KR20130015415A - A fuel cell catalyst support comprosing carbon nanotubes bridged silica-polyaniline and a fuel cell catalyst using the same - Google Patents
A fuel cell catalyst support comprosing carbon nanotubes bridged silica-polyaniline and a fuel cell catalyst using the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20130015415A KR20130015415A KR1020110077393A KR20110077393A KR20130015415A KR 20130015415 A KR20130015415 A KR 20130015415A KR 1020110077393 A KR1020110077393 A KR 1020110077393A KR 20110077393 A KR20110077393 A KR 20110077393A KR 20130015415 A KR20130015415 A KR 20130015415A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- fuel cell
- silica
- catalyst
- mwnt
- pani
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Ceased
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/92—Metals of platinum group
- H01M4/925—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers
- H01M4/926—Metals of platinum group supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1009—Fuel cells with solid electrolytes with one of the reactants being liquid, solid or liquid-charged
- H01M8/1011—Direct alcohol fuel cells [DAFC], e.g. direct methanol fuel cells [DMFC]
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
본 발명은 유무기 혼성물로서 가교된 탄소 나노튜브를 포함하는 연료 전지용 촉매 지지체 및 이를 이용한 연료 전지용 촉매에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리카-폴리아닐린이 탄소 나노튜브 상에 가교되어 형성된 탄소 나노튜브-실리카-폴리아닐린의 탄소 나노벨트로 이루어진 연료 전지용 촉매 지지체 및 상기 연료 전지용 지지체 내로 촉매 금속이 도입된 연료 전지용 촉매에 관한 것이다. 본 발명에 따른 연료 전지용 촉매 지지체 및 이를 이용한 연료 전지용 촉매는 촉매 활성, 선택성 및 내구성이 개선된 효과를 갖는다.The present invention relates to a catalyst support for a fuel cell comprising a carbon nanotube crosslinked as an organic-inorganic hybrid, and a catalyst for a fuel cell using the same, and more particularly, to a carbon nanotube formed by crosslinking on a carbon nanotube. A catalyst support for fuel cells consisting of carbon nanobelts of silica-polyaniline and a catalyst for fuel cells incorporating a catalyst metal into the support for fuel cells. The catalyst support for a fuel cell and the fuel cell catalyst using the same according to the present invention have an effect of improving catalyst activity, selectivity and durability.
Description
본 발명은 유무기 혼성물로서 가교된 탄소 나노튜브를 포함하는 연료 전지용 촉매 지지체 및 이를 이용한 연료 전지용 촉매에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리카-폴리아닐린이 탄소 나노튜브 상에 가교되어 형성된 탄소 나노튜브-실리카-폴리아닐린의 탄소 나노벨트로 이루어진 연료 전지용 촉매 지지체 및 상기 연료 전지용 지지체 내로 촉매 금속이 도입된 연료 전지용 촉매에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst support for a fuel cell comprising a carbon nanotube crosslinked as an organic-inorganic hybrid, and a catalyst for a fuel cell using the same, and more particularly, to a carbon nanotube formed by crosslinking on a carbon nanotube. A catalyst support for fuel cells consisting of carbon nanobelts of silica-polyaniline and a catalyst for fuel cells incorporating a catalyst metal into the support for fuel cells.
연료전지는 에너지밀도를 높여 출력밀도와 출력전압을 향상시키기 위해서, 전극, 연료, 전해질 막에 대한 연구가 필요하다. 연료전지(PEMFC나 DMFC)에 사용되는 촉매는 일반적으로 Pt, Pd, Rh, Ru나 Pt와 다른 금속 간의 합금이 많이 사용되고 있는데, 가격 경쟁력을 확보하기 위해서는 상기 금속촉매의 사용량을 감소시키는 것이 필요하다. In order to increase the energy density and improve the output density and the output voltage, fuel cells need to study electrodes, fuels, and electrolyte membranes. Catalysts used in fuel cells (PEMFC or DMFC) are commonly used alloys between Pt, Pd, Rh, Ru or Pt and other metals. In order to secure price competitiveness, it is necessary to reduce the amount of the metal catalyst used. .
따라서, 연료전지의 성능을 유지하거나 증가시키면서 촉매의 양을 줄이는 방법으로서, 비표면적이 넓은 도전성 탄소 재료를 담체로 사용하고, 이에 Pt 등을 미세한 입자 상태로 분산시켜 촉매금속의 비표면적을 증가시키는 방법이 사용되고 있다. 일반적으로 Pt 같은 촉매들은 페이스트 형태로 제공되어 다공성 탄소 지지체위에 균일하게 도포하여 이용된다. 그러나 지지체 내에서의 촉매의 분산도는 균일하지 않고 탄소 지지체의 표면적이나 전기 전도도가 그다지 높지 않다. Therefore, as a method of reducing the amount of catalyst while maintaining or increasing the performance of a fuel cell, a conductive carbon material having a large specific surface area is used as a carrier, and Pt and the like are dispersed in fine particles to increase the specific surface area of the catalyst metal. The method is being used. In general, catalysts such as Pt are provided in a paste form, and are uniformly applied on a porous carbon support. However, the degree of dispersion of the catalyst in the support is not uniform and the surface area and the electrical conductivity of the carbon support are not so high.
