MOF로부터 합성된 Zinc cobalt sulfide의 산소 환원 반응에 대한 전기화학적 촉매 특성 및 분석

초록

최근 화석연료 사용에 따른 환경문제가 대두되면서 연료전지와 금속-공기 전기 등, 환경에 무해한 에너지 변환장치에 대한 관심이 높아지고 있다. 산소 환원반응은 연료전지와 금속-공기 전지의 환원전극에서 일어나며, 4전자가 참여하는 복잡한 반응 메커니즘으로 인해 전지의 성능에 지대한 영향을 미친다. 따라서 산소환원 반응용 고성능 촉매 개발에 대한 필요성이 증가하고 있다. 본 연구에서는 bi-metallic Zn/Co-ZIF를 합성한 후, 황과 함께 열처리를 통해 질소와 황이 도핑된 탄소 구조체 위에 zinc-cobalt sulfide가 균일하게 분포된 산소환원반응용 전극촉매 (Zn-Co-S@NSC)를 합성하였다. Zn-Co-S@NSC의 표면형상을 주사 전자 현미경과 투과 전자 현미경을 통해 분석한 결과, 열처리 전후 12면체 구조의 붕괴가 관찰되지 않았으며, X선 회절분석과 광전자분광법을 통해 촉매의 결정구조 및 표면의 성분 분석을 진행하였다. 산소 환원 반응에 대한 전기화학적 촉매 활성은 선형 주사 전위법(Linear Sweep Voltammetry)로 평가하였으며 그 결과, 0.955 V (vs. RHE)의 onset-potential과 0.831 V (vs. RHE)의 half-wave potential을 보이며 산소 환원 반응에 대한 높은 활성을 확인하였다.