효율적인 산소발생반응을 위한 나노플라워 구조 구리-코발트-니켈 삼원계 금속 산화물
- 주제(키워드) 산소발생반응 , 금속 산화물
- 발행기관 고려대학교 대학원
- 지도교수 이인환
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 대학원 신소재공학과
- 세부분야 해당없음
- 원문페이지 82 p
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/korea/000000268984
- UCI I804:11009-000000268984
- DOI 10.23186/korea.000000268984.11009.0001366
- 본문언어 한국어
초록/요약
Over-reliance on fossil fuels and the inevitable exhaustion have raised the issue of environmental pollution and energy crisis. In response to this serious situation, intensive research has been conducted recently to find renewable and clean energy. As a renewable and pure source of energy, hydrogen is a promising alternative fuel for efficient energy production and storage, and electrochemical water splitting is one of the cleanest, most eco-friendly, and sustainable energy production methods for hydrogen production. As a key challenge to improve the energy conversion efficiency of electrochemical water splitting, it is essential to find an efficient and economical electrocatalyst to reduce a high overpotential of an oxygen evolution reaction(OER), and several new electrocatalysts for efficient OER have been developed. This research manufactured Cu-NiCo2O4 catalyst electrode with the excellent activity of nanostructures and high mobility using the sputtering method and a simple hydrothermal synthesis method with Ni foam support. In addition, it was possible to obtain a Cu-NiCo2O4 catalyst electrode having a larger specific surface area, following the steps of the sputtering coating method. The Cu-NiCo2O4 catalyst electrode effectively reduced the overvoltage of the oxygen evolution reaction, and exhibit a low 88.82 mV/dec Tafel slope performance along with a low overvoltage of 276 mV/cm2 in an alkaline solution. The use of Ni foam, a three-dimensional porous structure, which includes a catalyst of wetting nanostructures, resulted in excellent durability by removing oxygen bubbles faster during the oxygen evolution process.
more초록/요약
화석 연료에 대한 과도한 의존과 불가피한 고갈로 인하여 지구 환경 오염 과 에너지 위기에 대한 문제가 대두되어 최근 몇 년 동안 재생 가능하고 청정한 에너지 대안을 찾기 위하여 집중적인 연구가 진행되었다. 재생 가능하고 깨끗한 에너지원으로서 수소는 효율적인 에너지 생산 및 저장을 위한 유망한 대체 연료이며, 전기화학적 물 분해는 수소를 생성하기 위한 가장 깨끗하고 친환경적이며 지속 가능한 에너지 생산 방식 중 하나이다. 전기화학적 물 분해의 에너지 변환 효율을 향상시키는 핵심 과제로서 산소발생반응의 높은 과전위를 줄이기 위해 효율적이고 경제적인 전기 촉매를 찾는 것은 필수적이며, 효율적인 산소발생반응을 위하여 수많은 새로운 전기 촉매가 개발되었습니다. 본 연구에서는 Ni foam지지체를 사용하여 간단한 수열합성법과 더불어 Sputtering공법을 이용하여 나노구조체의 우수한 활성과 높은 전하이동도를 가지는 Cu-NiCo2O4 촉매전극을 제작하였다. 또한 단계적 Sputtering 코팅방식에 따라 더 큰 비표면적을 가진 Cu-NiCo2O4 촉매전극을 얻을 수 있었다. Cu-NiCo2O4 촉매전극은 산소발생반응의 과전압을 효과적으로 줄여 알칼리성 용액에서 낮은 276 mV/cm2의 과전압과 함께 낮은 88.82 mV/dec Tafel 기울기 성능을 나타냈다. 습윤성을 띄는 나노구조체의 촉매를 포함한3차원 다공구조 Ni foam의 사용은 산소발생 과정에서 산소 기포를 더 빠르게 제거하여 우수한 내구성을 띄었다.
more목차
1. 서론 1
2. 연구배경 6
2.1. 전기화학적 물 분해 6
2.1.1. 전기화학적 물 분해 방식 6
2.1.2. 전기화학적 물 분해의 원리 7
2.1.3. 전기화학적 물 분해의 문제점 및 해결책 12
3. 실험방법 15
3.1. 전극의 준비 15
3.1.1. 기판 준비 (Nickel foam, NF) 15
3.1.2. NixCo1-x(CO3)0.5OH 촉매전극 15
3.1.3. NiCo2O4 촉매전극 16
3.1.4. Cu-NiCo2O4 촉매전극 16
3.1.5. (20%) Pt/C@NF 17
4. 결과 및 고찰 20
4.1. Cu-NiCo2O4 촉매전극의 구조적특성 20
4.1.1. X-선 회절법 (XRD) 20
4.1.2. 광전자 분광법 (PES) 24
4.1.3. 전계방출형 주자전자현미경 (FE-SEM) 28
4.1.4. 투과전자현미경 (TEM) 33
4.1.5. 접촉각 38
4.2. Cu-NiCo2O4촉매전극의 전기화학적 물 분해 특성 41
4.2.1. 전기화학 측정 (EC) 41
4.2.2. 선형주사전위법 (LSV) 43
4.2.3. 순환전압전류법 (CV) 49
4.2.4. 전기화학 임피던스분광법 (EIS) 53
4.2.5. 시간대전류법 (CA) 57
5. 결론 60
6. 참고문헌 61
