마이크로파 기반의 신속·제어 합성을 통한 산소 환원 및 산소 발생 반응용 이중 금속 MOF 촉매의 제조 및 분석

초록

아연-공기 전지는 높은 에너지 밀도와 경제성, 친환경성으로 차세대 전지로 각광받고 있으나, 양극에서의 산소 발생·환원 반응(OER·ORR) 속도 저하로 성능이 제한되며 현재 상용화된 귀금속 촉매는, 높은 비용과 낮은 내구성 및 효율성이 한계로 작용한다. 이에 따라, 비용 효율성과 안정성을 동시에 확보할 수 있는 전이금속 기반 이기능성 촉매 개발이 필수적이다. 본 연구에서는 NiCo-BTC와 CoFe-BTC를 마이크로파 합성 장치를 이용해 180 °C에서 10분간 반응시켜 합성하였다. 이후 800 °C, Ar 분위기에서 2시간 동안 열처리를 진행하여 각각 NiCo/NC와 CoFe/NC를 얻었다. 이어서 thioacetamide와 전구체를 DMF에 용해한 뒤, 마이크로파 합성 장치를 이용해 230 °C에서 30분간 반응시켜 NiXCo9-XS8/NSC와 Co9S8/FeS/NSC를 합성하였다. SEM, XRD, FT-IR과 같은 물성 분석을 통해 촉매의 모폴로지와 결합을 확인하였고 LSV, Tafel, CA 등의 전기화학적 분석을 진행하여 산소 환원 및 발생 반응에 대해 모두 우수한 성능을 가지는 이기능성 촉매임을 확인하였다.