산소원자 결함이 유도된 Co3O4 및 CoFe LDH 헤테로구조의 고성능 산소발생반응 촉매 합성

초록

최근 화석연료 사용으로 인한 환경오염 및 연료고갈의 문제가 심각하다. 이를 해결하기 위해 차세대 청정연료로써 그린수소가 각광받고 있는데, 이는 재생에너지를 활용한 물의 전기분해를 통해 생산할 수 있다. 하지만, 이 과정에서의 산소발생반응은 단계가 복잡하고 속도가 느리기 때문에 수소 발생 효율을 저해하고 있어 이를 잘 매개할 수 있는 촉매의 개발이 필수적이다. 본 연구는 산소원자 결함이 유도된 Co3O4 및 CoFe LDH의 복합체를 형성하여 고성능의 촉매를 합성하였다. 먼저, ZIF-67을 탄화 및 산화과정을 거쳐 Co3O4를 합성하고 이후 수소분위기에서 열처리를 진행하여 산소원자결함을 형성하였다. 또한 초음파 공정을 통해 CoFe LDH와의 이종접합을 형성하였다. 복합체 형성은 XRD, TEM, SEM 분석을 통해 확인하였으며, 계면에서의 전자의 재분배를 통한 전자구조의 최적화 과정은 XPS 분석으로 확인하였다. 합성한 촉매를 LSV 및 CA를 통해 산소발생반응에 대한 전기화학적 활성 테스트를 진행하여, 낮은 과전압과 30시간 동안 안정적으로 작동하는 고성능을 확인하였다.