Oxygen vacancy-rich Fe-doped Cobalt Oxide의 산소 발생 반응에 대한 전기화학적 촉매 특성 및 분석

초록

수전해는 고순도의 수소기체를 얻을 수 있는 방법으로 친환경적인 에너지 변환/저장 시스템으로 여겨진다. 수전해의 핵심 반응은 4전자가 참여하는 산소발생반응으로, 귀금속기반의 물질이 대표적 산소발생반응용 촉매로 알려져 있다. 하지만 귀금속 촉매는 높은 가격과 낮은 안정성 때문에 수전해의 광범위한 상용화를 저해한다는 단점을 가지고 있다. 이에 따라 많은 매장량과 높은 안정성을 지니는 금속산화물 촉매에 대한 관심이 높아지고 있다. 그럼에도 불구하고 MOF기반의 산소결핍이 유도된 고활성 산소발생반응용 금속산화물 촉매에 대한 연구는 많지 않다. 본 연구에서는 bi-metallic Fe/Co-ZIF를 solvothermal method를 통해 합성한 후, 이를 아르곤과 산소 분위기에서 열처리를 하여 N이 도핑된 carbon matrix 위에 Fe가 도핑된 cobalt oxide (FCO@NC)를 합성하였다. 그 후 수소분위기에서 열처리를 하여 산소가 결핍된 Fe-doped Cobalt Oxide (FCO-Vo@NC)를 합성하였다. FCO-Vo@NC 입자 외형을 주사 전자 현미경과 투과 전자 현미경을 통해 관찰한 결과, 열처리 후에도 12면체 구조가 잘 유지됨을 확인하였다. 또한, 선형주사전위법을 이용하여 FCO-Vo@NC의 산소 발생 반응 촉매 활성 변화를 관찰하였으며 318 mV @ 10 mA cm-2의 낮은 과접압을 가짐을 알 수 있었다.