그린수소 생산을 위한 수전해 용 V-Ni3S2-P/NF 이기능성 촉매의 합성 및 평가

초록

신재생 에너지를 통해 물을 전기분해하여 얻을 수 있는 그린수소는 무게당 에너지 밀도가 높고 생산 과정에서 환경오염물질의 발생이 없어 매우 각광받는 기술이다. 수전해는 양극에서 수소 발생 반응(HER), 음극에서 산소 발생 반응(OER)의 두가지 반쪽 반응으로 구성되며, 전체 시스템의 효율을 향상시키기 위해서는 두 반응에 대한 활성을 모두 높이기 위한 전기화학 촉매의 사용이 필수적이다. 현재 HER 및 OER 용 촉매는 귀금속 기반인 Pt, RuO2, IrO2와 같은 값비싼 물질을 사용하고 있으므로 이를 대체하기 위해 매장량이 풍부하고 활성이 우수한 전이금속 기반의 촉매 개발 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구는 니켈 폼(NF)에 간단한 수열합성법 및 열처리 과정을 도입하여 1차원 구조를 갖는 V-Ni3S2-P를 직접성장시켰다. 수열합성 과정에서 바나듐 전구체의 양이 증가할수록 nucleation이 촉진되어 1차원 구조의 성장이 촉진되었으며, 이러한 구조는 전해질과 반응물을 활성 표면적으로 침투시키기에 매우 용이하다. 또한 V와 P가 Ni3S2 구조에 소량 도핑됨에 따라 전자 구조의 불균형을 유발하여 촉매 반응 중 중간체의 흡착 에너지를 조절함으로써 전기화학 반응의 키네틱을 극대화시킬 수 있었다.