전이금속 붕화물 복합체, 이의 제조방법 및 상기 전이금속 붕화물 복합체를 포함하는 수소발생반응용 촉매
A transition metal boride composite, a method for manufacturing the same, and a catalyst for hydrogen generation reaction comprising the transition metal boride composite
특허 요약
본 발명은 전이금속 붕화물 복합체, 이의 제조방법 및 상기 전이금속 붕화물 복합체를 포함하는 수소발생반응용 촉매에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수열 합성 및 열처리를 이용한 간단한 공정으로 나노 구조화를 통해 전이금속 붕화물 복합체 내 촉매 활성점인 결정입계들을 손쉽게 다량 형성함으로써 이를 촉매로 적용 시 수소발생반응 성능을 현저히 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명의 전이금속 붕화물 복합체는 촉매로 적용 시 고가의 백금 촉매 대신 비귀금속계 금속을 사용함으로 인해 제조원가를 절감할 수 있으며, 기존 백금 촉매를 대체 가능한 우수한 촉매 활성을 가져 전기화학적 성능을 현저히 향상시킬 수 있다.
청구항
번호청구항
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제1항에 있어서,상기 전이금속 복합 산화물 나노구조체를 성장시키는 단계에서 수열 합성은 110 내지 230 ℃의 온도에서 2 내지 8 시간 동안 수행하는 것인 전이금속 붕화물 복합체의 제조방법.

9

제1항에 있어서,상기 붕소 전구체는 붕소 원소, 질화붕소 및 삼할로겐화 붕소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 전이금속 붕화물 복합체의 제조방법.

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제1항에 있어서,상기 전이금속 붕화물 복합체를 제조하는 단계에서 열처리는 5 ℃/min의 속도로 승온시켜 700 내지 1200 ℃의 온도에서 1 내지 5시간 동안 수행하는 것인 전이금속 붕화물 복합체의 제조방법.

1

기판, 제1 전이금속 전구체 및 제2 전이금속 전구체를 수열 합성 반응기에 넣고, 수열 합성하여 상기 기판 상에 제1 전이금속 및 제2 전이금속을 포함하는 전이금속 복합 산화물 나노구조체를 성장시키는 단계; 및상기 전이금속 복합 산화물 나노구조체가 성장된 기판 상에 붕소 전구체를 투입하고, 불활성 가스 분위기 하에 열처리하여 복수개의 결정입계가 형성된 전이금속 붕화물 복합체를 형성하는 단계;를 포함하는 전이금속 붕화물 복합체의 제조방법.

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제1항에 있어서,상기 제1 전이금속 전구체는 니켈, 텅스텐, 철, 구리 및 주석으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 전이금속을 포함하는 화합물인 것인 전이금속 붕화물 복합체의 제조방법.

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제2항에 있어서,상기 제1 전이금속 전구체는 니켈 전구체이고, 상기 니켈 전구체는 질산니켈(Ⅱ) 6수화물(nickel nitrate hexahydrate, NiNO3ㅇ6H2O), 니켈 아세테이트(Nickel acetate, Ni(OCOCH3)2ㅇ4H2O) 및 니켈 클로라이드(Nickel chloride, NiCl2ㅇ6H2O)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 전이금속 붕화물 복합체의 제조방법.

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제1항에 있어서,상기 제2 전이금속 전구체는 몰리브덴, 팔라듐, 루테늄, 코발트, 이리듐 및 티타늄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 전이금속을 포함하는 화합물인 것인 전이금속 붕화물 복합체의 제조방법.

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제4항에 있어서,상기 제2 전이금속 전구체는 몰리브덴 전구체이고,상기 몰리브덴 전구체는 몰리브데산나트륨(NaMoO4), 몰리브데산암모늄((NH4)6Mo7O24ㅇH2O), 몰리브데산리튬(Li2MoO4), 몰리브데산칼슘(CaMoO4), 몰리브데산칼륨(K2MoO4) 및 몰리브데늄 옥시테트라클로라이트(MoOCl4)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 전이금속 붕화물 복합체의 제조방법.

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제1항에 있어서,상기 전이금속 복합 산화물 나노구조체는 제1 전이금속 전구체 및 제2 전이금속 전구체가 1:9 내지 9:1 중량비로 혼합된 것인 전이금속 붕화물 복합체의 제조방법.

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제1항에 있어서,상기 전이금속 복합 산화물 나노구조체는 나노로드, 나노입자, 나노벽 및 나노큐브로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 형태로 성장한 것인 전이금속 붕화물 복합체의 제조방법.

