15 nm를 지니는 탄소나노튜브를 발표한 바 있다. In addition, the US Hyperion Catalytic International Inc., in its patent (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-5000943), describes the direction of the fiber axis in relation to multilayer carbon nanotubes, or tubular carbon nanofibers. In this paper, carbon nanotubes having a fiber diameter of 10 to 15 nm having a layer structure of 8 to 15 layers of carbon meshes having a structure of a tube (tubes having a diameter of 5 nanometers) inside the fibers have been published.

이러한 탄소 나노튜브에 비하여 섬유상 나노탄소 혹은 탄소 나노 파이버는 탄소의 육각망면이 섬유축에 대하여 직각으로 배열하여 있는 구조(칼럼나 구조 또는 플레이트리트 구조) 및 섬유축에 대하여 일정한 경사를 지니고 있는 구조(깃털 구조 혹은 해링본 구조, 출처 : Rodriguez, N.M. 1993.J. Mater . Res . 8: 3233)를 지니고 있으며, 섬유의 내부에 나노튜브와 같은 튜브의 공간을 나타내지 않는 것을 특징으로 들 수 있다. 섬유상 나노탄소의 제조는 일반적으로 철, 니켈, 코발트 등의 ⅥB족의 금속을 주촉매로 사용하여 일산화탄소 및 탄화수소류를 촉매 열분해시켜 제조한다. Compared with such carbon nanotubes, fibrous nanocarbon or carbon nanofibers have a structure in which hexagonal mesh faces of carbon are arranged at right angles to the fiber axis (column structure or platelet structure) and structures having a constant inclination with respect to the fiber axis ( Feather structure or Haringbone structure, Source: Rodriguez, NM 1993. J. Mater . Res . 8: 3233) and is characterized by not representing the space of a tube such as a nanotube inside the fiber. The production of fibrous nanocarbon is generally made by catalytic pyrolysis of carbon monoxide and hydrocarbons using metals of group VIB such as iron, nickel and cobalt as main catalysts.

이러한 탄소나노섬유는 그 섬유경이 100nm 이하, 바람직하게는 80nm 이하의 입경 내지는 섬유경을 지니는 것이 투명 전도성 재료의 대체제 및 복합재료 원료 전자방출원 나노소자, 수소저장재, 바이오 등의 다양한 분야에 사용될 수 있는 바람직한 요건이다. Such carbon nanofibers have a particle diameter of 100 nm or less, preferably 80 nm or less, and may be used in various fields such as a transparent conductive material substitute and a composite raw material electron emission source nano device, hydrogen storage material, bio, etc. Is a desirable requirement.

본 발명의 발명자는 한국 공개 특허 제2004-0034043호에서 해링본 구조의 탄소나노 섬유를 100nm 이하의 섬유경을 가지도록 제조할 수 있는 방법을 발표하였다. 그런데 해링본 구조의 탄소나노섬유는 저산화안정성을 가짐에 반하여 플레이트리트 구조의 탄소나노섬유는 고산화안정성을 가져서 서로 상이한 용도를 가진다.The inventor of the present invention has disclosed a method capable of manufacturing carbon nanofibers having a haringbone structure to have a fiber diameter of 100 nm or less in Korean Laid-open Patent No. 2004-0034043. By the way, carbon nanofibers of harringbone structure have low oxidation stability, whereas carbon nanofibers of platelet structure have high oxidation stability and have different uses.

현재, 개발 및 발표되어 있는 플레이트리트 탄소나노섬유는 다양한 종류의 탄소나노섬유들 중에서 가장 높은 흑연화도 및 결정성을 보이며, 고흑연화성에 기인하여 가장 우수한 내산화성을 보이는 장점과, 백금계 촉매를 담지하였을 때 고전기전도성 등으로 인하여 기본적으로 높은 활성을 나타내는 장점이 있다.Currently, platelet carbon nanofibers, which have been developed and published, exhibit the highest graphitization degree and crystallinity among various types of carbon nanofibers, and show the best oxidation resistance due to the high graphitization property and the platinum-based catalyst. When supported, there is an advantage of showing a high activity basically because of high conductivity.

