Fabrication of platinum-transition metal alloy NP/carbon composite electro-catalysts for oxygen reduction reaction by electrospinning

Abstract

최근, 석유자원을 중심으로 한 기존발전 방식의 환경적, 경제적 문제가 대두되면서 대체 발전 시스템 개발에 관한 연구가 이슈화되고 있다. 이와 관련하여, 연료전지 또한 대체 발전 시스템으로 주목 받고 있으며, 현재 연료전지 자동차 및 발전소를 시작으로 점진적으로 상용화되고 있는 추세이다. 일반적으로 연료전지내 산소 환원 반응 촉매로 백금(Platinum)이 사용되고 있으나, 백금의 한정된 매장량이라는 근본적인 한계가 있어 상업화에 주요 걸림돌이 되고 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해, 비 백금 촉매에 관한 연구 및 백금 합금 촉매에 관한 연구가 많이 진행되고 있다. Norskov 등은 density functional theory (DFT)를 이용한 계산을 통해 백금-전이금속 합금 촉매가 기존 백금보다 좋은 촉매 활성을 가질 수 있음을 보고하였으며, 특히 이트륨(Yittrium)과 백금의 합금의 순수 백금 대비 약 6배의 높은 활성을 나타낼 것으로 보고하였다. 이와 관련하여 백금-이트륨 합금 합성에 관한 연구들이 보고되고 있다. 하지만 이트륨의 높은 환원 전위 특성으로 기존 금속 환원제를 이용하여 합성하기 어렵다는 점에서 metal 증착을 이용하여 nanoparticle이 아닌, 한 bulk한 형태로 제조하는 것이 대부분이다. 본 실험에서는 전구체가 담지된 PAN (Polyacrylonitrile) 용액을 전기방사하여 Pt-Y alloy nanoparticle/Carbon 복합체를 제조하고자 하였다. SEM (Scanning electron microscopy), XRD (X-ray diffraction), XPS (X-ray photoelectron spectroscopy)를 이용하여 복합체의 구조 및 형태를 분석하였고, RDE (Rotating dist electrode)기법을 이용하여 전기화학적 특성을 측정하였다.