| 초록 |
물 전기분해를 이용한 수소 및 산소 생산분야는 기존 화석연료 기반 에너지원의 대체 재생 에너지원으로서, 지속 가능하고 친환경적인 분야으로 각광받고 있다. 현재 물 전기분해 촉매로 주로 사용되는 소재는 귀금속 기반의 Pt, IrO2, RuO2와 같은 물질이며, d-band에 전자가 완전히 차있는 독특한 전자 구조를 통해 각각 산소 발생 반응(OER) 및 수소 발생 반응(HER)에서 가장 높은 촉매 특성을 나타내고 있다. 하지만 높은 가격과 낮은 안정성으로 귀금속 기반의 촉매를 대체할 수 있는 소재 개발이 중요하며, 높은 특성을 가지면서 가격 절감이 가능한 전이금속 기반의 촉매 개발이 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 Ni-Fe-Co계 금속 재료와 탄소 기반 물질을 이용한 복합재료를 개발하여 물 전기분해용 촉매 재료로 합성하고 구조적 특성을 변형시켰다. 사용된 탄소 기반 재료는 탄소나노튜브(CNT)와 그래핀 나노시트이며, 사용된 Ni-Fe-Co 금속의 합금비율을 제어하여 촉매 특성을 관찰하였다. 이 물질의 구조 및 표면 특성은 전기 촉매 활성을 향상시키기 위해 분무 열분해에 의해 합성 및 제어되었다. 합성된 Ni-Fe-Co 금속 합금 및 Ni-Fe-Co/CNT 및 Ni-Fe-Co/Graphene 탄소-금속 복합체는 ~500nm의 평균 크기 범위를 갖는 구형 입자 구조를 가지며 CNT와 그래핀이 구형 입자 내에 분산되어 있는 구조를 가지고 있다. Ni-Fe-Co 금속 합금, Ni-Fe-Co/CNT 및 Ni-Fe-Co/그래핀 금속 복합체는 각각 44.9, 66.5 및 89.1 m2g-1의 비표면적(SBET) 값을 나타내었으며, 이러한 결과는 탄소 재료를 이용하여 구조적 특성을 제어함으로서 촉매로 작용되는 입자 표면 활성 부위가 향상되었음을 의미한다. 또한, 전체 물 분해 반응에서 Ni-Fe-Co 금속 복합체의 촉매 활성 특성을 관찰하였으며, 구조적 특성 및 표면 구조에 따라 물 전기분해 효율이 향상됨을 확인할 수 있었다. |