그러나 종래의 플레이트리트 탄소나노섬유는 섬경이 200 ~ 500nm로 크며, 따라서 비표면적 80에서 100 m2/g 밖에 되지 않아, 백금촉매를 담지할 수 있는 유효표면적의 한계로 더 이상의 고활성을 얻을 수 없다.However, the conventional platelet carbon nanofibers have a large diameter of 200 to 500 nm, and thus only have a specific surface area of 80 to 100 m 2 / g. Thus, further high activity can be obtained due to the limitation of the effective surface area capable of supporting platinum catalyst. none.

해링본 구조의 탄소나노섬유에 대해서는 본 발명의 발명자에 의하여 섬유경이 100nm 이하인 탄소나노섬유 제조방법이 이미 개발되어 있으나, 플레이트리트 구조의 탄소나노섬유에 대하여는 아직 그 제조방법이 개발되지 않아서 대략 섬유경이 200 ~ 500nm 정도의 탄소나노섬유만이 제조가능한 것이 현재 실정이다. The method for producing carbon nanofibers having a fiber diameter of 100 nm or less has been already developed by the inventor of the present invention for the carbon nanofibers having a harringbone structure, but the manufacturing method has not yet been developed for the carbon nanofibers having a platelet structure. Currently, only carbon nanofibers of about 200 nm to 500 nm can be manufactured.

따라서 플레이트리트 구조의 탄소나노섬유를 평균 섬유경이 100nm 이하로 제조할 수 있는 기술이 개발되어 다양한 용도에 플레이트리트 구조 탄소나노섬유 재료를 사용할 수 있는 길을 열어야 한다. Therefore, a technology for producing platelet-structured carbon nanofibers with an average fiber diameter of 100 nm or less has been developed, and it is necessary to open a way to use platelet-structured carbon nanofiber materials for various applications.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 평균 섬유경이 50 ~ 100nm 로 유효비표면적이 매우 넓으며, 담체로 카본블랙을 사용하여 담지체를 제거하지 않고서도 연료전지의 촉매로 사용할 수 있는 소섬경 플레이트리트 구조 탄소나노섬유 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. The technical problem to be solved by the present invention is an average fiber diameter of 50 ~ 100nm, a very large effective specific surface area, a small-sized platelet that can be used as a catalyst for a fuel cell without removing the carrier using carbon black as a carrier It is to provide a structural carbon nanofibers and a method of manufacturing the same.

또한, 종래의 플레이트리트 탄소나노섬유는 일반적인 방법으로는 섬경을 줄일 수 없으나, 본 발명에서는 섬경을 줄이는 방법으로 담지법을 사용한다. 촉매의 크기를 줄이는 일반적인 방법으로는 실리카 및 알루미나, 혹은 마그네시아에 담지하는 방법이 적합하다. 그 이유는, 이런 담지체는 산성표면을 지닌 대표적인 이온성 금속 산화물로서 금속의 미세담지에 적합하다. 그러나 플레이트리트 탄소나노섬유의 경우는 거의 불가능하며, 그 이유로는 플레이트리트 탄소나노섬유는 600도를 전후해서 철 혹은 철합금이 벌크 혹은 대형 입자로부터 1차 미립화(Segregation)를 통해서 형성되는 6각형의 결정입자를 기반으로 형성되어 합성되는 특이한 탄소나노섬유이기 때문이다. (Tanaka A, Yoon SH, Mochida I. Preparation of Highly Crystalline Nanofibers on Fe and Fe-Ni Catalysts with a Variety of Graphene Plane Alignments. Carbon. 2004;42(3):591-7., Tanaka A, Yoon SH, Mochida I. Formation of Fine Fe-Ni Particles for the Non-Supported Catalytic Synthesis of Uniform Carbon Nanofibers. Carbon. 2004;42(7):1291-8 )In addition, the conventional platelet carbon nanofibers can not reduce the island size by the general method, the present invention uses a supporting method as a method of reducing the island size. As a general method of reducing the size of the catalyst is supported on silica and alumina, or magnesia. The reason is that such a support is a typical ionic metal oxide having an acidic surface, which is suitable for the micro support of metals. However, platelet carbon nanofibers are almost impossible, because platelet carbon nanofibers have a hexagonal shape in which iron or iron alloy is formed through primary segregation from bulk or large particles around 600 degrees. This is because it is a unique carbon nanofiber formed and synthesized based on crystal grains. Tanaka A, Yoon SH, Mochida I. Preparation of Highly Crystalline Nanofibers on Fe and Fe-Ni Catalysts with a Variety of Graphene Plane Alignments.Carbon. 2004; 42 (3): 591-7., Tanaka A, Yoon SH, Mochida I. Formation of Fine Fe-Ni Particles for the Non-Supported Catalytic Synthesis of Uniform Carbon Nanofibers.Carbon. 2004; 42 (7): 1291-8)