탄소 나노 튜브는 좋은 전기전도도, 뛰어난 기계적 강도, 높은 가로세로비(aspect ratio) 및 큰 부피에 대한 표면의 비를 가지고 있어서 연료전지의 전극의 한 부분으로 탄소 나노 튜브를 이용하고자 하는 시도가 많이 이루어지고 있다.(Li, et al., Journal of Physical Chemistry, Vol. 107, page 6292 (2003), Wang, et al., Nano Lett. Vol. 4, page 345 (2004)).Carbon nanotubes have good electrical conductivity, excellent mechanical strength, high aspect ratios, and large surface-to-volume ratios, making many attempts to use carbon nanotubes as part of fuel cell electrodes. (Li, et al., Journal of Physical Chemistry, Vol. 107, page 6292 (2003), Wang, et al., Nano Lett. Vol. 4, page 345 (2004)).
본 발명은 종래의 연료 전지용 촉매의 상술한 문제점을 개량하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 유무기 혼합물로 가교된 탄소 나토튜브를 포함하는 연료 전지용 촉매 지지체를 제공하고자 하는 것이다.
The present invention has been made to improve the above-described problems of the conventional fuel cell catalyst, the problem to be solved in the present invention is to provide a catalyst support for a fuel cell comprising a carbon natotube crosslinked with an organic-inorganic mixture.
본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는 본 발명의 연료 전지용 촉매 지지체 내로 촉매 금속을 담지시킨 연료 전지용 촉매를 제공하고자 하는 것이다.Another object to be solved by the present invention is to provide a fuel cell catalyst having a catalyst metal supported in the catalyst support for fuel cells of the present invention.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여,
In order to solve the above problems,
본 발명은 탄소 나노튜브(MWNT) 상에 실리카(Silica)-폴리아닐린(PANI)이 가교되어 MWNT-실리카-PANI의 나노 벨트(NB)를 형성하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 촉매 지지체를 제공한다.The present invention provides a catalyst support for a fuel cell, wherein a silica-polyaniline (PANI) is crosslinked on a carbon nanotube (MWNT) to form a nano belt (NB) of MWNT-silica-PANI.
또한, 본 발명은 본 발명의 상기 연료 전지용 지지체 내로 촉매 금속이 담지된 것을 특징으로 하는 연료 전지용 촉매를 제공한다.The present invention also provides a catalyst for a fuel cell, wherein a catalyst metal is supported in the fuel cell support of the present invention.
상기 촉매 금속은 Pt, Pd, Co, Fe, Rh, Ru, Pt, Au, Sn, Bi, Cu, Ag, 및 Ni로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 것이 바람직하다.Preferably, the catalyst metal is selected from the group consisting of Pt, Pd, Co, Fe, Rh, Ru, Pt, Au, Sn, Bi, Cu, Ag, and Ni.
상기 촉매 금속은 중공 입자인 것이 바람직하다.It is preferable that the said catalyst metal is a hollow particle.
상기 촉매 금속은 나노 입자 또는 나노 합금인 것이 바람직하다.The catalyst metal is preferably nanoparticles or nano alloys.
본 발명에 따른 연료 전지용 촉매 지지체 및 이를 이용한 연료 전지용 촉매는 촉매 활성, 선택성 및 내구성이 개선된 효과를 갖는다.The catalyst support for a fuel cell and the fuel cell catalyst using the same according to the present invention have an effect of improving catalyst activity, selectivity and durability.
도 1는 탄소 MWNT-실리카-PANI-NB를 나타낸 FESEM 사진이고,
도 2는 MWNT-실리카-PANI-NB에 담지된 중공 금 입자를 나타낸 FESEM 사진이고,
도 3은 중공 금 입자와 MWNT-실리카-PANI-NB에 담지된 중공 금 입자의 UV 스펙트럼을 나타낸 그래프로 a는 중공 금 입자이고, b는 PTMSPA/중공 금 입자 이고, c는 MWNT-실리카-PANI에 중공 금 입자를 담지한 것이고,
도 4은 탄소 MWNT-실리카-PANI-NB, 실리카-PANI-NB에 담지된 중공 금입자, 탄소 나노튜브-실리카-폴리아닐린-NB에 담지된 중공 금입자의 XRD 페턴을 나타낸 그래프도, a는 PTMSPA이고, b는 MWNT-실리카-PANI-NB 이고, c는 PTMSPA에 중공 금입자의 코아쉘 이고, d는 MWNT-실리카-PANI에 중공 금입자를 담지한 것이고,
도 5은 MWNT-실리카-PANI-NB에 담지된 중공 금입자의 전기력을 나타낸 그래프이다.1 is a FESEM photograph showing carbon MWNT-silica-PANI-NB,
2 is a FESEM photograph showing hollow gold particles supported on MWNT-silica-PANI-NB,
3 is a graph showing UV spectra of hollow gold particles and hollow gold particles supported on MWNT-silica-PANI-NB, where a is hollow gold particles, b is PTMSPA / hollow gold particles, and c is MWNT-silica-PANI On which hollow gold particles are supported,
4 is a graph showing XRD patterns of hollow gold particles supported on carbon MWNT-silica-PANI-NB, hollow gold particles supported on silica-PANI-NB, and hollow gold particles supported on carbon nanotubes-silica-polyaniline-NB, and a is PTMSPA. B is MWNT-silica-PANI-NB, c is a core shell of hollow gold particles in PTMSPA, d is a hollow gold particle loaded on MWNT-silica-PANI,
5 is a graph showing the electric force of the hollow gold particles supported on MWNT-silica-PANI-NB.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail.
