수전해용 촉매 및 이의 제조방법
catalyst for water electrolysis and manufacturing method thereof
특허 요약
본 발명은 수전해용 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 산소발생반응(Oxygen Evolution Reaction, OER)의 활성이 증대된 수전해용 촉매 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
청구항
번호청구항
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제1항에 있어서,상기 니켈 폼은 0.5 ~ 3mm의 두께를 가지고,상기 아연이 도핑된 니켈-철 층상 이중 수산화물은 0.5 ~ 5㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매.

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수열합성용 용매에 전이금속 전구체, 환원제 및 착화제를 투입하고, 초음파 처리하여, 전이금속 혼합물을 제조하는 제1단계;니켈 폼(Ni foam)을 준비하고, 수열합성반응기에 상기 니켈 폼 및 상기 전이금속 혼합물을 투입하고, 수열합성(Hydrothermal Synthesis)을 수행하여 반응물을 제조하는 제2단계;상기 반응물을 건조하여 니켈 폼 일면 또는 양면에 아연이 도핑된 니켈-철 층상 이중 수산화물(Zn doped Ni-Fe layered double hydroxide)을 형성하는 제3단계; 및일면 또는 양면에 아연이 도핑된 니켈-철 층상 이중 수산화물이 형성된 니켈 폼을 알칼리 에칭액에 투입하여, 알칼리 에칭(alkaline etching)을 수행한 후, 건조하여 수전해용 촉매를 제조하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수처리용 촉매의 제조방법.

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제1항에 있어서,상기 알칼리 에칭은 5 ~ 7M의 수산화칼륨(KOH)에서 2 ~ 8시간동안 수행하는 것을 특징으로 하는 수처리용 촉매의 제조방법.

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제1항에 있어서,상기 전이금속 전구체는 니켈(Ni) 전구체, 철(Fe) 전구체 및 아연(Zn) 전구체가 1 : 0.276 ~ 0.414 : 0.0276 ~ 0.0414 몰비로 혼합된 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매의 제조방법.

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제3항에 있어서,상기 니켈(Ni) 전구체는 질산니켈・6수화물(Nickel(II) nitrate hexahydrate), 염화니켈(Nickel(II) chloride), 염화니켈・수화물(Nickel(II) chloride hydrate), 황산니켈(Nickel(II) sulfate), 황산니켈・수화물(Nickel(II) sulfate hydrate) 및 아세트산니켈・4수화물(Nickel(II) acetate tetrahydrate) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,상기 철(Fe) 전구체는 질산철・9수화물(Iron(III) nitrate nonahydrate), 염화철(Iron(III) chloride), 염화철・수화물(Iron(III) chloride hydrate), 황산철(Iron(III) sulfate), 황산철・수화물(Iron(III) sulfate hydrate) 및 아세트산철(Iron(II) acetate) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하며,상기 아연(Zn) 전구체는 질산아연(Zinc nitrate), 질산아연・수화물(Zinc nitrate hydrate), 염화아연(Zinc chloride), 황산아연(Zinc sulfate), 황산아연・수화물(Zinc sulfate hydrate), 아세트산아연(Zinc acetate) 및 아세트산아연・수화물(Zinc acetate hydrate) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매의 제조방법.

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제1항에 있어서,상기 전이금속 혼합물은 전이금속 전구체 100 몰부에 대하여, 환원제 125 ~ 187.5 몰부 및 착화제 75 ~ 112.5 몰부로 혼합한 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매의 제조방법.

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제1항에 있어서,상기 수열합성용 용매는 초순수(DI water), 에탄올(Ethanol), 메탄올(Methanol), 아이소프로판올(Isopropanol) 및 에틸렌글리콜(Ethylene glycol) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하고,상기 환원제는 요소(CO(NH2)2) 및 HMT(Hexamethylenetetramine) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하며,상기 착화제는 플루오린화 암모늄(NH4F) 및 트리에틸아민(Triethylamine) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매의 제조방법.

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제1항에 있어서,상기 수열합성은 90 ~ 150℃의 온도에서 6 ~ 18시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매의 제조방법.

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니켈 폼(Ni foam); 및상기 니켈 폼 일면 또는 양면에 형성된 아연이 도핑된 니켈-철 층상 이중 수산화물; 을 포함하고,상기 아연이 도핑된 니켈-철 층상 이중 수산화물은 알칼리 에칭에 의하여 공극(vacancy)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매.

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제1항에 있어서,상기 아연이 도핑된 니켈-철 층상 이중 수산화물은 철 및 아연을 1 : 0.095 ~ 0.12 원소비로 포함하는 것을 특징으로 하는 수전해용 촉매.