본 발명에서는 카본블랙에 일차적으로 철 혹은 철합금을 담지한 후, 이를 일 부 열처리하여 카본블랙의 표면에서 약간의 가스화를 일으켜 카본블랙의 2차 구조 혹은 표면내부로 일부 들어간 상태에서, 수소 분위기하에서 일정시간을 경과시킴으로서 분산한 철 혹은 철합금 입자가 상기의 미립화(Segregation)한 특이한 6각 결정구조를 가지게 하는데 성공함으로써 얻어진 결과이다. In the present invention, iron or iron alloy is primarily supported on the carbon black, and then partially heat-treated to cause some gasification on the surface of the carbon black to partially enter the secondary structure or surface of the carbon black, under a hydrogen atmosphere. It is a result obtained by succeeding in making the disperse | distributed iron or iron alloy particle | grains have the unique hexagonal crystal structure of said granulation by passing a predetermined time.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 플레이트리트(platelet) 구조 탄소나노섬유는, 평균 섬유경이 50 ~ 100nm, 비표면적이 200m2/g 이상이며, 카본 블랙에 담지된 것을 특징으로 한다. Platelet structure carbon nanofibers according to the present invention for solving the above technical problem, the average fiber diameter is 50 ~ 100nm, the specific surface area is 200m 2 / g or more, characterized in that supported on carbon black.

또한 본 발명에 따른 플레이트리트 구조 탄소나노섬유는 탄소육각망면의 면간거리(d002)가 0.35nm 이하인 것을 특징으로 한다. In addition, the platelet structure carbon nanofibers according to the present invention is characterized in that the interplanar distance d 002 of the carbon hexagonal net surface is 0.35 nm or less.

본 발명에 따른 플레이트리트 구조 탄소나노섬유는 질산철 촉매를 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하며, Platelet structure carbon nanofibers according to the present invention is characterized in that it is produced using an iron nitrate catalyst,

상기 질산철 촉매는 질산철을 카본 블랙에 분산시킨 것이 바람직하다. It is preferable that the said iron nitrate catalyst disperse | distributed iron nitrate to carbon black.

한편 본 발명에 따른 플레이트리트 구조 탄소나노섬유 제조방법은, (a) 질산철 촉매를 제조하는 단계; (b) 상기 질산철 촉매를 반응로에 장착하고, 탄소원을 도입하여 열분해 반응에 의한 플레이트리트 구조 탄소 나노 섬유를 합성하는 단계;를 포함하여 구성된다. Meanwhile, the method for preparing platelet structure carbon nanofibers according to the present invention comprises the steps of: (a) preparing an iron nitrate catalyst; (b) mounting the iron nitrate catalyst in a reactor, and introducing a carbon source to synthesize platelet structure carbon nanofibers by pyrolysis reaction.

본 발명에서 상기 (a) 단계는, 질산철을 용매에 용해시켜 질산철 용액을 제 조하는 단계; 상기 질산철 용액에 카본 블랙을 첨가하여 혼련하는 단계; 상기 카본 블랙과 질산철의 혼합 슬러리를 건조하여 질산철 촉매를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. In the present invention, step (a) comprises the steps of dissolving iron nitrate in a solvent to prepare an iron nitrate solution; Kneading by adding carbon black to the iron nitrate solution; And drying the mixed slurry of carbon black and iron nitrate to produce an iron nitrate catalyst.

