나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 칭다오(靑島, 청도) 바이오 에너지 및 과정(過程) 연구소 리앙한푸(梁漢璞, 양한박) 연구원이 주도하는 "에너지 소재 및 나노 촉매 연구 그룹"은 순환 재생의 바이오매스를 이용하여 Fe1 단일 원자와 Fe1Pt1 이중 단일 원자를 개발한 기초 상에서 절차가 간단하고, 과정이 환경 친화적인 합성방법을 개발함. 동시에 동 방법으로 질소 도핑의 다공성 탄소 나노 막대를 로드한 Fe 단일 원자 촉매제를 개발하는데 성공함.

연구팀이 개발한 절차가 간단하고, 과정이 환경 친화적인 합성방법은 수계(水系)에서 Fe가 균일하게 도핑 된 금속 유기 프레임(frame) 소재 전구체를 실현함. 다음 고온 열분해를 거쳐 산(酸) 세척 처리가 필요 없는 상황 하에서 고도로 균일하게 분산된 Fe 단일 원자 촉매제를 획득할 수 있는 것으로 나타남.

연구팀은 합성된 촉매제에 대해 전자 현미경을 통한 표면 특성 분석을 수행하였는데, 동 촉매제는 우수한 산소 환원 촉매 활성과 장시간 안정성을 보임.

알칼리성 매개체 중에서 초기 전위(電位)와 반파(半波) 전위(電位)는 상용화 Pt/C 촉매제에 비해 각각 30mV와 60mV보다 높은 것으로 나타났으며, 20시간의 안정성 측정 테스트를 거쳐 상용화 Pt/C 촉매제 손실은 53%에 달하고, 합성 촉매제의 손실은 5%에 불과한 것으로 나타났음.

연구팀이 개발한 촉매제는 산성(酸性) 매개체 속에서도 비교적 이상적인 촉매 성능을 나타낸다는 점을 입증함.

연구팀은 음극 소재를 아연 공기 배터리 속에 조립하여 142mW cm-2에 달하는 고출력 밀도를 실현하였는데 상용화 Pt/C 배터리보다 58mW cm-2나 더 높은 것으로 나타났으며, 이미 보도된 전이금속 단일 원자 촉매제보다 우수한 것으로 나타남.

이번 연구를 통해 간단하고 환경 친화적으로 질소 도핑 탄소를 로드하여 Fe 단일 원자 전기 촉매제를 합성하는 효과적인 루트를 제공함.

본 연구 성과는 ACS Sustainable Chemistry & Engineering ("Green Synthesis of a Highly Efficient and Stable Single-Atom Iron Catalyst Anchored on Nitrogen-Doped Carbon Nanorods for the Oxygen Reduction Reaction")에 게재됨.