본 발명은 유무기 혼성물로서 가교된 탄소 나노튜브를 포함하는 연료 전지용 촉매 지지체 및 이를 이용한 연료 전지용 촉매에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실리카-폴리아닐린이 탄소 나노튜브 상에 가교되어 형성된 탄소 나노튜브-실리카-폴리아닐린의 탄소 나노벨트로 이루어진 연료 전지용 촉매 지지체 및 상기 연료 전지용 지지체 내로 촉매 금속이 도입된 연료 전지용 촉매에 관한 것이다.
The present invention relates to a catalyst support for a fuel cell comprising a carbon nanotube crosslinked as an organic-inorganic hybrid, and a catalyst for a fuel cell using the same, and more particularly, to a carbon nanotube formed by crosslinking on a carbon nanotube. A catalyst support for fuel cells consisting of carbon nanobelts of silica-polyaniline and a catalyst for fuel cells incorporating a catalyst metal into the support for fuel cells.
따라서, 본 발명은 탄소 나노튜브 상에 실리카-폴리아닐린이 가교되어 탄소 나노튜브-실리카-폴리아닐린의 나노 벨트를 형성하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 촉매 지지체를 제공한다.Accordingly, the present invention provides a catalyst support for a fuel cell, wherein the silica-polyaniline is crosslinked on the carbon nanotube to form a nano belt of carbon nanotube-silica-polyaniline.
또한, 본 발명은 본 발명의 상기 연료 전지용 지지체 내로 촉매 금속이 담지된 것을 특징으로 하는 연료 전지용 촉매를 제공한다.The present invention also provides a catalyst for a fuel cell, wherein a catalyst metal is supported in the fuel cell support of the present invention.
상기 촉매 금속은 Pt, Pd, Co, Fe, Rh, Ru, Pt, Au, Sn, Bi, Cu, Ag, 및 Ni로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 것이 바람직하다.Preferably, the catalyst metal is selected from the group consisting of Pt, Pd, Co, Fe, Rh, Ru, Pt, Au, Sn, Bi, Cu, Ag, and Ni.
상기 촉매 금속은 중공 입자인 것이 바람직하다.It is preferable that the said catalyst metal is a hollow particle.
상기 촉매 금속은 나노 입자 또는 나노 합금인 것이 바람직하다.
The catalyst metal is preferably nanoparticles or nano alloys.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples.
<실시예><Examples>
화학물질chemical substance
N-[3-(트리메톡시 실릴)프로필]아닐린(TMSPA) (99%), 3-머캡토 프로필 트리메토톡시 실란(MPTMS), 세틸트리메틸 암모늄 브로마이드(CTAB) 및 암모늄 퍼술페이트를 사용하였다. 다중벽 탄소나노튜브(MWNTs) (직경 10~50 nm), 염화금(HAuCl4) 및 기타 화학물질들을 분석 샘플들로 사용하였다. 증류수를 실험동안 사용하였다.
N- [3- (trimethoxy silyl) propyl] aniline (TMSPA) (99%), 3-mercapto propyl trimethoxytosilane (MPTMS), cetyltrimethyl ammonium bromide (CTAB) and ammonium persulfate were used. Multiwalled carbon nanotubes (MWNTs) (10-50 nm in diameter), gold chloride (HAuCl 4 ) and other chemicals were used as analytical samples. Distilled water was used during the experiment.
