산소 발생 및 환원 반응용 속이 빈 구체 구조를 갖는 CoFe/CoFe2O4-x@NHC with Oxygen Vacancy 촉매 합성 및 분석

초록

화석연료 사용으로 인한 환경오염 문제가 대두됨에 따라 지속 가능한 친환경 에너지원으로 수소에 대한 관심이 증가하고 있다. 여러 수소생산 방법 중, 수전해는 고순도의 수소 기체를 얻을 수 있는 방법으로 차세대 수소 생산에 중추적인 역할을 할 것으로 여겨진다. 따라서 경제적인 수소 생산을 위해 현재 사용되고 있는 귀금속 기반의 촉매를 대체할 전이금속 기반의 저비용, 고성능의 산소 발생 반응용 전극촉매 개발이 필수적이다. 그럼에도 불구하고 산소 결핍이 유도된 MOF 기반의 산소 발생 반응용 금속산화물 촉매에 대한 보고는 많지 않다. 본 연구에서는 co-precipitation method를 이용하여 bi-metallic Fe/Co-ZIF를 합성한 후 아르곤과 산소 분위기에서 고온 열처리를 통해 N이 도핑된 탄소 위에 Fe-doped Cobalt Oxide (FCO@NC)를 합성하였다. 그 후 수소 분위기에서 열처리를 통해 산소 결핍을 유도하여 산소가 결핍된 Fe-doped Cobalt Oxide (FCO-Vo@NC)를 합성하였다. 주사 전자 현미경과 투과 전자 현미경을 통해 고온 열처리 후에도 12면체 구조가 잘 유지됨을 확인하였으며, X-ray 회절 분석 및 라만 분광법, 광전자 분석 등을 통해 산소 결핍과 Fe dopant를 확인하였다. 또한 선형주사전위법 (LSV)을 이용하여 Fe dopant 와 oxygen vacancy가 산소 발생 반응에 끼치는 촉매 활성 변화에 대한 분석을 진행하였다.