| 중국 전기촉매수소방출재료 설계에서 획기적 성과 | ||
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 미스 반데로라는 독일의 유명한 건축가는 “간결한 것이 더 아름답다(Less is more)”는 명언을 남겼다. 이 명언을 설계 이념으로 최근 귀주성 나노재료 모의계산 중점실험실의 덩밍선(邓明森) 부교수와 중국과기대 슝위제(熊宇杰), 쟝쥔(江俊) 과제팀이 공동 수행한 “전기촉매수소방출재료 설계에서 획기적 진전: Less is more” 제목의 논문이 최근 독일 “Angewandte Chemie” 뒷표지에 발표되었다. 전기촉매수소방출반응은 금속전극표면에서 수소방출부식의 음극과정을 가리킨 것으로 가역성 수소연소 전지에서 수소를 생성하는 중요한 과정이다. 금속백금은 촉매활성이 가장 강한 금속재료에 속하지만 높은 원가 때문에 그동안 백금 사용량을 줄이는 방법을 모색해왔으나, 아직 업계는 백금 사용량을 줄이면서 높은 전기촉매활성을 유지하는 기술을 개발하지 못하였다. 연구팀은 이론모의방법으로 금속백금과 팔라듐의 계면에 대한 연구를 통해 2가지 금속 일함수(metal work function)의 차이가 금속백금표면에서 극화작용을 유발하기 때문에, 그 표면에 음전하가 집적되면서 수소방출반응을 촉진하는데 유리하다는 것을 발견하였다. 크기 의존성(Size dependent) 연구 결과, 극화작용은 백금층 두께가 증가됨에 따라 감소되기 때문에 백금층 두께 제어를 통해 전기촉매 수소방출성능을 제어할 수 있음을 입증하였다. 이러한 발견을 토대로, 연구원은 백금-팔라듐-그래핀 중첩층 복합구조를 디자인하였고 백금층 두께를 정확히 제어하는 합성방법을 고안하였으며, 일련의 백금층 제어 가능한 복합구조를 만들어내었다. 이론모의와 같이 해당 시리즈 복합구조는 전기촉매 수소방출반응에서 조절변화 가능한 성능을 나타내었는데, 백금층 두께를 4개 원자층 범위로 제어하였을 때 성능이 최고치에 도달하였으며, 그 –300mV 전압하의 전류밀도는 791 mA cm-2, Tafel slope는 10 mV decade-1로 상용화된 백금탄소전극재료보다 훨씬 월등한 것으로 나타났다. 이 획기적인 성과로 업계는 금속백금 사용량을 줄이는 동시에 전기촉매수소방출활성을 크게 높일 것이며, 저렴한 원가의 고성능 전기촉매재료를 개발하는데 기반을 다졌다. 이 연구발견은 복합구조재료의 전하극화행위와 메커니즘에 대한 인식을 심화시켰고 복합구조 전기촉매제의 디자인에 대해서도 중요한 추진역할을 할 것으로 예상된다. 정보출처 : http://scitech.people.com.cn/n/2014/1013/c1057-25818172.html |
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