그리고 상기 (a) 단계에서는 상기 질산철을 카본 블랙의 3 ~ 10 중량 % 비율로 혼합하는 것이 바람직하다. In the step (a), it is preferable to mix the iron nitrate at a ratio of 3 to 10% by weight of carbon black.

또한 상기 (b) 단계는, (1) 상기 질산철 촉매를 반응로에 장착하고 질소와 수소 분위기하에서 환원하는 단계; (2) 상기 반응로에 탄소원을 공급하여 플레이트리트 구조 탄소 나노 섬유를 성장시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the step (b), (1) mounting the iron nitrate catalyst in the reactor and reducing in nitrogen and hydrogen atmosphere; (2) supplying a carbon source to the reactor to grow platelet structure carbon nanofibers.

상기 (1) 단계에서는, 상기 질산철 촉매를 질소 분위기하에서 500 ~ 700℃ 승온한 후, 질소와 수소를 5:5 ~ 9.5:0.5의 비율로 혼합한 분위기하에서 환원시키는 것이 바람직하다. In the step (1), after the iron nitrate catalyst is heated to 500 ~ 700 ℃ in a nitrogen atmosphere, it is preferable to reduce in an atmosphere mixed with nitrogen and hydrogen in a ratio of 5: 5 to 9.5: 0.5.

그리고 상기 탄소원은 일산화 탄소인 것을 특징으로 하며, 특히, 일산화 탄소와 수소를 4:1의 비율로 혼합한 것이 바람직하다. In addition, the carbon source is characterized in that the carbon monoxide, in particular, it is preferable to mix the carbon monoxide and hydrogen in a ratio of 4: 1.

또한 본 발명에서는 전술한 제조방법에 의하여 제조되는 플레이트리트 구조 탄소 나노 섬유를 포함하는 연료 전지 촉매도 제공한다.The present invention also provides a fuel cell catalyst comprising platelet structure carbon nanofibers produced by the above-described manufacturing method.

본 발명에 의한 플레이트리트 구조 탄소나노섬유는 평균 섬유경이 50 ~ 100nm 정도로 소섬경이므로 유효비표면적이 종래의 그것에 비하여 매우 넓다. 따라 서 본 발명에 의한 플레이트리트 구조 탄소나노섬유를 촉매로 사용하는 경우 촉매 활성이 대폭 증가하게 된다. 결과적으로 백금 사용량이 감소하게 되고, 촉매 제조 단가가 획기적으로 낮아지는 장점도 있다. The platelet structure carbon nanofibers according to the present invention have a small fiber diameter with an average fiber diameter of about 50 to 100 nm, so that the effective specific surface area is much larger than that of the conventional one. Therefore, when the platelet structure carbon nanofibers according to the present invention are used as a catalyst, the catalytic activity is greatly increased. As a result, the amount of platinum used is reduced, and the cost of producing the catalyst is significantly lowered.

또한 본 발명에 의한 플레이트리트 구조 탄소나노섬유는 연료전지의 담체로 사용되는 카본 블랙을 담체로하여 제조되므로, 연료전지 촉매로 사용하는 경우에는 별도의 담지체 제거 공정을 거치지 않고 그대로 사용할 수 있는 장점이 있다. 따라서 연료전지 촉매 제조 공정이 단순해지고, 제조시간 단축 및 수율이 대폭 향상되는 장점이 있다. In addition, the platelet structure carbon nanofibers according to the present invention are manufactured using carbon black, which is used as a carrier of a fuel cell, as a carrier, and thus, when used as a fuel cell catalyst, the platelet structure carbon nanofibers can be used as it is without undergoing a separate carrier removal process. There is this. Therefore, the fuel cell catalyst manufacturing process is simplified, and the manufacturing time is shortened and the yield is greatly improved.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail.

