전기도금을 통해 제작된 양성자 교환 막 수전해 시스템 수소 생산용 Co-Ru 합금 촉매

국문 초록 (Abstract)

수전해를 통한 대량 수소 생산을 위해 좋은 내구성과 우수한 촉매 성능을 가지는 수소 발생 반응 (HER) 촉매의 개발은 필수적이다. 좋은 내구성과 우수한 촉매 성능을 가지는 수소 발생 반응(HER) 촉매의 설계는 전기화학적 수전해를 통한 대량 수소 생산의 핵심이 될 것이다. 본 논문에서는 산성 조건에서 우수한 촉매 활성과 내구성을 가지는 계층적 다공성 Co-Ru 촉매를 제작하였다. Co-Ru 촉매의 형태는 최적화된 전기화학 공정을 통해 성공적으로 제어되었다. 모든 Co-Ru 샘플 중에서 가장 큰 촉매표면적을 가진 Co72Ru28 촉매는 우수한 HER 활성(-10 mA cm-2에서 26.4 mV의 과전압) 과 내구성을 나타냈다. XPS분석은 Co와 Ru 사이의 전자 이동을 보여주었고, 이는 Co-Ru 합금의 형성에 의해 촉매의 활성과 내구성이 향상되었음을 나타낸다. 또한, Co72Ru28 샘플을 적용한 PEMWE(Proton Exchange Membrane Water Electrolyzer)는 높은 성능을 보여 개발된 Co-Ru 촉매가 PEMWE 시스템에 음극 물질로 유망한 촉매임을 보였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The design of robust and high-performance hydrogen evolution reaction (HER) catalysts is crucial for the scalable production of hydrogen by electrochemical water splitting. In this work, we fabricated hierarchically porous Co–Ru catalysts with excellent catalytic activity and durability in acidic media. The morphology of the Co–Ru catalysts was successfully controlled through an optimized electrochemical process. Among all Co–Ru samples prepared in this study, the Co72Ru28 catalyst exhibited the largest catalytic surface area, as well as excellent HER activity (overpotential of 26.4 mV at -10 mA cm−2) and durability. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements revealed the electron transfer between Co and Ru, indicating that the formation of the Co–Ru alloy improved the activity and durability of the catalyst. Furthermore, a proton exchange membrane water electrolyzer (PEMWE) prepared with the Co72Ru28 sample showed excellent performances (3.4 A cm–2 at 2.0 Vcell), illustrating the promising potential of the present Co–Ru catalysts as cathode materials for PEMWE systems.

목차 (Table of Contents)

• 제 1장 서론 1
• 제 2장 전기화학적 방법으로 제작한 CoRu 합금 촉매 10
• 2.1 실험 방법 10
• 2.1.1 재료 10
• 2.1.2 촉매 제작 10
• 2.1.3 촉매 특성 분석 13
• 2.1.4 전기화학 측정 13
• 2.1.5 막 전극 접합체 제작 14
• 2.2 결과 및 고찰 15
• 제 3장 결론 43
• 참고문헌 44
• 국문초록 49
• ABSTRACT 50
• ACHIEVEMENT 52