에너지 변환 응용을 위한 백금 기반의 이중금속 나노 구조체의 합성

Abstract

연료전지는 대표적인 신 재생 에너지로써 많은 연구가 진행되고 있습니다. 풍력, 조력과 같은 동력원같이 특정 장소, 특정 시간에만 가동하는 것과는 달리 건물, 자동차등의 대체 동력원으로 사용이 가능합니다. 또한 반응의 생성물이 물이어서 친환경 에너지원으로써 적용이 활발하게 일어나고 있습니다. 하지만 연료전지를 산업적으로 적용을 시키기 위해서는 가격을 낮출 필요가 있는데 높은 가격을 차지하는 비율 중 촉매의 비율이 상당합니다. 백금 기반의 나노 입자는 다른 촉매들과는 다르게 저온에서 높은 활성도를 갖고 있으며 다양한 분야의 촉매로 활용이 되고 있습니다. 특히 DMFC(Direct Methanol Fuel Cell), PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)와 같은 연료전지에 주로 촉매로써 사용이 되고 있습니다. 하지만 수소나 산소와 같은 반응 중간체들과 결합이 쉽게 형성되어 장기간 촉매의 활성도가 유지 되지 않고 부존량의 한계로 인한 고가의 백금은 아직까지 큰 문제로 남겨져 있습니다. 이 문제들을 해결하기 위해 여러가지 구조체들이 제안되었는데 그 중 대표적인 것은 core-shell 구조와 hollow sphere 입니다. Core-shell 구조는 저가의 전이 금속을 지지체로 하면서 활성 표면적은 유지하되 백금의 사용량을 줄이는 구조입니다. 이보다 더 나아가 hollow sphere는 속이 텅 빈 구조체로써 전이 금속의 사용량을 더 줄이고 subsurface에 전이금속을 위치시켜 반응 중간체에 의한 백금의 오염을 줄여 촉매 활성도를 장기간 유지할 수 있습니다. 본 연구에서는 저가의 wet-process를 통해 단시간(~2시간)내에 수백 나노미터 사이즈의 백금기반 이중금속 hollow sphere를 형성하였으며 TEM, XRD, EDS등을 사용하여 구조체의 조성 및 구조 특성을 확인하였습니다.