Ni를 사용한 수소 발생 반응에 대한 새로운 통찰력

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8359(2023) 이 기사 인용

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현재의 큰 과제 중 하나는 수소 발생 반응(HER)의 목적으로 값비싼 백금 기반 재료를 대체하기 위해 효율적인 전기촉매 거동을 특징으로 하는 비귀중 재료를 찾는 것입니다. 본 연구에서는 수소 발생 반응을 적용하기 위한 간단한 열분해 과정을 통해 금속이 도핑된 N 풍부 탄소를 성공적으로 제조하기 위해 ZIF-67과 ZIF-67을 전구체로 사용했습니다. 또한, 합성 과정에서 이러한 구조에 니켈이 첨가되었습니다. 고온 처리 중에 니켈 도핑된 ZIF-67은 금속성 NiCo 도핑된 N 농축 탄소(NiCo/NC)로 변환되었으며, 고온 처리 시 Ni 도핑된 ZIF-8은 금속성 NiZn 도핑된 N 농축 탄소(NiZn/NC)로 변했습니다. 체크 안함). 금속 전구체를 결합하여 NiCo/NC, Co/NC, NiZn/NC, NiCoZn/NC 및 CoZn/NC의 5가지 구조가 합성되었습니다. 생성된 Co/NC는 97mV의 우수한 과전위와 10mA cm에서 60mV/dec의 최소 Tafel 기울기와 함께 최적의 수소 발생 반응 활성을 나타낸다는 점은 주목할 만합니다. 또한, 수소 발생 반응의 탁월한 거동은 수많은 활성 부위, 탄소의 우수한 전기 전도성 및 견고한 구조에 기인합니다. 결과적으로 본 논문은 미래 학자들을 위해 우수한 HER 효율을 특징으로 하는 비귀중 물질을 생산하기 위한 새로운 전략을 제안합니다.

최근 수십 년 동안 다양한 분야에서 석유, 등유 등 기존 화석 연료가 널리 사용되어 우리 사회 기반 시설에 상당한 기여를 해왔습니다1,2,3. 그럼에도 불구하고 과도한 섭취는 지구온난화, 환경오염 등 극심한 악영향을 초래하고 있습니다. 또한 기존의 화석 연료는 재생 불가능한 에너지원으로 간주됩니다3,4.

따라서 지속 가능하고 재생 가능하며 친환경적인 에너지 자원을 찾는 것이 필요합니다. 수소는 청정 에너지원으로 간주됩니다1,5. 수소 발생 반응(HER)을 통해 수소를 생성하는 데 사용되는 가장 효율적인 접근 방식은 물 분자를 분할하는 것입니다6,7,8. 결과적으로, 수소 발생 반응을 목적으로 하는 효과적인 전기촉매의 개발은 중요하고 필요한 단계입니다. 우리가 아는 한, HER 목적에 가장 효과적인 전기촉매는 Pt 기반 재료입니다9,10.

그럼에도 불구하고, 이러한 물질은 땅에 풍부하지 않고 가격이 높기 때문에 실제 적용에는 한계가 있습니다. 따라서, 매우 효율적인 HER 활성을 특징으로 하는 지구에 풍부하고 귀중하지 않은 전기촉매를 개발하는 것이 필요합니다. 최근 몇 년 동안 전이 금속 기반 재료는 저렴한 비용, HER 목적을 위한 뛰어난 전기촉매 활성 및 풍부한 지구로 인해 많은 주목을 받았습니다. 예를 들어, 열수 반응과 셀레닐화 기술을 채택함으로써 Zhou et al. 탄소 나노와이어(CoSe22@CNWs)에 내장된 CoSe 나노 결정을 제조하여 HER15 목적의 촉매로 활용했습니다. 이 학자들은 CoSe@CNWs의 뛰어난 내구성과 탁월한 HER 활동을 보고했습니다. 산화 그래핀(GO)과 Ni-MOF-74의 직접적인 탄화를 통해 Xie와 동료들은 수소 생산을 위한 촉매로 활용되는 Ni/NiO@C/GR-tw를 성공적으로 생산했습니다16. Ni/NiO@C/GR-900-8은 44mV/dec의 온화한 Tafel 기울기와 10mA/cm217에서 108mV의 약간의 과전위와 함께 뛰어난 전기촉매 성능을 특징으로 합니다. 왕 외. 고온에서 PANI 기반 Co-N-C 촉매를 제조하고 수소 발생 반응의 효율성에 대한 조성과 온도의 기여도 연구했습니다. 그들은 CoCN이 HER 과정에서 활성 센터 역할을 할 수 있다는 것을 발견했습니다. 수많은 학자들이 전이 금속 기반 물질의 전기촉매 거동의 최적화 및 설계에 기여했으며 이를 HER 공정에서 Pt 기반 물질의 잠재적 대체물로 사용할 수 있도록 했습니다.