금속 입자를 함유하는 중공형 다공성 탄소복합체 및 이의 제조방법
Hollow Porous Carbon Composites Containing Metal Particles And Method For Preparing The Same
특허 요약
본 발명은 금속 입자를 함유하는 중공형 다공성 탄소복합체 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 복합체는, 낮은 밀도, 높은 분산력을 가지고, 분산안정성이 우수하며, 흡착능이 뛰어나 촉매, 흡착제, 센서, 전극물질, 분리 및 정제용이나 수소 및 약물의 저장체와 같은 광범위한 용도로 널리 이용될 수 있고, 촉매로 사용 시에 촉매 활성이 뛰어나며, 재사용 시에도 활성의 감소가 최소화 된다. 상기, 본 발명에 따른 복합체의 제조방법은 고분자 입자를 코어로 하는 코어쉘 전구체 입자를 이용하여 단일 단계의 열처리 과정을 통해 제조할 수 있는 바, 공정 효율이 우수하며, 비용 및 시간을 절감할 수 있다.
청구항
번호청구항
1

내부 중공을 포함하는 다공성 탄소 쉘 구조를 형성하며, 상기 다공성 탄소 쉘은 금(Au) 입자가 분산된 구조이고,상기 복합체의 평균 직경은 720 내지 1100nm 이며,상기 복합체의 BET 표면적은 15 내지 95m2/g이고, 기공의 부피는 0.05 내지 0.15cm3/g이며,하기 일반식 1, 3 및 4를 만족하는 복합체:[일반식 1]0.5 003c# Din/Dout 003c# 0.98[일반식 3]1 003c# I0m-268/I4m-268 ≤ 15[일반식 4]0.01 003c# I0m-230/I4m-230 003c# 1일반식 1에서,Din은 복합체 내부에 형성된 중공의 평균 직경을 의미하고, Dout은 복합체의 평균 직경을 의미하며,상기 일반식 3 및 일반식 4에서,I0m-268은 방향족 질산 화합물 및 환원제를 혼합한 직후 혼합물의 흡광도 측정 시 268±5㎚ 범위에 존재하는 피크 중 세기가 가장 강한 피크의 강도를 나타내고,I4m-268은 방향족 질산 화합물, 환원제 및 복합체를 혼합하고 4분 경과된 혼합물의 흡광도 측정 시 268±5㎚ 범위에 존재하는 피크 중 세기가 가장 강한 피크의 강도를 나타내며,I0m-230은 방향족 질산 화합물 및 환원제를 혼합한 직후 혼합물의 흡광도 측정 시 230±5㎚ 범위에 존재하는 피크 중 세기가 가장 강한 피크의 강도를 나타내고,I4m-230은 방향족 질산 화합물, 환원제 및 복합체를 혼합하고 4분 경과된 혼합물의 흡광도 측정 시 230±5㎚ 범위에 존재하는 피크 중 세기가 가장 강한 피크의 강도를 나타낸다.

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제 1 항에 있어서,하기 일반식 2의 조건을 만족하는 복합체:[일반식 2]2 003c# Ds/ Dm 003c# 50일반식 1에서, Ds은 다공성 탄소 쉘의 평균 두께를 의미하고, Dm은 금속 입자의 평균 직경을 의미한다.

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제 4 항에 있어서, 다공성 탄소 쉘의 평균 두께는 50 내지 250 nm 인 것을 특징으로 하는 복합체.

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제 1 항에 있어서,n회(2≤n≤10) 반복 사용하는 경우, 하기 일반식 5의 조건을 만족하는 복합체:[일반식 5]1 ≤ In/In-1 ≤ 1.5상기 일반식 5에서,In은 방향족 질산 화합물, 환원제 및 n회 반복 사용한 복합체를 혼합하고 4분 경과된 혼합물의 흡광도 측정 시 268±5 ㎚ 범위에 존재하는 피크 중 세기가 가장 강한 피크의 강도를 나타내고,In-1은 방향족 질산 화합물, 환원제 및 n-1회 반복 사용한 복합체를 혼합하고 4분 경과된 혼합물의 흡광도 측정 시 268±5 ㎚ 범위에 존재하는 피크 중 세기가 가장 강한 피크의 강도를 나타낸다.

9

카르복실기로 표면처리된 고분자 코어 입자에 유기-금속 골격체 쉘을 형성할 수 있는 아연금속과 2-메틸이미다졸 전구체 용액을 혼합한 반응 혼합물을 초음파 반응하여 고분자 입자를 코어로 하고 유기-금속 골격체를 쉘로 형성하는 코어쉘 전구체 입자를 제조하는 단계; 및상기 코어쉘 전구체 입자와 금속 전구체 용액을 혼합하여 700℃에서 열처리하여 복합체를 제조하는 단계를 포함하며,상기 금속 전구체를 구성하는 성분은 금(Au)이고,제조된 복합체의 BET 표면적은 15 내지 95m2/g이며, 기공의 부피는 0.05 내지 0.15cm3/g인 것을 특징으로 하는 복합체의 제조방법.

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제 9 항에 있어서,고분자 입자는 폴리스티렌, 폴리올레핀, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리카르보네이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리알킬(메타)아크릴레이트 및 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합체의 제조방법.

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제 9 항에 있어서,금속 전구체 용액은 금속 전구체가 탄소수 1 내지 4의 알킬 알코올에 용해된 것을 특징으로 하는 복합체의 제조방법.

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제 9 항에 있어서,열처리는 2 내지 10 시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 복합체의 제조방법.