먼저 본 실시예에 따른 플레이트리트 탄소나노섬유는 도 1에 도시된 바와 같이, 평균 섬유경이 100nm 이하, 특히 80nm 정도로 나타나는 것을 알 수 있다. 이러한 소섬경 플레이트리트 탄소나노섬유는 고산화안정성이 우수하고, 촉매를 담지하는 경우 유효비표면적이 200m2/g 이상으로 매우 커서 촉매활성이 우수한 장점이 있다. First, the platelet carbon nanofibers according to the present embodiment can be seen that the average fiber diameter is about 100 nm or less, particularly about 80 nm, as shown in FIG. 1. These small-sized platelet carbon nanofibers have excellent advantages of high oxidation stability, and have an effective specific surface area of 200 m 2 / g or more when supporting a catalyst, and thus have excellent catalytic activity.

특히 본 실시예에 따른 플레이트리트 탄소나노섬유는 카본 블랙을 담체로 사용하는데, 이 카본블랙은 연료전지의 담체로 사용되는 물질이므로, 본 실시예에 따 른 플레이트리트 탄소나노섬유를 연료전지 촉매로 사용하는 경우에는 별도의 담지체 제거 과정을 거치지 않아도 되는 장점이 있다. 종래의 탄소 나노 섬유는 연료전지 촉매의 담체로 사용할 수 없는 담체를 사용하였으므로, 연료 전지 촉매에 사용하기 위해서는 별도로 담지체 제거 과정을 거쳐야 하는 불편함이 있었다. 이 과정에서 담지체가 완벽하게 제거되지 않거나 탄소 나노 섬유가 손상되는 등의 문제점이 있었다. 그러나 본 실시예에 따른 탄소 나노 섬유는 이러한 담지체 제거 과정을 거치지 아니하므로 전술한 문제점을 완전히 해결할 수 있는 것이다.In particular, the platelet carbon nanofibers according to the present embodiment use carbon black as a carrier, and since the carbon black is a material used as a carrier of the fuel cell, the platelet carbon nanofibers according to this embodiment are used as a fuel cell catalyst. When used, there is an advantage that does not need to go through a separate carrier removal process. Since the conventional carbon nanofibers used a carrier which cannot be used as a carrier of a fuel cell catalyst, there was an inconvenience in that the carrier must be separately removed for use in the fuel cell catalyst. In this process, there was a problem that the carrier is not completely removed or the carbon nanofibers are damaged. However, since the carbon nanofibers according to the present embodiment do not go through such a carrier removal process, the above-mentioned problems can be completely solved.

이하에서는 본 실시예에 따른 플레이트리트 구조 탄소나노섬유 제조방법을 설명한다. Hereinafter, the platelet structure carbon nanofiber manufacturing method according to the present embodiment will be described.

먼저 탄소나노섬유를 합성하기 위한 촉매를 제조하는 단계가 진행된다. 본 실시예에서는 탄소나노섬유를 합성하기 위한 촉매로 질산철 촉매를 사용한다. 질산철 촉매를 제조하기 위해서는 먼저 질산철을 용매에 용해시켜 질산철 용액을 제조한다. 예를 들어 Fe(NO3)3·9H2O 10.851g을 증류수 200㎖와 IPA 100㎖에 첨가하여 용해시켜 질산철 용액을 제조한다. First, a step of preparing a catalyst for synthesizing carbon nanofibers is performed. In this embodiment, an iron nitrate catalyst is used as a catalyst for synthesizing carbon nanofibers. In order to prepare an iron nitrate catalyst, iron nitrate is first dissolved in a solvent to prepare an iron nitrate solution. For example, 10.851 g of Fe (NO 3 ) 3 .9H 2 O is added to 200 ml of distilled water and 100 ml of IPA to dissolve to prepare an iron nitrate solution.

그리고 나서 이 질산철 용액에 카본 블랙, 예를 들어 덴카블랙 30g을 첨가하고 30분간 교반하여 혼련혼합한다. 이렇게 하여 제조한 카본 블랙과 질산철의 혼합 슬러리를 회전식 진공건조기(Rotary Evaporator)를 사용하여 80℃, 40 torr 조건으로 건조하여 수분을 제거한다. 그러면 질산철이 분산되어진 카본 블랙 촉매를 얻을 수 있다. Carbon black, for example, denca black 30g, is then added to this iron nitrate solution and stirred for 30 minutes to knead and mix. The mixed slurry of carbon black and iron nitrate thus prepared is dried at 80 ° C. and 40 torr using a rotary evaporator to remove moisture. As a result, a carbon black catalyst in which iron nitrate is dispersed can be obtained.