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제1항에 있어서,상기 전이금속 붕화물 복합체를 형성하는 단계는 열처리에 의해 상기 전이금속 복합 산화물 나노구조체를 전이금속 복합 나노시트로 전환시키고,상기 전이금속 복합 나노시트와 붕소의 결합에 의해 전이금속 붕화물 복합체를 형성하는 것인 전이금속 붕화물 복합체의 제조방법.

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제11항에 있어서,상기 전이금속 붕화물 복합체는,상기 전이금속 복합 나노시트의 제1 전이금속과 제1 붕소가 결합된 제1 붕화물 결정입자; 및상기 전이금속 복합 나노시트의 제2 전이금속과 제2 붕소가 결합된 제2 붕화물 결정입자;를 포함하고,상기 제1 붕화물 결정입자 및 제2 붕화물 결정입자 사이사이에 복수개의 결정입계가 형성된 것인 전이금속 붕화물 복합체의 제조방법.

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제1항에 있어서,상기 전이금속 붕화물 복합체는 전이금속 붕화물 복합체 총 중량을 기준으로 붕소 입자 5 내지 15 중량%를 포함하는 것인 전이금속 붕화물 복합체의 제조방법.

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제1항에 있어서,상기 제1 전이금속 전구체는 질산니켈(Ⅱ) 6수화물(nickel nitrate hexahydrate, NiNO3ㅇ6H2O)이고,상기 제2 전이금속 전구체는 몰리브데산나트륨(NaMoO4)이고,상기 전이금속 복합 산화물 나노구조체는 제1 전이금속 전구체 및 제2 전이금속 전구체가 5:5 내지 7:3 중량비로 혼합된 것이고,상기 전이금속 복합 산화물 나노구조체는 나노로드 형태로 성장하는 것이고,상기 전이금속 복합 산화물 나노구조체를 성장시키는 단계에서 수열 합성은 150 내지 170 ℃의 온도에서 5.5 내지 6.5 시간 동안 수행하고,상기 붕소 전구체는 붕소 원소이고,상기 불활성 가스는 아르곤이고,상기 전이금속 붕화물 복합체는 Ni3B/MoB 복합체이고,상기 전이금속 붕화물 복합체는 전이금속 붕화물 복합체 총 중량을 기준으로 붕소 입자 8 내지 13 중량%를 포함하고,상기 전이금속 붕화물 복합체를 제조하는 단계에서 열처리는 5 ℃/min의 속도로 승온시켜 880 내지 920 ℃의 온도에서 2.5 내지 3.5 시간 동안 수행하는 것인 전이금속 붕화물 복합체의 제조방법.

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제1 전이금속 및 제2 전이금속을 포함하는 전이금속 복합 나노시트; 상기 전이금속 복합 나노시트의 제1 전이금속과 제1 붕소가 결합된 제1 붕화물 결정입자; 및상기 전이금속 복합 나노시트의 제2 전이금속과 제2 붕소가 결합된 제2 붕화물 결정입자;를 포함하는 전이금속 붕화물 복합체로,상기 전이금속 붕화물 복합체는 상기 제1 붕화물 결정입자 및 제2 붕화물 결정입자 사이사이에 복수개의 결정입계가 형성된 것인 전이금속 붕화물 복합체.

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제15항에 있어서,상기 전이금속 복합 나노시트는 제1 전이금속 및 제2 전이금속이 1:9 내지 9:1 중량비로 혼합된 혼합물인 것인 전이금속 붕화물 복합체.

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제15항에 있어서,상기 제1 전이금속은 니켈, 텅스텐, 철, 구리 및 주석으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 전이금속 붕화물 복합체.

18

제15항에 있어서,상기 제2 전이금속은 몰리브덴, 팔라듐, 루테늄, 코발트, 이리듐 및 티타늄으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 전이금속 붕화물 복합체.

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제15항에 있어서,상기 전이금속 복합 나노시트는 니켈몰리브덴 복합 나노시트인 것인 전이금속 붕화물 복합체.

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제15항에 있어서,상기 제1 붕화물 결정입자는 Ni3B이고, 상기 제2 붕화물 결정입자는 MoB인 것인 전이금속 붕화물 복합체.

21

제15항에 있어서,상기 붕소 입자는 전이금속 붕화물 복합체 총 중량을 기준으로 5 내지 15 중량%를 포함하는 것인 전이금속 붕화물 복합체.

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제15항 내지 제21항 중에서 선택된 어느 한 항의 전이금속 붕화물 복합체를 포함하는 수소발생반응용 촉매.

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제22항의 수소발생반응용 촉매를 포함하는 전극.

24

제23항의 전극, 상대전극, 및 전해질 또는 이온화액체를 포함하는 수소발생장치.