광전기화학적 수분해 촉매 및 하수처리 촉매용 금-산화철 코어쉘 나노로드 및 이의 제조 방법
Gold-iron oxide core-shell nanorods for photoelectrochemical water splitting catalyst and wastewater catalyst, and methods for manufacturing the same
특허 요약
본 발명은 금(Au) 나노로드 코어 및 철산화물 쉘을 포함하는 광전기화학적 수분해 촉매 및 하수처리 촉매용 금-산화철 코어쉘 나노로드 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 식 1 및 2를 만족하는 산소공극 비율을 가짐으로써 전하 운반체의 재결합이 억제되어 광생성된 전자와 정공이 더 오랫동안 존재할 수 있게 되어 더 많은 전자가 환원 반응에 참여할 수 있으며, 이를 통해 수분해 성능 및 하수처리 성능이 향상될 수 있다.
청구항
번호청구항
1

금(Au) 나노로드 코어 및 철산화물 쉘을 포함하는 광전기화학적 수분해 촉매 및 하수처리 촉매용 금-산화철 코어쉘 나노로드로,상기 코어쉘 나노로드는 하기 식 1 및 2의 산소 비율을 만족하는 것인, 광전기화학적 수분해 촉매 및 하수처리 촉매용 금-산화철 코어쉘 나노로드.[식 1]0.8 003c# Ov/OL 003c# 2[식 2]3 003c# Ov/Oc 003c# 7(상기 식 1 및 2에서,Ov, Oc 및 OL은 각각 코어쉘 나노로드의 X선 광전자 분광법(XPS) O 1s 분석에서 나타나는 전체 산소에 대한 비율(%)로,Ov는 산소공극의 비율(%)이며, Oc는 격자산소의 비율(%)이고, OL은 표면산소의 비율(%)이다.)

2

제 1항에 있어서,상기 코어쉘 나노로드는 금 나노로드 코어:철산화물 쉘의 평균 두께비가 1 : 1 내지 3인, 광전기화학적 수분해 촉매 및 하수처리 촉매용 금-산화철 코어쉘 나노로드.

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제 1항에 있어서,상기 코어쉘 나노로드는 평균 직경이 10 내지 1000 ㎚이며, 평균 길이가 100 내지 2000 ㎚이고, 평균 종횡비가 2 내지 30인, 광전기화학적 수분해 촉매 및 하수처리 촉매용 금-산화철 코어쉘 나노로드.

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제 1항에 있어서,상기 코어쉘 나노로드는 전기화학적 임피던스 분광법(EIS) 분석에서 전하 전달 저항(Rct)이 150 Ω 이하인, 광전기화학적 수분해 촉매 및 하수처리 촉매용 금-산화철 코어쉘 나노로드.

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제 1항에 있어서,상기 코어쉘 나노로드는 1.23 V vs RHE에서 광전류 밀도가 1.3 mA/㎠ 이상인, 광전기화학적 수분해 촉매 및 하수처리 촉매용 금-산화철 코어쉘 나노로드.

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a) 글리콜계 용매에 철전구체를 녹인 제1용액을 제조하는 단계;b) 상기 제1용액에 금전구체 및 안정화제를 녹인 제2용액을 제조하는 단계;c) 상기 제2용액을 교반하여 철 씨드 및 금 씨드가 생성된 제3용액을 제조하는 단계; 및d) 상기 제3용액을 가열 반응시켜 금(Au) 나노로드 코어 및 철산화물 쉘을 포함하는 금-철산화물 코어쉘 나노로드를 제조하는 단계;를 포함하며,상기 코어쉘 나노로드는 하기 식 1 및 2의 산소 비율을 만족하는 것인, 광전기화학적 수분해 촉매 및 하수처리 촉매용 금-산화철 코어쉘 나노로드의 제조 방법.[식 1]0.8 003c# Ov/OL 003c# 2[식 2]3 003c# Ov/Oc 003c# 7(상기 식 1 및 2에서,Ov, Oc 및 OL은 각각 코어쉘 나노로드의 X선 광전자 분광법(XPS) O 1s 분석에서 나타나는 전체 산소에 대한 비율(%)로,Ov는 산소공극의 비율(%)이며, Oc는 격자산소의 비율(%)이고, OL은 표면산소의 비율(%)이다.)

7

제 6항에 있어서,상기 철전구체는 염화철(Ⅲ)(FeCl3) 및 이의 수화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인, 광전기화학적 수분해 촉매 및 하수처리 촉매용 금-산화철 코어쉘 나노로드의 제조 방법.

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제 6항에 있어서,상기 금전구체는 테트라클로로금(Ⅲ)산(HAuCl4) 및 이의 수화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인, 광전기화학적 수분해 촉매 및 하수처리 촉매용 금-산화철 코어쉘 나노로드의 제조 방법.

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제 6항에 있어서,상기 글리콜계 용매는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 헥실렌 글리콜 및 1,2 헥사데칸디올로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인, 광전기화학적 수분해 촉매 및 하수처리 촉매용 금-산화철 코어쉘 나노로드의 제조 방법.

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제 6항에 있어서,상기 안정화제는 아세트산나트륨, 아세트산칼슘, 아세트산칼륨 및 이들의 수화물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인, 광전기화학적 수분해 촉매 및 하수처리 촉매용 금-산화철 코어쉘 나노로드의 제조 방법.

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제 6항에 있어서,상기 제조 방법은 금전구체 1 몰(mol)에 대하여, 철전구체 3 내지 10 몰 및 안정화제 30 내지 100 몰이 첨가되는 것인, 광전기화학적 수분해 촉매 및 하수처리 촉매용 금-산화철 코어쉘 나노로드의 제조 방법.

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제 6항에 있어서,상기 c)단계의 교반은 15 내지 40℃의 온도에서 0.5 내지 6시간 동안 수행되는 것인, 광전기화학적 수분해 촉매 및 하수처리 촉매용 금-산화철 코어쉘 나노로드의 제조 방법.

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제 6항에 있어서,상기 d)단계의 가열 반응은 200 내지 220℃의 온도에서 5 내지 12시간 동안 수행되는 것인, 광전기화학적 수분해 촉매 및 하수처리 촉매용 금-산화철 코어쉘 나노로드의 제조 방법.