산소 환원 및 산소 발생용 sulfur vacancy가 도입된 FeCo/Fe-CoS/NSC 이기능성 촉매의 합성 및 분석

초록

에너지 소비와 환경적인 문제가 증가함에 따라, 친환경적이고 효율적인 에너지 시스템에 대한 연구가 각광받고 있다. 그 중 아연-공기 전지는 높은 에너지 밀도를 가질 뿐만 아니라 저렴하고 안정성이 높기 때문에 유망한 에너지원으로 여겨지고 있다. 하지만, 공기극에서 발생하는 산소 환원 및 발생 반응이 4개의 전자를 수반하여 느리게 일어난다는 문제점으로 인해 산소 환원 및 발생 반응에 대한 전기화학적 활성이 모두 우수한 촉매를 개발하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 균일한 금속 전구체로 사용하기 위해 침전법을 이용하여 PBA를 합성하였고, 750°C, Ar 분위기에서 2시간 동안 열처리하여 FeCo/NC를 형성하였다. 그 후, thiourea와 함께 450°C, Ar 분위기에서 2시간 동안 열처리하여 FeCo/Fe-CoS/NSC를 형성하였고, 마지막으로 200°C, H2/Ar 분위기에서 1시간 동안 열처리하여 sulfur vacancy가 도입된 FeCo/Fe-CoS/NSC를 형성하였다. SEM, TEM, XRD, XPS 등을 통해 질소와 황이 도핑된 탄소에 둘러싸인 FeCo/Fe-CoS가 성공적으로 합성된 것을 확인하였다. 또한 LSV, Tafel, CA 등의 전기화학적 분석을 진행하여 산소 환원 및 발생 반응에 대해 모두 우수한 성능을 가지는 이기능성 촉매임을 확인하였다.