질산철 촉매를 제조할 때, 본 실시예에서는 상기 질산철을 카본 블랙의 3 ~ 20 중량 % 비율로 혼합하는 것이 바람직하다. When preparing the iron nitrate catalyst, in the present embodiment, it is preferable to mix the iron nitrate in the proportion of 3 to 20% by weight of carbon black.

다음으로는 상기 질산철 촉매를 반응로에 장착하고, 탄소원을 도입하여 열분해 반응에 의한 플레이트리트 구조 탄소 나노 섬유를 합성하는 단계가 진행된다. 이를 위해서 먼저 제조된 질산철 촉매를 일정량 예를 들어 5g을 수직로 또는 수평로에 장착하고, 610℃ 온도까지 질소 분위기하에서 2시간 정도 승온한다. 그리고 나서 질소와 수소를 9:1의 비율로 혼합한 분위기하에서 2시간 정도 환원시킨다. Next, the iron nitrate catalyst is mounted in a reactor, and a carbon source is introduced to synthesize platelet structure carbon nanofibers by pyrolysis. To this end, the iron nitrate catalyst prepared first is mounted in a predetermined amount, for example, 5 g vertically or horizontally, and then heated up to 610 ° C. under a nitrogen atmosphere for about 2 hours. Then, the mixture is reduced for about 2 hours in an atmosphere where nitrogen and hydrogen are mixed at a ratio of 9: 1.

이렇게 질산철 촉매를 환원시킨 후, 상기 반응로에 탄소원을 공급하여 플레이트리트 구조 탄소 나노 섬유를 성장시킨다. 본 실시예에서는 상기 탄소원으로 일산화 탄소를 사용하며, 특히 일산화 탄소와 수소를 4:1의 비율로 혼합한 것이 바람직하다. After the iron nitrate catalyst is reduced, a carbon source is supplied to the reactor to grow platelet structure carbon nanofibers. In this embodiment, carbon monoxide is used as the carbon source, and it is particularly preferable to mix carbon monoxide and hydrogen in a ratio of 4: 1.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플레이트리트 구조 탄소나노섬유를 전자현미경으로 촬영한 고배율 사진이다. 1 is a high magnification photograph of a platelet structure carbon nanofibers taken by an electron microscope according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플레이트리트 구조 탄소나노섬유를 전자현미경으로 촬영한 저배율 사진이다.Figure 2 is a low magnification photograph taken with an electron microscope of platelet structure carbon nanofibers according to an embodiment of the present invention.

Claims (13)

