초음파를 이용한 비귀금속 촉매 제조방법
MANUFACTURING METHOD OF NON-PRECIOUS METAL CATALYSTS USING ULTRASONIC WAVES.
특허 요약
본 발명은 초음파를 이용하여 비귀금속 촉매의 제조방법, 및 상기 방법에 의해 제조된 비귀금속촉매에 관한 것으로, 한 가지 이상의 전이 금속 착화합물, 촉매지지체 및 용매를 포함하는 혼합물에 초음파를 가하여 이성분계의 비귀금속 촉매를 제조하는 방법을 제공한다.
청구항
번호청구항
1

하나 이상의 전이 금속 착화합물, 촉매지지체 및 용매를 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합물 형성단계;상기 혼합물에 초음파를 가하여 상기 하나 이상의 전이 금속 착화합물을 환원시켜 금속 입자를 형성시키는 금속 입자 형성단계;상기 환원된 하나 이상의 금속 입자가 촉매지지체 상에 지지되는 촉매 형성단계를 포함하고,상기 금속 입자 형성단계에서 상기 초음파의 진폭은 최대 진폭의 20% 내지 30% 인 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비귀금속 촉매 제조방법.

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제1항에 있어서,혼합물 형성단계에서 상기 전이 금속 착화합물은 두자리(bi-dentate) 리간드 또는 세자리(tri-dentate) 리간드를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비귀금속 촉매 제조방법.

3

제2항에 있어서,상기 리간드는 아세틸아세토네이트(Acetylacetonate)인 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비귀금속 촉매 제조방법.

4

제1항에 있어서,혼합물 형성단계에서 상기 전이 금속 착화합물은 금속 양이온을 포함하고,상기 금속 양이온은 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 바나듐(V), 망간(Mn), 구리(Cu), 티탄(Ti) 및 아연(Zn) 중 하나인 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비귀금속 촉매 제조방법.

5

제1항에 있어서,혼합물 형성단계에서 상기 하나 이상의 전이 금속 착화합물은 구리(Cu) 착화합물 및 망간(Mn) 착화합물인 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비귀금속 촉매 제조방법.

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제5항에 있어서,상기 구리(Cu) 착화합물 및 망간(Mn) 착화합물의 몰수비는 1:5 내지 5:1인 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비귀금속 촉매 제조방법.

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제1항에 있어서,혼합물 형성단계에서 상기 촉매지지체는 흑연, 카본 나노튜브, 아세틸렌블랙, 카본블랙, 케첸블랙, 그래파이트 카본, 카본 파이버, 활성탄(active carbon), 캐봇(cabot), 알루미나, 실리카, 실리카/알루미나, 탄화규소, 질화규소, 인산화티탄, 산화지르코늄, 타이타니아 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비귀금속 촉매 제조방법.

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제1항에 있어서,혼합물 형성단계에서 상기 용매는 물, 디페닐에테르(diphenyl ether), 헥사데칸(hexadecane), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone), 디메틸술폭시드(dimethyl sulfoxide), m-크레졸(m-cresol), 디하이드로퓨란-2(3H)-원(dihydrofuran-2(3H)-one), 에틸렌글리콜(ethylene glycol) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비귀금속 촉매 제조방법.

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제1항에 있어서,금속 입자 형성단계에서 상기 초음파의 주파수는 20kHz 내지 200kHz인 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비귀금속 촉매 제조방법.

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제1항에 있어서,금속 입자 형성단계에서 상기 혼합물내에 초음파를 가하여 발생된 기포가 직경 50㎛ 내지 200㎛ 로 성장하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비귀금속 촉매 제조방법.

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제1항에 있어서,상기 초음파를 가하는 시간은 2시간 내지 3시간인 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비귀금속 촉매 제조방법.

12

제1항에 있어서,금속 입자 형성단계에서 상기 혼합물의 온도는 140℃ 내지 160℃인 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비귀금속 촉매 제조방법.

13

제1항에 있어서,금속 입자 형성단계에서 상기 환원된 금속 입자는 비정질이고, 평균 직경은 1㎚ 내지 3㎚인 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비귀금속 촉매 제조방법

14

제1항에 있어서,촉매형성단계에서 상기 금속 입자가 촉매지지체의 표면개질없이 촉매지지체 상에 지지되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비귀금속 촉매 제조방법.

15

제1항에 있어서,촉매형성단계에서 촉매입자의 크기는 평균 직경 2㎚ 내지 5㎚인 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비귀금속 촉매 제조방법.

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금속A를 포함하는 전이 금속 착화합물, 금속B를 포함하는 전이 금속 착화합물, 촉매지지체 및 용매를 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합물 형성단계;상기 혼합물에 초음파를 가하여 상기 하나 이상의 전이 금속 착화합물을 환원시켜 금속 입자를 형성시키는 금속 입자 형성단계;상기 환원된 하나 이상의 금속 입자가 촉매지지체 상에 지지되는 촉매 형성단계를 포함하고,상기 금속 입자 형성단계에서 상기 초음파의 진폭은 최대 진폭의 20% 내지 30% 이며,상기 금속A는 망간(Mn), 상기 금속B는 구리(Cu)인 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비귀금속 촉매 제조방법.

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제16항에 있어서,혼합물 형성단계에서 상기 금속A를 포함하는 전이 금속 착화합물 및 금속B를 포함하는 전이 금속 착화합물의 몰수비는 1:5 내지 5:1인 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 비귀금속 촉매 제조방법.

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제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 초음파를 이용한 비귀금속 촉매 제조방법에 의해 제조된 산소발생반응(Oxygen evolution reaction, OER) 비귀금속 촉매.

19

제18항에 따른 상기 비귀금속 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극.

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제19항에 따른 상기 전극을 포함하고,양극 및 음극 중 어느 하나의 전극이 외부의 산소를 활물질로 이용하는 것을 특징으로 하는 이차전지.