초록 ▼

▪ 연료전지의 개발에서 전극반응에 보다 우수한 촉매활성을 가지는 새로운 나노구조체 개발을 위해서는 전기화학적 촉매 활성의 원인에 대한 근본적인 화학적 고찰을 위해, 본 연구에서는 전기화학과 결합된 표면증강라만분광법(surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)을 활용하여 연료전지 전극 반응에 대하여 금속 나노구조체 표면의 전극반응을 표면전기분석화학적인 측면에서 연구를 수행하였음.

▪ Au 나노구조체의 SERS 활성 연구: 다양한 Au 나노구조체에서 얻어지는 SERS 활성을 조사하여, 전기화

▪ 연료전지의 개발에서 전극반응에 보다 우수한 촉매활성을 가지는 새로운 나노구조체 개발을 위해서는 전기화학적 촉매 활성의 원인에 대한 근본적인 화학적 고찰을 위해, 본 연구에서는 전기화학과 결합된 표면증강라만분광법(surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)을 활용하여 연료전지 전극 반응에 대하여 금속 나노구조체 표면의 전극반응을 표면전기분석화학적인 측면에서 연구를 수행하였음.

▪ Au 나노구조체의 SERS 활성 연구: 다양한 Au 나노구조체에서 얻어지는 SERS 활성을 조사하여, 전기화학적 SERS 연구에 활용이 가능한 Au 나노구조체를 발굴하고 응용 가능성을 확인함. 서로 다른 모양의 Au 나노구조체 중에서 DAR (dendritic Au rod) 구조가 SERS 활성이 크게 나타났고, SERS 기판으로서 신호의 재현성이 매우 우수하였음. 전극 전위를 변화시켰을 때 재현성 있게 초기의 SERS 신호를 얻어 내는 것이 가능한 EC-SERS 거동을 확인 하여 DAR 표면을 활용한 전기화학반응의 메커니즘을 규명하는데 효과적으로 활용에 이용.

▪ SERS 활성이 있는 Pd 나노 구조체 도출 및 전기화학적 SERS 연구: 전기화학 석출을 통해 triangular Pd rod (TPR) 구조체 형성하여 SERS 활겅 및 전기화학적 촉매 활성을 연구함. TPR 구조체는 전기화학적 산소환원 반응 및 메탄올 산화 반응에 대하여 전기화학적 촉매 활성이 높은 것으로 확인됨. EC-SERS 에서도 TPR은 안정적인 거동을 보이는 것을 pyridine 흡착 거동을 통해 확인 하였고, TPR 구조체의 SERS 활성도 매우 뛰어나 EC-SERS 연구에 활용 가능함을 확인.

▪ Core-shell 나노구조체 활용한 SERS 관찰을 통한 포름산 산화반응 관찰: Dendritic Au Rod (DAR) 구조체를 SERS substrate로 활용하여, underpotential deposition (UPD) 및 galvanic replacement reaction (GRR)을 거쳐 SERS 활성이 매우 높은 Pt, Pd 표면 구현함. 잘 정의된 DAR@Pt 및 DAR@Pd 구조체는 전기화학적인 표면 변화에도 안정적으로 구조를 유지하여 EC-SERS에 활용 가능함을 확인. DAR@Pt 표면을 활용하여 EC-SERS 관찰을 수행한 결과 Pt 표면에서는 포름산의 dehydration에 의해 생성된 CO 흡착이 포름산의 전기화학적 산화과정 전부터 관찰되고 양의 전위에서 CO가 탈착하면서 포름산은 전기화학적으로 산화되기 시작. Pd 표면에서는 포름산의 dehydration 반응이 자발적으로 진행되지 않아 CO의 흡착이 초기에 관찰되지 않아 포름산의 전기화학적 환원이 낮은 양의 전위에서 진행됨. 포름산의 전기화학적 활성은 양의 전위에서 surface oxide가 형성됨에 따라서 감소하게 되고, reverse scan에서 surface oxide의 제거에 따라 전극 표면은 다시 활성을 되찾게 됨.

▪ 전극 반응 관련 표면전기분석화학 연구도 수행함: 나노다공성 금 구조의 전기화학적 형성 및 촉매 반응 연구, MnO 표면에 형성된 Pt 나노입자의 산소환원 반응 및 수소 생성반응에 대한 촉매 활성 연구, 및 전기화학적으로 Pt sphere 구조의 형성 및 전기화학적 거동 연구.

▪ 이상의 연구 결과로 총 7편의 SCI 논문을 출간 하는 성과를 거두었고, 관련 연구분야의 석박사 인력을 배출 하였음.

▪ 본 연구 결과는 연료전지 촉매 전극 개발에 기초적인 지식기반을 제공 하여 보다 우수한 촉매 활성을 지니는 전극 시스템을 개발하는데 기여 할 것으로 기대 함.