그린수소 생산을 위한 다공성 MXene 기반 수전해용 이기능성 촉매 개발

초록

신재생 에너지를 활용한 수전해는 고순도 수소를 생산하기 위한 가장 유망한 방법이며, 수전해의 효율을 높이기 위해서는 양쪽 전극에서 수반되는 산소 발생 반응(OER)과 수소 발생 반응(HER) 용 고성능 전기화학 촉매 개발이 필수적이다. 2D 구조를 갖는 MXene은 전이금속과 탄소 또는 질소가 결합되어 있는 고전도성 물질로, 다양한 에너지 저장 및 변환 분야에 촉매 지지체로써 적용되고 있다. 본 연구에서는 2D 구조의 Ti 기반 MXene에 다공성 채널을 도입하여 표면적을 극대화시키고 Ni 및 Fe 기반 황화물을 직접적으로 성장시켜 OER 및 HER용 전기화학 촉매로 적용하였다. 최종적으로 형성된 Ni-Fe-S/p-MXene는 풍부한 메조기공구조를 가졌으며, 최적화된 전이금속 전구체 비율(Ni:Fe=3:1)은 전기적으로 강한 상호작용을 갖는 이종접합구조를 유도하여 전하전달 효율을 향상시키고 과전압을 줄일 수 있었다. Ni-Fe-S/p-MXene를 OER 및 HER용 이기능성 전극으로 사용하여 수전해 full cell 성능을 측정한 결과 매우 우수한 촉매활성 및 장시간 안정성을 보였다.