나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 허폐이(合肥, 합비) 물질과학 연구원 산하 "고체 물리 연구소" 소속 "나노 소재 및 디바이스 기술 연구부"의 리웨(李越, 이월) 연구원 연구팀은 최근 철 베이스 나노 복합 소재의 OER 촉매 성능 연구에서 혁신성과를 취득함. 연구팀은 FeP/Fe3O4/CNTs 복합 소재를 합성하였는데 동 복합 소재는 우수한 산소 환원 반응 촉매 활성 및 안정성을 나타내며 우수한 활성과 빠른 반응속도를 보임.

심각해지는 에너지 부족 및 환경오염 문제로 지속가능한 청정에너지 개발은 매우 중요함. 비교적 많은 지속가능한 에너지 응용 중에서 산소 환원 반응(OER)은 중요하며, OER 반응속도가 느리기 때문에 효율성이 높은 촉매를 이용하여 반응 과정을 가속화할 필요가 있음.

현재 Ru와 Ir 산화물은 여전히 가장 이상적인 OER 촉매로 평가 받고 있지만 이런 귀금속은 상대적으로 가격이 높고 희소하기 때문에 대규모 상용화는 제한을 받고 있음. 연구팀은 다양한 전이 금속 베이스 전기 촉매를 개발하여 귀금속 베이스 촉매를 대체하였는데 그 중 가격이 저렴하고 지구상에서 저장량이 풍부한 철 베이스 나노 소재에 대한 연구를 수행하였음.

전이 금속 인화물(磷化物)은 우수한 촉매 활성 및 안정성을 가지고 있기 때문에 전망이 밝은 OER 촉매에 속함. 비교적 많은 연구를 통해 전이 금속 인화물과 기타 기능 소재 결합은 소재의 전기 촉매 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있음이 입증되었음. 특히 전이 금속 산화물과 인화물 사이의 전자전이 및 커플링 역할은 인화물의 전기 촉매 활성을 뚜렷이 향상시킴을 입증하였음.

연구팀은 우수한 전기 전도성을 보이는 탄소 베이스 소재, 예를 들면 탄소 나노튜브(CNTs)와 결합하여 복합소재를 합성하고 전기 촉매 활성을 한층 더 향상시켰음.

연구팀은 간단한 방법으로 흡착, 어닐링(annealing), 인화(磷化) 과정을 통해 CNTs 상에 균일하게 탑재할 수 있는 FeP/Fe3O4 홀 하이브리드 나노입자(hollow hybrid nano-particle)를 개발하여 효율적인 OER 전기 촉매로 사용하였음.

연구팀이 개발한 복합 소재를 우수한 전기 전도 특성을 보이는 CNTs 상에 탑재하는 방법은 비(非)귀금속 베이스 촉매를 개발하는 데 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘ACS Applied Materials & Interfaces’ ("Hollow FeP/Fe3O4 Hybrid Nanoparticles on Carbon Nanotubes as Efficient Electrocatalysts for the Oxygen Evolution Reaction") 지에 게재됨.