평균 섬유경이 50 ~ 100nm, 비표면적이 200m2/g 이상이며, 카본 블랙에 담지된 것을 특징으로 하는 플레이트리트(platelet) 구조 탄소 나노 섬유.A platelet structure carbon nanofiber, having an average fiber diameter of 50 to 100 nm and a specific surface area of 200 m 2 / g or more and supported on carbon black. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 탄소육각망면의 면간거리(d002)가 0.35nm 이하인 것을 특징으로 하는 플레이트리트 구조 탄소 나노 섬유.A platelet structure carbon nanofiber, characterized in that the interplanar spacing (d 002 ) of the carbon hexagonal net surface is 0.35 nm or less. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 질산철 촉매를 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 플레이트리트 구조 탄소 나노 섬유.Platelet structure carbon nanofibers, characterized in that produced using an iron nitrate catalyst. 제3항에 있어서, 상기 질산철 촉매는, The method of claim 3, wherein the iron nitrate catalyst, 질산철을 카본 블랙에 분산시킨 것을 특징으로 하는 플레이트리트 구조 탄소 나노 섬유.A platelet structure carbon nanofiber, wherein iron nitrate is dispersed in carbon black. (a) 질산철 촉매를 제조하는 단계;(a) preparing an iron nitrate catalyst; (b) 상기 질산철 촉매를 반응로에 장착하고, 탄소원을 도입하여 열분해 반응에 의한 플레이트리트 구조 탄소 나노 섬유를 합성하는 단계;를 포함하는 플레이트리트 구조 탄소 나노 섬유 제조방법.(b) mounting the iron nitrate catalyst in a reactor, and introducing a carbon source to synthesize platelet structured carbon nanofibers by a pyrolysis reaction. 제5항에 있어서, 상기 (a) 단계는, The method of claim 5, wherein step (a) comprises: 질산철을 용매에 용해시켜 질산철 용액을 제조하는 단계;Dissolving iron nitrate in a solvent to prepare an iron nitrate solution; 상기 질산철 용액에 카본 블랙을 첨가하여 혼련하는 단계;Kneading by adding carbon black to the iron nitrate solution; 상기 카본 블랙과 질산철의 혼합 슬러리를 건조하여 질산철 촉매를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플레이트리트 구조 탄소 나노 섬유 제조방법.And drying the mixed slurry of carbon black and iron nitrate to produce an iron nitrate catalyst. 제5항에 있어서, 상기 (a) 단계에서는, The method of claim 5, wherein in step (a), 상기 질산철을 카본 블랙의 3 ~ 20 중량 % 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 플레이트리트 구조 탄소 나노 섬유 제조방법.The method of producing a platelet structure carbon nanofiber, characterized in that the iron nitrate is mixed in a proportion of 3 to 20% by weight of carbon black. 제5항에 있어서, 상기 (b) 단계는, The method of claim 5, wherein step (b) comprises: (1) 상기 질산철 촉매를 반응로에 장착하고 질소와 수소 분위기하에서 환원하는 단계;(1) mounting the iron nitrate catalyst in a reactor and reducing the nitrogen and hydrogen atmospheres; (2) 상기 반응로에 탄소원을 공급하여 플레이트리트 구조 탄소 나노 섬유를 성장시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플레이트리트 구조 탄소 나노 섬 유 제조방법.(2) supplying a carbon source to the reactor to grow platelet structure carbon nanofibers; 제8항에 있어서, (1) 단계에서는, The method of claim 8, wherein in step (1), 상기 질산철 촉매를 질소 분위기하에서 500 ~ 700℃ 승온한 후, 질소와 수소를 5:5 ~ 9.5:0.5의 비율로 혼합한 분위기하에서 환원시키는 것을 특징으로 하는 플레이트리트 구조 탄소 나노 섬유 제조방법.After heating the iron nitrate catalyst at 500 ~ 700 ℃ in a nitrogen atmosphere, the platelet structure carbon nanofiber manufacturing method, characterized in that the reduction in an atmosphere mixed with nitrogen and hydrogen in a ratio of 5: 5 to 9.5: 0.5. 제8항에 있어서, 상기 탄소원은, The method of claim 8, wherein the carbon source, 일산화 탄소인 것을 특징으로 하는 플레이트리트 구조 탄소 나노 섬유 제조방법.A platelet structure carbon nanofiber production method, characterized in that the carbon monoxide. 제8항에 있어서, 상기 탄소원은,The method of claim 8, wherein the carbon source, 일산화 탄소와 수소를 4:1의 비율로 혼합한 것을 특징으로 하는 플레이트리트 구조 탄소 나노 섬유 제조방법.A method for producing a platelet structure carbon nanofibers, comprising mixing carbon monoxide and hydrogen in a ratio of 4: 1. 제5항 내지 제11항에 기재된 제조방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 플레이트리트 구조 탄소 나노 섬유.The platelet structure carbon nanofiber manufactured by the manufacturing method of Claims 5-11. 제5항 내지 제11항에 기재된 제조방법에 의하여 제조되는 플레이트리트 구조 탄소 나노 섬유를 포함하는 연료 전지 촉매.A fuel cell catalyst comprising platelet-structured carbon nanofibers produced by the manufacturing method according to claim 5.
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