고성능 산소 환원 반응용 Ni-doped Mn2O3 전극촉매의 합성 및 평가

초록

최근 환경문제로 인해 오염원을 배출하지 않는 에너지 전환장치에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 그 중 고분자 전해질 연료 전지 (PEMFC)는 미래의 친환경 에너지를 위한 지속가능한 기술로써 주목받고 있다. PEMFC의 산소극에서의 산소 환원 반응은 PEMFC의 성능을 결정하는 핵심반응으로써 촉매가 필수적이다. 주로 백금 기반의 귀금속 촉매가 사용되고 있지만 높은 단가와 낮은 내구성 등의 단점으로 PEMFC의 광범위한 상용화를 저해하고 있다. 이러한 귀금속 기반 촉매의 문제점을 해결하기 위해 저비용, 높은 안정성의 고성능 산소 환원 반응용 전극촉매를 개발하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 먼저 pH 조절을 통한 함침방법을 사용하여 입자의 크기가 감소된 구형 Ni-doped MnCO3를 합성시킨 후 600 ℃의 질소와 산소 분위기에서 5시간동안 열처리하여 산소 환원 반응용 Ni doped Mn2O3 전극촉매를 제조하였다. SEM, TEM, EDS를 통해 분석한 결과 균일한 구 형태의 촉매가 합성되었으며 Ni, Mn, O가 균일하게 분포하는 것을 확인하였다. XRD, XPS를 통해 결정성 및 조성, 산화가를 확인해 본 결과 성공적으로 Ni-doped Mn2O3가 합성되었음을 확인하였다. LSV, K-L plot, CA 등의 전기화학적 분석을 통해 합성된 Ni-doped Mn2O3 촉매가 Ni이 도핑되지 않은 Mn2O3에 비해 산소 환원 반응에 대한 우수한 활성을 갖는 것을 확인하였다.