샌드위치 구조 촉매는 효율적으로 수소 에너지를 생성 할 수 있습니다.

샌드위치 구조 촉매는 효율적으로 수소 에너지를 생성 할 수 있습니다.

샌드위치는 카드 게임을 중단없이 플레이하기 위해 18 세기 귀족이 만든 음식입니다. 고기 나 야채를 겹겹이 쌓은 다음 빵 사이에 넣어 게임에 참여하는 동안 빠르게 먹습니다. 이 효율적인 음식은 또한 충분한 칼로리와 영양을 전달했습니다.

포스텍 연구팀은 샌드위치와 같은 레이어링이 화석 연료의 대체 에너지 원인 수소 에너지를 얻는 훌륭한 방법이라는 것을 발견했습니다.

이인수 교수, MS / PhD 통합 과정 학생 장선우, 포스텍 화학과 수멘 두타 박사가 이끄는 연구팀은 활성화를 통해 효율적으로 수소 에너지를 생성 할 수있는 샌드위치 구조 촉매를 개발했다. 물 전기 분해.

이 연구 결과는 최근 American Chemical Society의 국제 저널 인 ACS Nano에 게재되었습니다 .

수소 연료 전지는 산소 (O 2 )와 수소 (H 2 ) 로부터 물 (H2O)을 생성하는 화학 반응을 이용하여 전기를 생산하는 친환경 발전 장치입니다 . 최근 수소 구동 차량이 출시되고 가정에 수소 연료 전지가 보급됨에 따라 수소는 화석 연료를 대체 할 차세대 에너지 원으로 널리 인식되고 있습니다.

태양이나 풍력에서 얻은 잉여 전류를 이용하여 물을 분해하고 수소를 생산하는 방식은 고순도 수소 연료를 대량으로 생산하는 가장 쉽고 친환경적인 방법으로 간주됩니다.

그러나이 방법은 생산 효율이 낮고 비용이 많이 든다는 단점이있다. 물 전기 분해를 통해 생산되는 수소 연료의 단가를 낮추기 위해서는 수소 발생 효율을 극대화 할 수있는 고 활성 및 안정된 전기 화학 촉매 개발이 필요하다.

백금 (Pt)은 수소 생성 반응에 가장 적합한 촉매로 여겨져 왔지만 물 분자에 대한 친 화성이 낮고 결과적으로 물 전기 분해 속도가 느려 알칼리 전해질 조건에서 발생하는 상업적 공정에 적용하기가 어렵습니다.

이러한 한계를 보완하기 위해 금속 황화물과 물 전기 분해를 촉진하는 백금 나노 입자를 결합하려는 많은 시도가 있었지만, 백금 / 금속 황화물 표면의 불안정한 특성은 촉매의 내구성을 크게 감소시키는 또 다른 약점을 제시합니다.

이에 대응하여 연구팀은 촉매의 효율성과 내구성을 동시에 향상시키기 위해 2 차원 형태의 백금 / 금속-수산화물 계면을 설계했습니다.

수 나노 미터 두께의 니켈 / 철-이중-수산화물 (LDH) 표면에 약 1nm의 백금 층을 성장시키는 독창적 인 기술로 2D- 니켈 / 철을 함유 한 샌드위치 형태의 2D-2D 나노 하이브리드 재료 -수산화물-나노 플레이트가 성공적으로 합성되었습니다.

합성 된 샌드위치 촉매는 금속-수산화물과 백금 사이에 상승적인 촉매 효과를 가지며, 이는 넓은 2D-2D 인터페이스에서 밀접하게 접촉합니다.

이때 기존 촉매 물질 (20 % -Pt / C)의 6 배 이상의 활성을 나타내며, 50 시간 이상 수소를 생성하는 물 전기 분해에서도 활성을 저하시키지 않고 안정적인 촉매 기능을 유지합니다.

샌드위치 촉매는 탄소 지지체를 사용하지 않는 물질 중에서 가장 높은 알칼리 용액 수소 생성 촉매 활성을 갖지만 3 ~ 5 시간 동안 안정한 유사한 전기 화학 촉매보다 훨씬 더 내구성이 있습니다. 우리는 그것들이 수소 생산을위한 비용 효율적인 공정 개발에 적용될 것으로 기대합니다. "

이인수 포항 공과 대학교 화학과 교수 겸 연구 책임자