탄소 나노튜브-실리카-폴리아닐린(MWNT-Silica-PANI) 나노벨트(NB)의 제조Preparation of Carbon Nanotube-Silica-Polyaniline (MWNT-Silica-PANI) Nanobelt (NB)
MWNT-실리카-PANI(NB)의 제조에 하기 두 개의 주요 단계들이 있다:
There are two main steps in the preparation of MWNT-silica-PANI (NB):
a) MWNTs의 아민 관능화a) amine functionalization of MWNTs
아민기를 갖는 MWNT(MWNT-A)의 관능화(functionalization) 및 MWNT 간의 실리카-폴리아닐린(유기-무기 혼성물) 네트워크의 형성 결과 탄소 나노벨트를 수득하는 단계로서, MWNT를 관능화시켰다. 전형적으로, MWNT(200 mg) 및 (NH4)2S2O8 (50 g)의 혼합물을 자석 교반하여 96% H2SO4 (150 mL) 중에 분산시켰다(6시간). 일단 상기 혼합물이 분산된 것이 보이면(큰 입자성 물질들이 보이지 않으면), 효과적인 분산을 위하여, 2,5-디아미노벤젠술폰산(5.7 g)을 첨가하고, 2시간 동안 연속하여 균질화하였다. 이어서 고체 NaNO2 (2.208 g)를 첨가하고, 2,2-아조비스이소부티로니트릴(1.2 g)을 천천히 첨가하였다. 그 후, 이 혼합물을 80℃의 오일조 내에 넣고, 48시간 동안 연속하여 균질화하였다. 결과의 생성물을 여과하고, 탈이온수 및 아세톤으로 세척한 후, 진공 오븐 내, 50℃에서 24시간 동안 건조시켰다.
Functionalization of MWNTs (MWNT-A) with amine groups and formation of silica-polyaniline (organic-inorganic hybrid) networks between MWNTs resulted in obtaining carbon nanobelts, which were functionalized. Typically, a mixture of MWNTs (200 mg) and (NH 4 ) 2 S 2 O 8 (50 g) was dispersed in 96% H 2 SO 4 (150 mL) by magnetic stirring (6 hours). Once the mixture was seen to disperse (large particulate matter was not seen), for effective dispersion, 2,5-diaminobenzenesulfonic acid (5.7 g) was added and homogenized continuously for 2 hours. Solid NaNO 2 (2.208 g) was then added and 2,2-azobisisobutyronitrile (1.2 g) was added slowly. This mixture was then placed in an oil bath at 80 ° C. and homogenized continuously for 48 hours. The resulting product was filtered, washed with deionized water and acetone and then dried in a vacuum oven at 50 ° C. for 24 hours.
b) MWNT-실리카-PANI-NB의 제조b) Preparation of MWNT-Silica-PANI-NB
10 mg의 MWNT에 TMSPA를 기능화한 것(MWNT-f-TMSPA)을 20 mL의 0.1 M HCl 중에 분산시키고, 5분 동안 초음파처리하였다. MWNT-f-TMSPA 분산용액에, 5 mL의 암모늄 퍼술페이트(30 mM)를 5℃에서 적가하였다. 암녹색 침전물인, MWNT-실리카-PANI-NB를 여과, 물로 세척하고, 35℃ 진공 오븐 내에서 건조시켰다.
Functionalized TMSPA in 10 mg MWNT (MWNT-f-TMSPA) was dispersed in 20 mL of 0.1 M HCl and sonicated for 5 minutes. To the MWNT-f-TMSPA dispersion, 5 mL of ammonium persulfate (30 mM) was added dropwise at 5 ° C. The dark green precipitate, MWNT-silica-PANI-NB, was filtered, washed with water and dried in a 35 ° C. vacuum oven.
금 나노구조물을 MWNT-실리카-PANI(NB) 내로 로딩하여 MWNT-실리카-PANI(NB)/Au NB 촉매의 제조Preparation of MWNT-Silica-PANI (NB) / Au NB Catalyst by Loading Gold Nanostructures into MWNT-Silica-PANI (NB)
전형적인 촉매 입자들의 로딩을 위한 2개의 방법들이 사용되었다.
Two methods for the loading of typical catalyst particles were used.
i) 첫번째 경우에서, 금 중공(hollow) 입자(Hollow Gold Particle; HGP)들이 로딩되었다. HGP의 합성은 Au3+ 이온들과의 갈바니 반응을 통해 코발트(Co) 나노입자들을 초기 시드(seeds)들로서 사용하는 템플레이팅(templating)에 기초하며, 이는 상기 시드 금속 이온(이 경우 Co2+)의 산화상태가 환원될 금속 이온(여기서는 Au3+)의 산화상태보다 낮기 때문이다(J. Phys. Chem. B 2006, 110,19935~9944).
i) In the first case, Hollow Gold Particles (HGP) were loaded. The synthesis of HGP is based on templating using cobalt (Co) nanoparticles as initial seeds through galvanic reaction with Au 3+ ions, which in this case is a seed metal ion (Co 2+ in this case). ) Is lower than the oxidation state of the metal ion to be reduced (here Au 3+ ) (J. Phys. Chem. B 2006, 110, 19935-9944).
ii) 또 다른 경우에서는, 대량의(bulk quantities) 금속 나노입자들은 열화학반응들을 포함하는 열 처리에 의해 로딩되었다. 전형적인 실험에서, 계산된 양의 MWNT-A 및 금 염을 건조 혼합하고, 막자와 막자사발을 이용하여 분말화하였다. 이 고체 혼합물을 300~350℃으로 4시간 동안 가열하였다. 생성물을 냉각시키고 분말로서 모았다.
ii) In another case, bulk quantities of metal nanoparticles were loaded by heat treatment including thermochemical reactions. In a typical experiment, the calculated amounts of MWNT-A and gold salts were dry mixed and powdered using a mortar and pestle. This solid mixture was heated to 300-350 ° C. for 4 hours. The product was cooled and collected as a powder.
