| 다롄해사대학교, 중국 최초 연료전지 요트 개발 | ||
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  중국과학기술대학교 허페이(合肥)미규모물질과학 국가연구센터 및 화학·재료과학학원 Zeng Jie(曾傑) 교수 연구팀은 국가싱크로트론방사선실험실 Bao Jun(鮑駿) 교수 연구팀과 공동으로 정밀 산화 에칭을 통해 팔라듐-백금 합금의 형태와 성분을 조절하여 수소-산소 연료 전지 음극 반응에서 높은 활성과 안정성을 나타내는 하이퍼큐브(Hypercube) 프레임 구조 촉매제를 디자인 및 구축하였다. 해당 연구 성과는 “Pd-Pt Tesseracts for the Oxygen Reduction Reaction”라는 제목으로 국제학술지 American Chemical Society (J. Am. Chem. Soc. 2021, doi.org/10.1021/jacs.0c12282)에 게재되었다. 연료 전지는 일종의 화학 전지로 물질이 화학 반응이 발생했을 때 방출되는 에너지를 이용하여 직접 전기 에너지로 변환시킨다. 또한 화력, 수력, 원자력에 이은 4번째 유형의 발전 장치로 첨단 기술 개발 분야이다. 전지 음극의 산소환원반응의 백금계 촉매제는 활성과 안정성이 낮아 전지의 출력 전력과 충방전 사이클 횟수를 제한하여 전체 연료 전지의 비용을 증가시킨다. 따라서 활성이 높고 안정성이 높은 음극 촉매제의 개발은 해당 분야의 연구 중점이다. 중공 프레임 구조는 높은 비표면적과 높은 활성 부위 비율 등 장점이 있어 가장 잠재적인 촉매제이다. 연구팀은 3 차원 큐브에서 4차원 하이퍼큐브로의 진화에서 영감을 받아 팔라듐-백금 균일 합금 큐브를 산화 및 에칭하고, 팔라듐 원자 제거와 나머지 팔라듐 원자와 백금 원자의 재배열을 정밀하게 조절하여 팔라듐-백금 합금 하이퍼큐브 프레임 구조를 얻었다(그림1). 또한 초기 큐브에서 팔라듐과 백금의 비율을 조정하여 옥타포드(Octopod)와 큐빅 프레임 구조도 얻을 수 있다. 수소-산소 연료 전지 음극 촉매 실험에서, 큐빅 프레임 구조, 하이퍼큐브 구조 및 옥타포드 구조의 단위 질량 활성은 각각 상용 백금-탄소 촉매제의 4.1배, 11.6배 및 8.3배에 달했다(그림 2). 하이퍼큐브 구조 촉매제는 가장 높은 고유 활성(평방센티미터 당 2.09암페어)과 우수한 성능 안정성을 보여주었다. 밀도범함수 이론에 기반한 계산 결과, 하이퍼큐브 표면 결정면의 산소 흡착 에너지가 이론적 최적 값에 가장 접근하였으며 이 경향은 실제 테스트한 산소환원 활성 순서와 일치하다. 새로운 하이퍼큐브 프레임 촉매제의 설계 이념은 향후 관련 전기 촉매제 설계를 위한 새로운 방법을 제공한다. 해당 연구는 중국 중점개발계획, 걸출청년과학기금, 중국과학원 프론티어과학중점연구프로젝트의 지원을 받았다. 그림 : 몇가지 팔라듐-백금 프레임 구조 촉매제와 상용 백금-탄소 촉매제의 단위 질량당 활성 비교 정보출처 : https://mp.weixin.qq.com/s/FQm2ponloNFynCGOq6hSqg |
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