산소환원반응 용 Zn-Co-S@NSC 전극촉매의 합성 및 분석

초록

화석연료의 무분별한 사용으로 인해 금속-공기 전지, 연료전지 등 환경 친화적인 에너지 변환 및 저장장치에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 전지들의 환원전극에서 발생하는 산소환원반응은 4전자가 관여되는 복잡한 메커니즘으로 인해 전체적인 셀의 성능에 지대한 영향을 미친다. 따라서 산소환원반응에 높은 활성을 띄는 전극촉매 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 Zn, Co 전구체와 2-methylimidazole을 사용하여 이종금속 ZIF를 합성한 후 황과 함께 700 ℃, Ar 분위기에서 2시간동안 고온 열처리하였다. 그 결과 질소와 황이 도핑된 탄소 매트릭스 위에 zinc-cobalt sulfide가 균일하게 분포된 산소환원반응 용 전극촉매를 합성할 수 있었다. SEM, TEM, EDS 분석을 통해 Zn-Co-S@NSC의 12면체 표면형상과 균일한 원소분포도를 관찰할 수 있었으며, XRD, XPS 분석을 통해 질소와 황이 탄소 매트릭스에 성공적으로 도핑되었음을 확인하였다. 또한 LSV, K-L plot, CA 분석을 통해 산소환원반응에 대한 높은 활성 및 선택도를 가질 뿐만 아니라 우수한 안정성을 보임을 확인하였다.