전기활성 및 전기화학적촉매(electrocatalyst)의 측정Measurement of Electroactivity and Electrocatalyst
MWNT(SH)-Au 나노입자(NPs)/실리카-나노복합체(NC)의 전기활성을 10 mM Fe(CN)6 3-/4- (0.1 M KCl) 존재 하에 순환전압전류(cyclic voltammetry)를 기록하므로써 검사하였다. 전기화학촉매적 O2 환원 측정을, Pt 선(보조), Ag/AgCl (기준) 및 MWNT(SH)-Au NPs/실리카-NC 개질 Pt 디스크 (작업 전극)으로 이루어진 전형적인 삼전극 셀의 구성을 이용하여 O2로 포화된 0.5M H2SO4 용액 중에서 실시하였다.
The electrical activity of MWNT (SH) -Au nanoparticles (NPs) / silica-nanocomplex (NC) was measured by cyclic voltammetry in the presence of 10 mM Fe (CN) 6 3- / 4- (0.1 M KCl). Inspected by recording. Electrochemical catalytic O 2 reduction measurements were carried out using a Pt line (secondary), Ag / AgCl (reference) and MWNT (SH) -Au NPs / silica-NC modified Pt disks (working electrodes). In a 0.5 MH 2 SO 4 solution saturated with O 2 .
전기화학적 측정을 위하여, 상기 작업 전극들을 다음과 같이 제작하였다: MWNT(SH)-Au NPs/실리카-NC (1 mL의 DMF 중)의 현탁액을 제조하였다. MWNT(SH)-Au NPs/실리카-NC의 현탁액을 Pt 디스크 전극(면적: 0.07 cm2) 상에 적하하고, 실온에서 건조시켰다. 5 μL의 네피온(Nafion)(0.25%) 용액을 MWNT(SH)-Au NPs/실리카 콤포지트 필름의 표면에 위치시키고 실온에서 건조시켰다.
For electrochemical measurements, the working electrodes were made as follows: A suspension of MWNT (SH) -Au NPs / silica-NC (in 1 mL of DMF) was prepared. A suspension of MWNT (SH) -Au NPs / silica-NC was added dropwise onto a Pt disk electrode (area: 0.07 cm 2 ) and dried at room temperature. 5 μL of Nafion (0.25%) solution was placed on the surface of MWNT (SH) -Au NPs / silica composite film and dried at room temperature.
결 과result
MWNT-실리카-PANI-NB의 형태를 FESEM에 의해 알수 있다(도 2). 흥미롭게도, MWNT의 튜브형 형태가 MWNT-실리카-PANI-NB의 경우에서의 나노벨트 또는 테이프형 형태로 변경되었다.
The form of MWNT-silica-PANI-NB can be seen by FESEM (FIG. 2). Interestingly, the tubular form of MWNTs has been changed to nanobelt or tape form in the case of MWNT-silica-PANI-NB.
본 발명자는 Au NPs 또는 HGPs의 정착(anchoring)을 뒷받침하기 위하여, 상기 MWNT-실리카-PANI-NBs 내로 티올기들을 혼입시켰다. HGPs의 외부 직경은 20~250 nm의 범위이고, 쉘(shell)의 두께는 수십 나노미터의 범위이다. 도 2는 HGP 분포된 MWNT-실리카-PANI-NBs의 FESEM 이미지를 나타낸다. HGPs는 MWNT-실리카-PANI-NBs의 전체에서 균일하게 분포된 것으로 발견되었다. MWNT-실리카-PANI-NBs 중의 -SH기들의 봉입(inclusion)은 MWNT-실리카-PANI-NBs의 표면 상에서 HGPs의 양호한 정착을 제공한다.
We have incorporated thiol groups into the MWNT-silica-PANI-NBs to support the anchoring of Au NPs or HGPs. The outer diameter of HGPs ranges from 20 to 250 nm, and the thickness of the shell ranges from tens of nanometers. 2 shows FESEM images of HGP distributed MWNT-silica-PANI-NBs. HGPs were found to be uniformly distributed throughout the MWNT-silica-PANI-NBs. Inclusion of -SH groups in MWNT-silica-PANI-NBs provides good fixation of HGPs on the surface of MWNT-silica-PANI-NBs.
