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Dealloyed PtCu catalyst as an efficient electrocatalyst in oxygen reduction reaction
손연선,박진후,김필,주지봉 한국물리학회 2015 Current Applied Physics Vol.15 No.9
Pt-transition metal alloy catalysts with an active Pt surface have exceptional properties for use in oxygen electro-reduction reactions in fuel cells. Herein, we report the simple synthesis of dealloyed PtCu catalysts and their catalytic performance in oxygen reduction. The dealloyed PtCu catalysts consisted of a Ptenriched shell with a PteCu alloy core and were synthesized through a chemical co-reduction process followed by thermal annealing and chemical dealloying. During synthesis, thermal annealing leads to a high degree of formation of PtCu alloy particles (e.g., PtCu or PtCu3), and chemical dealloying causes selective dissolution of unstable Cu species from the surface layers of the PtCu alloy particles, resulting in a PtCu alloy@Pt-enriched surface coreeshell configuration. Our PtCu3/C catalyst exhibits a great improvement in the oxygen reduction reaction with a mass activity of 0.501 A/mgPt, which is 2.24 times greater than that of a commercial Pt catalyst. In this article, the synthesis details, characteristics and performance improvements in ORR of chemically dealloyed PtCu catalysts are systemically explained.
이종금속산화물로 변형된 탄소에 담지된 백금 촉매의 제조 및 특성분석
손연선,박진후,정재영,남기석,유성종,김필 한국공업화학회 2016 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2016 No.1
고분자 전해질형 연료전지의 촉매로써 카본에 담지된 백금 촉매의 경우 성능은 우수하지만 내구성이 낮아 연료전지 장기 성능 구현을 어렵게 한다. 카본에 담지된 백금 입자의 경우 cycle이 반복될 수록 백금의 용해 및 재증착으로 인해 촉매의 유효 활성 표면적이 감소하여 산소환원반응 활성이 저하된다. 또한, 연료전지의 담체로 주로 사용되는 카본 블랙의 경우 연료전지 구동 조건하에서 전기화학적 부식이 발생한다고 알려져 있다. 카본이 부식됨에 따라 지지체를 잃은 백금 나노 입자가 손실되어 촉매의 활성을 감소시킨다. 본 연구에서는 카본 표면에 작용기를 도입한 뒤 금속산화물 입자를 표면에 담지한 뒤 백금 촉매의 담체로써 사용하여 활성 및 내구성이 우수한산소환원반응용 백금 촉매를 합성하였다. 금속산화물의 함량에 따른 다양한 특성 분석을 통하여 촉매의 성능에 미치는 영향을 파악하였다.
손연선,박진후,이상수,박명훈,유성종,남기석,김필 한국공업화학회 2015 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2015 No.0
연료전지의 산소환원반응에는 활성이 우수하고 안정한 백금 촉매가 주로 사용되는데, 백금에 니켈, 철, 구리, 코발트 등의 전이금속을 합금화 할 경우 촉매의 성능을 향상시킬 수 있다고 보고되고 있다. 전이금속이 다량 포함되어 있을 경우 촉매의 성능 향상에 한계가 있으므로 탈합금화를 통해 촉매의 구조를 제어하고 성능을 증가시킨다. 탈합금화 촉매의 성능 및 특성은 금속의 종류 및 함량, 처리 방법에 의해 영향을 받기 때문에 적절한 조건으로 촉매를 합성해야 한다. 본 연구에서는 백금과 구리를 다양한 조성으로 합금화 한 뒤 열처리하고, 백금과 구리의 갈바닉 치환반응을 이용하여 탈합금화된 다공성 구조의 PtCux@Pt 코어-쉘 촉매를 합성하였으며, 그에 따른 촉매의 물성 분석 및 전기화학적 특성 분석을 수행하였다.
Preparation of porous PtAuCu@Pt core-shell catalyst for application to oxygen reduction
손연선,정남기,이명재,이수형,남기석,김필,유성종 한국공업화학회 2019 Journal of Industrial and Engineering Chemistry Vol.79 No.-
Designing a Pt-based catalyst with high oxygen reduction reaction (ORR) performance is very importantfor the improvement of the economic feasibility of polymer electrolyte fuel cells. Herein, we suggest amethod to prepare a Pt-based core-shell catalyst with high ORR activity and durability by galvanicdisplacement between Cu on a thermally annealed sample of (PtxAuy)1Cu5/C-HT and Pt ions. Theresultant catalysts ((PtxAuy)1Cu5@Pt/C) showed a porous core–shell structure with a Pt-enriched surface. The composition of (PtxAuy)1Cu5/C-HT influenced the physical properties of the resultant (PtxAuy)1-Cu5@Pt/C catalysts. (PtxAuy)1Cu5@Pt/C catalysts exhibited better ORR performance than a commercial Pt/C one and their performance varied with the composition. Among the catalysts examined,(Pt1Au0.1)1Cu5@Pt/C showed the best ORR activity. Specifically, it delivered a mass and specific activityof 0.660 mA/mgPGM and 1506.2 mA/cm2Pt at 0.9 V (vs. RHE), respectively. These are 2.7 and 4.2 timeshigher than corresponding values obtained for Pt/C. In an accelerated degradation test, addition of Auproved beneficial for the design of a highly durable catalyst. The effect of the Au content on the physicalproperties and ORR performance of catalysts was interpreted in detail.