산소 발생 반응용 oxygen vacancy-rich Fe-doped Cobalt Oxide 촉매 합성 및 분석

초록

화석연료의 사용으로 인한 환경오염 문제의 대두와 증가하는 에너지 수요로 인해 경제적이고 친환경적인 에너지 생산 기술로써 수소 생산에 대한 관심이 증가하고 있다. 하지만 수전해를 통한 수소 생산은 산화극에서 발생하는 산소 발생 반응의 큰 과전압으로 인해 실제적인 산업적 적용에 어려움이 있다. 따라서 경제적인 수소 생산을 위해 전이금속 기반의 고성능 산소 발생 반응용 촉매 개발이 필수적이다. MOF 기반 촉매는 다공성 구조와 넓은 표면적 등의 장점으로 인해 다양한 분야에서 사용되고 있으나 산소 발생 반응용 산소가 결핍된 MOF 기반의 금속산화물 촉매에 대한 연구는 많지 않다. 본 연구에서는 bi-metallic Fe/Co-ZIF를 co-precipitation 방법을 통해 합성한 후 아르곤과 산소 분위기에서 2단계의 고온 열처리를 통해 N-doped carbon 위에 Fe-doped Cobalt Oxide (FCO@NC)를 합성하였다. 그 후 합성된 FCO@NC를 수소 분위기에서 열처리를 통해 산소가 결핍된 Fe-doped Cobalt Oxide (FCO-Vo@NC)를 합성하였다. X선 회절 분석, 라만 분광법 및 광전자 분석을 통해 Cobalt oxide와 Oxygen vacancy의 형성 및 Fe dopant의 여부를 확인하였다. 또한 주사 전자 현미경 및 투과 전자 현미경을 통해 고온 열처리 후에도 12면체 구조가 유지됨을 확인하였으며, 다양한 전기화학적 분석을 통해 산소 발생 반응에 대한 전기화학적 활성을 평가하고 Fe dopant와 Oxygen vacancy가 산소 발생 반응에 끼치는 영향에 대해 분석하였다.