고효율의 수소 발생 반응을 위한 전기 촉매로서의 대면적 Ni4Mo/MoO2 구조 합성

초록

최근 화석연료의 사용량 증가와 환경 오염으로 인해 청정에너지 및 재생에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히, 신재생에너지 중 수소는 미래 에너지의 가장 유망한 대안으로 주목받고 있다. 전기화학적 물 분해는 고순도 수소를 생성하는 환경 친화적이며 효율적인 전략이다. 물 전기분해는 산소 발생 반응(OER)과 수소 발생 반응(HER)의 두 가지 전기 촉매 반응으로 구성된다. 현재까지 가장 효과적인 HER 촉매는 Pt와 같은 귀금속 기반의 재료이나, 희소성과 비용상의 단점으로 인해 대규모 적용이 제한되고 있다. 따라서 촉매 활성과 안정성이 높은 비귀금속 기반의 전기 촉매를 개발하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 수열 합성과 어닐링 공정을 통해 25cm2의 면적을 갖는 HER용 전기 촉매인 Ni4Mo/MoO2를 합성하였다. 에칭된 Ni foam을 수열 합성하여 Ni-Mo 전구체를 얻은 후, 4 % H2/Ar의 혼합 분위기 하에서 어닐링 공정을 진행하여 헤테로구조의 Ni4Mo/MoO2 촉매를 제조했다. 제조된 촉매의 형태학적 특성 및 전자구조는 주사전자현미경, X선 광전자 분광, 투과전자현미경, X선회절 분석을 통해 확인하였다. 또한, 선형주사전위법과 시간대전류법을 통해 수소발생반응에 대한 전기화학적 활성 테스트를 진행하여, 낮은 과전압과 100시간 동안 안정적으로 작동하는 고성능을 확인하였다.