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Research Highlights

High Performance binder-free Fe-Ni hydroxides on nickel foam prepared in piranha solution for the oxygen evolution reaction
  • Year

    2020

  • Author

    LSWRG

  • Professor

    Prof. Jong-Sung Yu, Choel-Hwan Shin et al

  • Journal

    Sustainable Energy & Fuels (IF=5.503)

  • Abstract

    DGIST(총장 국양) 에너지공학전공 유종성 교수 연구팀은 기존 Nickle foam 대비 (430 mV) 낮은 산소 발생 반응 과전압을 갖는 binder-free FeNi 기반 촉매 전극 (245 mV) 개발, 10월 26일 에너지 분야의 국제학술지인 Sustainable Energy & Fuels (IF : 5.503)에 게재하였다. [Sustainable Energy Fuels, 2020, 4, 6311]

    Nickle foam은 다공성 구조 및 높은 전기전도도를 갖고 있어, 수전해 등 다양한 분야에서 촉매 전극으로 응용되고 있지만, 본래 Nickel foam 자체의 촉매 활성은 한계를 보이고 있다. 이에 Fe (철) 이온을 포함하는 Piranha solution 용액 (황산: 과산화수소 = 3:1)을 열처리함으로써 활성이 우수한 산소 발생 반응 전극 촉매을 합성하였다.

    Fe을 포함하는 다양한 용액 (물, 과산화수소, 황산, Piranha solution) 조건에서 합성하였고,  Piranha solution을 사용했을 시 산소 발생 반응에서 가장 낮은 과전압 (245 mV)을 보여주었으며 (물: 290 mV, 과산화수소: 265 mV, 황산: 260 mV), 산소 발생 반응 촉매로 알려진 RuO2 귀금속 촉매 (310 mV)보다 낮은 과전압을 가졌다.

    장기성능 테스트 시 본래의 촉매 활성은 500시간 동안 유지되었으며, 태양전지와 연결하여 사용 시 24 mA/cm2의 높은 성능을 보여주었다.

    밀도함수이론 (density of function, DFT) 계산 결과 Fe이 활성점으로 작용하였으며,  Ni이 높은 Fe의 산소 흡착에너지를 낮추었다. 본 연구를 통해 용매 반응을 이용한 다양한 촉매 합성법을 제시하였다.