코발트(II)를 포함한 금속-유기 골격구조체를 기반으로 한 코발트/탄소 나노복합체 소재 합성 및 염료감응형 태양전지에서의 응용

Abstract

염료감응형 태양전지의 상대전극으로 쓰이는 물질로 전이 금속 화합물, 전도성 고분자, 탄소 소재와 백금 등이 있다. 그 중에서 백금은 높은 전도율을 가지고 촉매 활성이 좋아 널리 사용되고 있다. 그러나 백금 소재는 자원이 풍부하지 않고, 대량 생산하는데 문제점을 가지고 있어 비용 절감을 위한 대체 물질 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는, 금속-유기 골격구조체 (Metal-organic frameworks, MOFs)의 한 종류인 코발트(II)를 포함하는 zeolitic imidazole framework-67 (ZIF-67)를 전구체로 사용하여 합성이 간단하고 재현성이 좋은 백금 대체 물질인 코발트/질소 도핑 된 탄소 나노복합체 (Co/N-C) 소재를 합성했다. 그리고 같은 합성 방식에서 연소 온도 조건을 600, 700, 800, 900 ℃로 다르게 하여 조성이 다른 물질들을 얻었다. 각 조성이 다른 물질 4 종류를 가지고 상대전극으로 응용하여 전기화학적 촉매 활성 연구를 진행했다. 열 처리 온도가 다른 각각의 물질로 물성 분석과 전기화학 분석을 했으며, 그 중에서도 각각의 온도들을 비교 했을 때 Co/N-C_900 ℃가 가장 높은 에너지변환 효율을 가졌다. 또한 백금 보다 높은 에너지변환 효율을 얻어 전기적 촉매 대체물질로써 적합한 것을 발견했다.