The proton exchange membrane fuel cell, an eco-friendly fuel cell, has recently been in the spotlight in many research fields. There are two types reactions in the fuel cell , an oxygen reduction reaction and an hydrogen oxidation reaction, both of them requires a platinum catalyst. However, the platinum catalyst occupies a large part in terms of price, and shows low stability as the reaction. Therefore, improving the activity and durability of such a platinum-based catalyst system can reduce the amount of catalyst as well as increase the lifespan, which is one of the problems that continue to challenge in catalytic chemistry.
In this thesis, we present a catalyst synthesis method that improves the activity and durability of existing catalysts by using the synthesis method of particles supporting the catalyst by emulsion polymerization. Through a simple polymerization method, it could be seen that a carbon supporting particle exhibits high yield even with low cost . Also it shows high activity and durability even with a very small amount of platinum catalyst. In addition, we can study about size effect of the supporting particles on catalysts efficiency could be identified. Furthermore, it is expected that various studies in the design of catalysts using a polymer support can be developed.
친환경 연료전지인 양성자 교환막 연료전지가 최근 많은 연구분야에서 각광 받고 있다. 이때 연료전지에서 일어나는 반응은 산소 환원반응과 수소의 산화반응으로 각 반응은 백금 촉매를 필요로 한다. 하지만 백금 촉매는 가격적인 측면에서 많은 부분을 차지하고 반응을 거듭할수록 손상이 가는, 낮은 안정성을 보인다. 따라서 이러한 백금 기반 촉매 시스템의 활성 및 내구성을 개선하는 것은 촉매의 양을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 전지의 수명을 증가시킬 수 있어, 촉매 화학에서 지속적으로 도전하는 문제 중 하나이다.
본 학위 논문에서는 에멀젼 중합으로 촉매를 지지하는 입자의 합성 방법을 이용하여 기존 촉매의 활성과 내구성을 개선하는 촉매 합성법을 제시한다. 간단한 고분자 중합법을 통하여 저비용으로 높은 수율을 나타내고, 극소량의 백금촉매 담지로도 고 내구성 및 활성을 보이는 탄소 지지체를 합성할 수 있었다. 또한 생성 된 촉매를 확장하여 지지입자 크기에 따른 전기적 촉매 특성을 규명할 수 있었으며, 나아가 고분자 지지체를 이용한 촉매 설계에 있어 다양한 연구로 발전 할 수있을 것을 기대한다.