HGPs 및 HGPs 분포된 MWNT-실리카-PANI-NBs의 UV-가시 흡수 스펙트럼을 도 3에 나타내었다. HGP의 흡수 스펙트럼은 570 nm 주변에서 피크를 나타내었다. HGPs 분포된 MWNT-실리카-PANI-NBs의 스펙트럼은 650 nm 주변에서 피크를 나타내었다. 순수한 HGPs에 비해 상기 피크의 편이(shifting)는 매질의 유전성을 변경시키고 플라스몬 공명을 편이시키는 매트릭스인 MWNT-실리카-PANI-NBs의 영향에 기인한다.
UV-visible absorption spectra of HGPs and HGPs distributed MWNT-silica-PANI-NBs are shown in FIG. 3. The absorption spectrum of HGP showed a peak around 570 nm. The spectrum of HGPs distributed MWNT-silica-PANI-NBs showed a peak around 650 nm. The shifting of the peaks compared to pure HGPs is due to the influence of MWNT-silica-PANI-NBs, a matrix that alters the dielectric properties of the medium and shifts the plasmon resonance.
MWNT-실리카-PANI-NB 및 HGPs 분포된 MWNT-실리카-PANI-NB의 XRD 패턴들을 나타내었다(도 4). 입방상 Au의 (111), (200), (220) 및 (311) 격자 면들에 각각 대응하는 38.2, 44.4, 64.7 및 77.7의 2θ 값들에 위치한 4개의 피크들을 도 4에서 볼 수 있는 반면, 이들 피크들은 MWNT-실리카-PANI-NB(a)에는 전혀 존재하지 않는다. 이는 금 나노입자들이 MWNT-실리카-PANI-NB 중에 성공적으로 고정된다는 것을 밝혀주고, 나아가 Au 나노입자들의 부착을 입증하는 것이다. 중요하게는, 금 나노구조물들의 피크들은, HGPs 분포된 실리카-PANI-NB(c)에 비해, HGPs 분포된 MWNT-실리카-PANI-NB에서 더욱 강하다.
XRD patterns of MWNT-silica-PANI-NB and HGPs distributed MWNT-silica-PANI-NB were shown (FIG. 4). Four peaks located at 2θ values of 38.2, 44.4, 64.7 and 77.7 corresponding to the (111), (200), (220) and (311) lattice planes of cubic Au can be seen in FIG. Peaks are not present at all in the MWNT-silica-PANI-NB (a). This reveals that gold nanoparticles are successfully anchored in MWNT-silica-PANI-NB, further demonstrating the attachment of Au nanoparticles. Importantly, the peaks of the gold nanostructures are stronger in HGPs distributed MWNT-silica-PANI-NB as compared to HGPs distributed silica-PANI-NB (c).
HGPs 분포된 MWNT_실리카-PANI-NB 개질된 Pt 디스크 전극의 전기활성은 산화 환원 마커(redox marker)로서 Fe(CN)6 3-/4- 를 사용하여 검사하였다(도 5). 상기 HGPs 분포된 MWNT-실리카-PANI-NB는, 50 mV.s-1의 스캔 속도에서, 130 mV의 아노드성 대 캐소드성 피크 전위 분리를 갖는 Fe(CN)6 3-/4-에 해당하는, 산화환원 피크들(260 mV(아노드성)/130 mV(캐소드성))을 나타낸다. HGPs 분포된 실리카-PANI-NB의 CVs를 다른 스캔 속도들(10~100 mV.s-1)에 대해 기록하였다.
The electroactivity of the HGPs distributed MWNT_silica-PANI-NB modified Pt disk electrode was examined using Fe (CN) 6 3- / 4- as redox marker (FIG. 5). The HGPs distributed MWNT-silica-PANI-NB corresponds to Fe (CN) 6 3- / 4- with an anodic to cathodic peak potential separation of 130 mV at a scan rate of 50 mV.s −1 . Redox peaks (260 mV (anode) / 130 mV (cathodic)). CVs of HGPs distributed silica-PANI-NB were recorded for different scan rates (10-100 mV.s −1 ).
신규 물질인 MWNT-실리카-PANI-NB는 연료전지 용도들에서 촉매에 대한 지지 매트릭스로서의 이용을 위한 특별한 특징들을 갖는다. 상기 매트릭스는 원래의(pristine) MWNT, 및 불칸(Vulcan), 카본 블랙 등과 같은 기타 탄소 물질들과 같은 기존 촉매 지지체들 사용시 기대되지 않았던 뛰어난 촉매성능을 제공할 수 있다. MWNT-실리카-PANI-NB는 연결된 네트워크 형태 중에 MWNT, 다공성 실리카 및 전도성 중합체를 포함한다. MWNT-실리카-PANI-NB중의 상기 세 개 성분들은 촉매 성능에 대한 개별적인 특징들을 갖는 것으로 알려져 있다. 나노구조화된 물질의 이용의 가장 큰 장점은 이들의 높은 외부 표면적에 따르며, 이는 반응물과 활성 자리들간의 접촉 면적을 극적으로 증가시킬 수 있으며, 특히 액상 반응 매질 중에서 분산 문제들을 현저히 감소시킨다.
