수전해 수소 생산을 위한 Ag@Ir 코어-쉘 촉매에 대한 연구 = Study on Ag@Ir Core-Shell Catalysts for Hydrogen Production Through Water Electrolysis

국문 초록 (Abstract)

그린에너지를 통한 수소 생산이 차세대 에너지 생산을 위한 방법으로 주목받고 있지만 주된 촉매로 사용되는 이리듐의 적은 매장량으로 인한 비용 증가로 문제가 되고 있다. 물의 전기분해 과정에서 병목현상을 발생시키는 산소발생과정에서 사용되는 이리듐 촉매의 효율을 향상시키기 위한 방법으로 은을 이용한 코어 쉘 구조로 합성하였다. 코어 쉘 구조는 물질의 전자이동을 통한 상호작용으로 촉매 활성 증가와 안정성 상승, 표면적 증가로 인한 효율 상승 및 이리듐 사용량 감소로 인한 경제적 효과를 기대할 수 있다. Ag@Ir 코어 쉘 나노파티클(CSNP) 촉매는 6.39A mg-1의 질량 활성을 가지고 이리듐 나노파티클 촉매에 비해 38% 증가된 효율을 보여주었다. 또한 95.1m2 g-1의 전기화학적 표면적을 가지고 있으며 이는 기존의 이리듐 촉매에 비해 약 3배정도 높다. Ag@Ir-CSNP촉매는 10mA cm-2의 전류에서 250mV의 과전압을 가지고 91mV dec-1의 타펠 기울기를 가지고 있다. 100번의 측정을 진행한 후 61%의 질량활성이 감소했다. 이 연구를 통해 수소 생산에 사용되는 코어 쉘 구조를 통해 실질적으로 사용되는 이리듐 촉매의 양을 줄이고 촉매 성능 향상을 통해 효율적으로 수소 생산을 기대한다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 2 장 실 험 9
• 2.1 시약 및 재료 9
• 2.2 실험 방법 9
• 2.2.1 Ag@Ir 코어-쉘 나노입자의 환원법을 통한 합성 10
• 2.2.2 전기화학적 측정을 위한 촉매 잉크 제작 10
• 2.2.3 촉매 잉크의 코팅 10
• 2.2.4 형태학적 분석 11
• 2.2.5 전기화학적 분석 11
• 제 3 장 결과 및 고찰 14
• 3.1 Transmission Electron Microscope 분석 14
• 3.2 X-ray Diffraction 분석 15
• 3.3 X-ray Photoelectron Spectroscopy 분석 16
• 3.4 X-ray Fluorescence 분석 18
• 3.5 전기화학적 측정 결과 분석 19
• 3.5.1 Mass Activity와 Linear Sweep Voltammetry 19
• 3.5.2 Hg Underpotential Deposistion 20
• 3.5.3 Ag@Ir 촉매와 Ir black 촉매 비교 21
• 제 4 장 결 론 27
• [참고 문헌] 28