수소 및 산소 발생 반응용 코어 쉘 구조의 NiCo@NiCoP 촉매 합성 및 전기화학적 특성 분석

초록

최근 환경보호에 대한 인식 증가와 화석 연료 자원의 고갈로 인해 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 반응 및 산소 발생 반응은 높은 과전압을 필요로 하기 때문에 더 낮은 에너지 장벽을 갖기 위한 전기화학 촉매가 필수적이다. 전이금속 기반의 촉매는 값이 저렴하고 수소 및 산소 발생 반응에 높은 전기화학적 활성과 안정성을 보이기 때문에 전이금속을 기반으로 하는 촉매 개발 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 니켈과 코발트 기반의 촉매를 합성하여 수소 발생 반응과 산소 발생 반응에 모두 우수한 촉매 성능을 확인하였다. 수열합성법을 이용해 니켈 폼 위에 NiCo 전구체를 성장시킨 후, 수소 분위기에서 열처리하여 NiCo alloy 코어를 형성하였다. 이후 anodic oxidation 및 phosophidation을 통해 코어 쉘 구조의 NiCo@NiCoP를 합성하였다. SEM 분석 및 TEM 분석을 통해 합성된 NiCo@NiCoP의 막대 형태와 코어 쉘 구조를 확인하였으며 XRD 분석으로부터 NiCo@NiCoP의 합성을 확인하였다. 또한 LSV, CV, EIS, CP 등 전기화학적 분석을 진행하여 NiCo@NiCoP가 수소 발생 반응 및 산소 발생 반응에 좋은 촉매로 사용되는 백금, 루테늄과 비교할만한 낮은 과전압과 저항, 높은 전기화학적 안정성을 가지는 것을 확인하였다. 최종적으로 symmetric 수전해 시스템의 촉매로 적용한 결과, 낮은 과전압과 높은 안정성을 가지는 것을 확인할 수 있었다.