The new material MWNT-silica-PANI-NB has special features for use as a support matrix for catalysts in fuel cell applications. The matrix can provide outstanding catalytic performance that was not expected when using existing catalyst supports such as pristine MWNTs and other carbon materials such as Vulcan, carbon black and the like. MWNT-silica-PANI-NB includes MWNTs, porous silica and conductive polymers in the form of connected networks. The three components in the MWNT-silica-PANI-NB are known to have individual characteristics on catalyst performance. The greatest advantage of the use of nanostructured materials is their high external surface area, which can dramatically increase the contact area between reactants and active sites, and in particular, significantly reduces dispersion problems in liquid reaction media.
본 발명자는 연료전지용의 양호한 촉매 지지체를 제조하기 위하여 신규 방법을 채택하였다. 본 발명자는 신규 방법을 사용하여, 실리카-폴리아닐린 가교들을 이용하여, 관형 탄소 구조체들을 상호연결하여 새로운 종류의 MWNT-실리카-PANI (유기-무기 혼성물) 나노벨트를 결과로서 수득하였다. 질소의 탄소 매트릭스 내로의 통합은, 결과의 탄소의 구조적, 화학적 및 전기적 성질들을 조정하기 위해 널리 사용되는 방법이 되어 왔다. 본 발명자는, 본 발명의 방법이 PANI 연결들을 이용하여 CNTs의 질소 도핑을 갖도록 고안하였다.
The inventors have adopted a novel method for producing a good catalyst support for fuel cells. We used a novel method to interconnect tubular carbon structures using silica-polyaniline crosslinks to obtain a new kind of MWNT-silica-PANI (organic-inorganic hybrid) nanobelt as a result. Incorporation of nitrogen into the carbon matrix has been a widely used method for adjusting the structural, chemical and electrical properties of the resulting carbon. We have designed the method of the present invention to have nitrogen doping of CNTs using PANI links.
따라서, MWNT-실리카-PANI (유기-무기 혼성물) 나노벨트 매트릭스는 촉매 로딩에 적합한 것으로 증명되었다. 높은 표면적, 내구성 및 존재와 같은 상승효과들도 제공된다.Thus, the MWNT-silica-PANI (organic-inorganic hybrid) nanobelt matrix has proven to be suitable for catalyst loading. Synergistic effects such as high surface area, durability and presence are also provided.
Claims (5)
상기 촉매 금속은 Pt, Pd, Co, Fe, Rh, Ru, Pt, Au, Sn, Bi, Cu, Ag, Ni로 이루어지는 군으로부터 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 촉매.The method of claim 2,
The catalyst metal is a fuel cell catalyst, characterized in that at least one selected from the group consisting of Pt, Pd, Co, Fe, Rh, Ru, Pt, Au, Sn, Bi, Cu, Ag, Ni.
상기 촉매 금속은 중공 입자인 것을 특징으로 하는 연료 전지용 촉매.The method of claim 2,
The catalyst metal is a catalyst for a fuel cell, characterized in that the hollow particles.
상기 촉매 금속은 나노 입자 또는 나노합금인 것을 특징으로 하는 연료 전지용 촉매.The method of claim 2,
The catalyst metal is a catalyst for a fuel cell, characterized in that the nanoparticles or nano alloys.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110077393A KR20130015415A (en) | 2011-08-03 | 2011-08-03 | A fuel cell catalyst support comprosing carbon nanotubes bridged silica-polyaniline and a fuel cell catalyst using the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110077393A KR20130015415A (en) | 2011-08-03 | 2011-08-03 | A fuel cell catalyst support comprosing carbon nanotubes bridged silica-polyaniline and a fuel cell catalyst using the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130015415A true KR20130015415A (en) | 2013-02-14 |
Family
ID=47895237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110077393A Ceased KR20130015415A (en) | 2011-08-03 | 2011-08-03 | A fuel cell catalyst support comprosing carbon nanotubes bridged silica-polyaniline and a fuel cell catalyst using the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20130015415A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105836727A (en) * | 2016-03-21 | 2016-08-10 | 陕西师范大学 | Method for low-cost preparation of multi-walled carbon nanotubes |
| RU211824U1 (en) * | 2022-04-04 | 2022-06-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") | Hydrogen electrode for oxygen-hydrogen fuel cell |
| CN119102013A (en) * | 2024-11-08 | 2024-12-10 | 江苏新视界先进功能纤维创新中心有限公司 | Oil agent for ultra-high molecular weight polyethylene fiber and preparation method thereof |
| CN119307012A (en) * | 2024-11-08 | 2025-01-14 | 江苏新视界先进功能纤维创新中心有限公司 | Antistatic agent and preparation method and application thereof |
-
2011
- 2011-08-03 KR KR1020110077393A patent/KR20130015415A/en not_active Ceased
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105836727A (en) * | 2016-03-21 | 2016-08-10 | 陕西师范大学 | Method for low-cost preparation of multi-walled carbon nanotubes |
