산소결함 및 금속-지지체 상호작용 공학 기반 수소생산 전기촉매 안정화

Hydrogen production electrocatalyst stabilization via oxygen-vacancy and metal–support interaction engineering

연구 내용

산소 결함을 생성·완화시키는 지지체 설계와 단일원자/나노촉매 결합 전략을 통해 수소발생 반응의 활성과 내구성을 함께 확보하는 연구

수소생산 전기촉매에서는 전위 변화와 고온·습윤 조건에서 촉매 구조가 재배열되거나 지지체-금속 계면이 약화되며 성능이 저하됩니다. 본 연구실은 MOF 전구체 기반 열처리와 지지체 조성을 통해 산소결함 농도를 조절하고, 그 결과로 생성되는 강한 금속-지지체 상호작용을 활용해 촉매의 활성점 안정성을 확보하는 접근을 수행합니다. HR-TEM, XRD, XPS, EXAFS 등으로 구조-조성 변화를 확인하고, DFT 계산으로 산소빈자리 형성에 대한 열역학적 경향을 해석합니다. 또한 pH 조건에 따른 전이금속 황화물의 형태 변화로 HER 활성점을 재구성하는 연구도 병행합니다.

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연구 흐름

연구 초기에는 Ru가 침투된 Zr 기반 MOF를 열분해해 산소결함이 형성된 tetragonal ZrO2-x 지지체 위에 Ru 단일원자를 고정화하는 전략을 정립했습니다. 이후 지지체 조성을 ZrO2-x, CeO2-x, ZrCeO2-x로 확장하고 산소빈자리의 ‘이완’이 금속-지지체 상호작용과 구조 안정성에 미치는 영향을 비교했습니다. 최근에는 전기화학 운전 조건에서 관측되는 열화 경향을 구조 분석과 계산으로 연결해 해석력을 높였습니다. 별도로 WxMoS2의 pH 유도 형태 전이를 통해 HER용 촉매 표면을 재구성하는 방향으로 확장했습니다.

활용 가능성

활용 가능성은 알앤디써클 특화 AI 에이전트가 생성한 내용으로, 실제 연구 가능 여부는 연구실과의 논의가 필요합니다.

HER 전극 활성점 안정화
산소빈자리 기반 금속-지지체 상호작용 제어
단일원자 촉매 고정화 전략
MOF 유래 지지체 공정 최적화
전위 변화 환경 대응 촉매 설계
Ce 도핑 기반 결함 조절 지지체
전이금속 황화물 형태 전이 활용
고내구 수소생산 전극 개발
전기화학 구조-성능 상관모델 구축
구조분석 기반 열화 예측 프레임워크