수소 발생 반응용 황이 결핍된 구형구조의 VS4 촉매 합성 및 전기화학적 특성 분석

초록

최근 증가하는 에너지 수요와 환경보호에 대한 인식으로 친환경 에너지 변환 및 저장 장치에 대한 관심이 높아지고 있다. 수전해를 통한 수소 생성 및 저장 기술은 고순도의 수소를 얻을 수 있어 미래의 에너지 기술로 많은 주목을 받고 있다. 수전해에서의 수소 발생 반응은 높은 과전압을 필요로하기 때문에 더 낮은 에너지 장벽을 갖도록 하는 수소 발생용 촉매 개발이 필수적이다. 이 중 전이 금속 기반의 촉매는 값이 저렴하고 수소 발생 반응에 높은 전기화학적 활성과 안정성을 보여 전이 금속을 기반으로 한 촉매 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 바나듐 기반의 촉매를 합성하여 수소 발생 반응에 우수한 촉매 성능을 확인하였다. 수열합성법을 이용해 VS4를 합성하였고, 수소 분위기에서 열처리하여 황이 결핍된 VS4 (VS4-Vs)를 합성하였다. SEM 분석을 통해 합성된 VS4의 구형구조가 수소 분위기에서의 열처리 이후에도 잘 유지됨을 확인하였으며 XRD 분석으로부터 VS4의 합성과 수소 열처리를 통해 VS4의 황이 결핍되었음을 확인하였다. 또한 LSV, CA 등 전기화학적 활성 분석을 진행하여 VS4-Vs가 수소 발생 반응에 좋은 촉매로 사용되는 백금과 비교할만한 낮은 과전압과 높은 전기화학적 안정성을 가지는 것을 확인할 수 있었다.