| RU211824U1 (en) * | 2022-04-04 | 2022-06-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный университет" (ФГБОУ ВО "КубГУ") | Hydrogen electrode for oxygen-hydrogen fuel cell |
| CN119102013A (en) * | 2024-11-08 | 2024-12-10 | 江苏新视界先进功能纤维创新中心有限公司 | Oil agent for ultra-high molecular weight polyethylene fiber and preparation method thereof |
| CN119307012A (en) * | 2024-11-08 | 2025-01-14 | 江苏新视界先进功能纤维创新中心有限公司 | Antistatic agent and preparation method and application thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Uddin et al. | Preparation of reduced graphene oxide-NiFe2O4 nanocomposites for the electrocatalytic oxidation of hydrazine | |
| Tan et al. | Carbon wrapped bimetallic NiCo nanospheres toward excellent HER and OER performance | |
| Rezaee et al. | Facile synthesis of petal-like NiCo/NiO-CoO/nanoporous carbon composite based on mixed-metallic MOFs and their application for electrocatalytic oxidation of methanol | |
| Li et al. | Co3O4/Co-NC modified ketjenblack carbon as an advanced electrocatalyst for Al-air batteries | |
| CP et al. | Non-precious cobalt phthalocyanine-embedded iron ore electrocatalysts for hydrogen evolution reactions | |
| Xu et al. | N-doped graphene-supported binary PdBi networks for formic acid oxidation | |
| Wang et al. | One-pot synthesis of α-Fe2O3 nanoparticles-decorated reduced graphene oxide for efficient nonenzymatic H2O2 biosensor | |
| Li et al. | Self-supported Pt nanoclusters via galvanic replacement from Cu 2 O nanocubes as efficient electrocatalysts | |
| Ahmed et al. | Covalently grafted platinum nanoparticles to multi walled carbon nanotubes for enhanced electrocatalytic oxygen reduction | |
| Ahmadi et al. | Synthesis and characterization of Pt nanoparticles on sulfur-modified carbon nanotubes for methanol oxidation | |
| Shahid et al. | Microwave assisted synthesis of Mn3O4 nanograins intercalated into reduced graphene oxide layers as cathode material for alternative clean power generation energy device | |
| Lv et al. | Biomolecule-assisted synthesis of porous PtPd alloyed nanoflowers supported on reduced graphene oxide with highly electrocatalytic performance for ethanol oxidation and oxygen reduction | |
| Zhong et al. | Highly active Pt nanoparticles on nickel phthalocyanine functionalized graphene nanosheets for methanol electrooxidation | |
| Sun et al. | Highly dispersed Pd nanoparticles on covalent functional MWNT surfaces for methanol oxidation in alkaline solution | |
| Wang et al. | Facile preparation of a Pt/Prussian blue/graphene composite and its application as an enhanced catalyst for methanol oxidation | |
| Liu et al. | Preparation of nitrogen-doped graphene supporting Pt nanoparticles as a catalyst for oxygen reduction and methanol oxidation | |
| Chen et al. | Facile solvothermal fabrication of polypyrrole sheets supported dendritic platinum-cobalt nanoclusters for highly efficient oxygen reduction and ethylene glycol oxidation | |
| Wang et al. | Metal porphyrin intercalated reduced graphene oxide nanocomposite utilized for electrocatalytic oxygen reduction | |
| Yang et al. | FeCo nanoalloys encapsulated in N-doped carbon nanofibers as a trifunctional catalyst for rechargeable Zn-air batteries and overall water electrolysis | |
| Topçu et al. | Flexible gold nanoparticles/rGO and thin film/rGO papers: novel electrocatalysts for hydrogen evolution reaction | |
| Song et al. | Additional doping of phosphorus into polypyrrole functionalized nitrogenous carbon nanotubes as novel metal-free oxygen reduction electrocatalyst in alkaline solution | |
| Zeng et al. | Pd nanoparticles supported on copper phthalocyanine functionalized carbon nanotubes for enhanced formic acid electrooxidation | |
| Sanetuntikul et al. | Prussian blue-carbon hybrid as a non-precious electrocatalyst for the oxygen reduction reaction in alkaline medium | |
| Kang et al. | Preparation of Pt nanoparticles embedded on ordered mesoporous carbon hybrids for sensitive detection of acetaminophen | |
| Taghaddosi et al. | Facile synthesis of N-doped hollow carbon nanospheres wrapped with transition metal oxides nanostructures as non-precious catalysts for the electro-oxidation of hydrazine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20110803 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20130405 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20130730 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20130405 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |