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Research Highlights

Self-Limiting Growth of Single-Layer N-Doped Graphene Encapsulating Nickel Nanoparticles for Efficient Hydrogen Production.
  • Year

    2021

  • Author

    LSWRG

  • Professor

    Prof Jong-Sung Yu, Zhang Chunfei et al

  • Journal

    ACS Appl. Mater. Interfaces (IF=8.758)

  • Abstract

    DGIST(총장 국양) 에너지공학전공 유종성 교수 연구팀은 금속-실리카 구조체를 통해 니켈 나노 입자에 N-도핑된 단층 그래핀을 선택적으로 코팅할 수 있는 방법을 개발하고 수전해 수소 생산 촉매로 응용하여, 21년 1월 재료 연구 분야의 저명한 국제학술지인 ACS Appl. Mater. Interfaces (IF : 8.758, 10.35 %)에 게재함. [ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 4294]에 게재하였다.

    그래핀-코팅된 금속 나노입자는 우수한 내구성을 가지고 있어서 전기화학 반응 등 촉매 분야에 높은 잠재력을 가지고 있다. 그러나 금속 나노입자에 그래핀을 코팅할 때, 탄소 나노 튜브, 그리고 다층-그래핀 등 부 생성물이 생기기 쉽고 이는 촉매 활성을 감소시키는 원인이 된다. 해당 연구진은 이러한 점을 착안, 금속 나노 입자에 단층 그래핀만을 선택적으로 코팅하여 높은 활성 및 내구성을 동시에 갖는 촉매를 확보할 수 있는 방법을 모색하였다.

    금속-실리카 구조체에서 금속 나노 입자를 감싸고 있는 실리카 기지가 탄소 라디칼의 확산을 둔화시키는 것을 이용하여, 높은 정밀도로 단층-그래핀 코팅된 니켈 나노 입자를 합성할 수 있음을 보여주었다. N-도핑된 단층 그래핀-코팅 니켈 나노입자는 수전해 수소생성(HER) 반응에서 10 mA cm-2 의 반응 속도에 도달하기 위해 약 0.1 V 의 과전압이 필요함을 보였다.

    단층 그래핀-코팅 니켈 나노 입자가 자성을 갖는다는 점을 착안, 자석으로 촉매를 전극에 고정시켜 바인더가 필요 없는 전극을 제조, 10 mA cm-2 의 반응 속도에 도달하기 위해 불과 0.05 V의 과전압을 얻는데 성공했다.

    본 연구는 선택적인 단층 그래핀-코팅 니켈 나노 입자의 합성을 최초로 선보였으며, 고 내구성, 고효율 수전해 촉매 개발에 대한 새로운 패러다임을 제공 할 수 있을 것으로 기대된다.