본 기술은 N-Methyl-2-pyrrolidone(NMP) 기반 단량체와 금속 전구체를 원료로 하여, 유기물 첨가제의 유무와 종류에 따라 탄소 매트릭스의 형태(시트 또는 다공체)와 금속의 결합 형태(이온 또는 입자)를 제어하는 금속-탄소 복합 촉매 제조 기술입니다. 질소 도핑된 탄소에 금속이 결합해 M-N 활성 사이트를 형성하고, 금속 입자는 외부 탄소쉘로 보호되어 안정성을 확보합니다.
기존 탄소 기반 촉매는 구조 제어가 어렵고 공정 효율이 낮았으며, 환경에 유해한 산·염기 처리 공정에 의존하는 문제가 있었습니다. 또한 백금이나 루테늄 같은 귀금속 촉매는 가격이 높고, 저가 금속 촉매는 산소 환원(ORR)과 산소 발생(OER) 반응에서 활성과 장기 안정성이 부족한 한계가 존재했습니다.
본 기술은 NMP를 포함한 단량체와 금속 전구체를 라디칼 중합, 열처리, 탄화 과정에 거치게 하고, 4-아미노피리딘이나 피롤-2-카르복실산 같은 유기물 첨가제를 선택적으로 사용해 탄소 시트나 탄소 스펀지 등의 구조와 기공을 조절하도록 구성됩니다. 피리디닉·피롤릭 질소 도핑으로 금속 결합력을 최적화하고 탄소쉘로 내구성을 높이므로, 아연-공기 전지의 공기극과 연료전지 캐소드 촉매에 적용될 수 있어 산·염기 후처리 없이 저가 전이금속만으로 이원 기능 촉매를 만들 수 있습니다.
US12315939B2, WO2021-075906A1
