산소 발생 반응을 위한 층상 이중 수산화물

2022년 10월 26일

베이징 공과 대학 출판부

매우 효율적인 산소 발생 반응(OER)을 향한 전기촉매의 설계 및 합성을 안내하기 위해 베이징 화학 기술 대학의 연구자들은 층상 이중 수산화물(LDH)의 OER 성능을 향상시키고 활성 부위를 식별하기 위한 4가지 일반적인 전략을 요약했습니다. LDH.

그들은 9월 7일 Energy Material Advances에 자신들의 연구 결과를 발표했습니다.

"화석 연료의 수요와 소비가 증가함에 따라 에너지 부족과 환경 오염이 심각해지고 무시할 수 없게 되었습니다."라고 베이징 화학 기술 대학교 화학 자원 공학 국가 핵심 연구소 교수인 교신 저자 Mingfei Shao가 말했습니다. "지속 가능하고 재생 가능한 에너지에 대한 탐구가 필요합니다. 특히 수소는 활용 가능성이 뛰어난 새로운 에너지입니다."

풍력, 태양광 등 재생에너지에서 변환된 전기를 이용해 전기화학적 물 분해를 통해 고순도 수소를 생산할 수 있다. 그러나 Shao에 따르면 반쪽 반응 중 하나인 OER은 에너지 활용 효율이 낮은 4전자 공정입니다.

Shao와 그의 팀은 대형 2차원 소재인 LDH에 중점을 두고 있습니다. 넓은 조정 가능성, 몰비 및 층간 음이온으로 인해 알칼리 매질에서 OER을 위한 뛰어난 촉매가 됩니다.

Shao는 "우리는 LDH의 OER 성능을 향상시키기 위해 적용되는 네 가지 일반적인 전략을 요약했습니다. 이러한 전략을 통해 OER의 과전압을 줄여 에너지 활용 효율을 높일 수 있습니다"라고 말했습니다. "LDH의 활성 부위 식별에 관한 일부 연구가 소개되었습니다. 반응 메커니즘과 활성 부위의 공개는 효율적인 전기촉매를 설계하기 위한 이론적 지침을 제공합니다."

OER 촉매의 개발 및 탐색은 현재 대부분 실험 단계에 있으므로 대규모 실용화 표준을 충족할 수 없습니다. 예를 들어, 촉매의 크기를 확대하고 OER 동안 안정성을 유지하는 것과 관련된 문제가 남아 있습니다. 또한, Shao에 따르면, 대부분 보고된 LDH 기반 촉매의 제조 방법은 복잡하고 시간 소모적이어서 비용이 많이 들고 적용이 제한된다고 합니다.

Shao는 "전기촉매 표면의 활성 부위에 흡착된 산소종과 OER 동안 용액에 분산된 산소 라디칼과 같은 반응성 산소종의 인식은 불안정하고 불분명한 반응성 산소종의 존재로 인해 여전히 모호한 상태로 남아있다"고 말했습니다. "이러한 활성 산소종을 인식한 후에도 보다 효율적인 OER을 위해 이를 활용하는 방법은 여전히 ​​중요합니다."

Shao는 "우리는 이번 검토가 전기화학적 물 분해를 위한 보다 진보된 전기촉매를 설계하기 위한 지침을 제공할 목적으로 LDH의 활성 부위를 추가로 식별할 수 있는 아이디어를 제공할 수 있기를 바랍니다"라고 말했습니다.

추가 정보: Xin Wan 외, 효율적인 수소 생성을 위한 산소 진화 반응을 위한 층상 이중 수산화물, 에너지 재료 발전(2022). DOI: 10.34133/2022/9842610

베이징기술대학교 출판부 제공