표제지
목차
국문요약 9
제1장 서론 11
제1절 수소 11
1. 수소 혁명 11
2. 그린 수소 : 지속 가능한 에너지의 핵심 15
제2장 이론적 배경 17
제1절 수전해 17
1. 수전해 시스템 17
2. 알칼라인 수전해 20
3. 산소 및 수소 발생 반응 메커니즘 22
제2절 나노 촉매 26
1. 촉매 개발의 핵심 전략 26
2. Prussian Blue Analogues (PBA) 29
3. 나노 탄소 소재 : 그래핀 30
제3장 실험 방법 33
제1절 나노 촉매 합성 33
1. Graphene Oxide 합성 33
2. Co PNs@GO 전구체 합성 35
3. HCP Co Metal@T-rGO 복합체 합성 35
제2절 분석 37
1. 재료 특성 분석 37
2. 전기화학 측정 37
제4장 실험 결과 40
제1절 전구체 특성 분석 40
1. 전구체 합성 및 열처리 메커니즘 40
2. 형태 및 결정 구조 분석 42
3. 화학 결합 분석 및 열 중량 분석 44
제2절 복합체 특성 분석 47
1. Co₂C 형태 및 결정 구조 분석 47
2. Co₂C@T-rGO 형태 및 결정구조 분석 50
3. HCP Co metal@T-rGO 형태 및 결정구조 분석 53
4. HCP Co metal@T-rGO 미세 구조 및 결정 구조 분석 57
5. HCP Co metal@T-rGO 화학 결합 및 RAMAN 분석 59
6. Co₂C, HCP Co metal@T-rGO 원자가 상태 분석 62
제3절 전기화학 분석 64
1. 전기화학 분석 64
제5장 결론 69
참고문헌 70
ABSTRACT 74
〈표 1.1〉 대표적인 수소의 종류 및 생산 방식 16
〈표 2.1〉 수전해 시스템 모식도 및 특징 19
〈표 2.2〉 전기화학 산화·환원 반응의 메커니즘 25
〈표 4.1〉 HCP Co metal@T-rGO의 D/G ratio 61
〈그림 1.1〉 세계 1차 에너지 소비량 (1800 ~ 2022년도) 13
〈그림 1.2〉 전 세계 화석연료 온실가스 배출량 (1990 ~ 2022년도) 14
〈그림 2.1〉 전기화학 산화·환원 반응의 전위-전류 밀도 그래프 24
〈그림 2.2〉 촉매 개발의 핵심 전략 : 촉매 활성 28
〈그림 2.3〉 Prussian Blue Analogues의 구조 32
〈그림 2.4〉 그래핀과 산화그래핀의 단순화된 화학적 및 밴드 구조 32
〈그림 3.1〉 Couette-Taylor flow 실험 장비 34
〈그림 3.2〉 Couette-Taylor flow 실험 Process 34
〈그림 3.3〉 수열 합성법으로 제조된 HCP Co Metal@T-rGO 실험 Process 36
〈그림 3.4〉 Autolab 장비 사 전기화학 측정 장비 39
〈그림 3.5〉 1 M KOH 전해질 용액에서의 3전극 시스템 39
〈그림 4.1〉 Co₂C, Co₂C@T-rGO, HCP Co Metal@T-rGO 합성 과정 41
〈그림 4.2〉 Co PNs 전구체의 (a) FE-SEM Image, (b) XRD Patterns 43
〈그림 4.3〉 Co PNs@GO 전구체의 (a) FE-SEM Image, (b) XRD Patterns 43
〈그림 4.4〉 GO, Co PNs, Co PNs@GO 전구체의 FT-IR Spectroscopy 45
〈그림 4.5〉 Co PNs, Co PNs@GO 전구체의 (a) TG, (b) DTA Curve 46
〈그림 4.6〉 Co₂C의 FE-SEM Image (a: 350℃, b: 450℃, c: 550℃, d: 650℃, e: 750℃, f: 850℃) 48
〈그림 4.7〉 Co₂C의 XRD Patterns 49
〈그림 4.8〉 Co₂C@T-rGO의 FE-SEM Image (a: 350℃, b: 450℃, c: 550℃, d: 650℃, e: 750℃, f: 850℃) 51
〈그림 4.9〉 Co₂C@T-rGO의 XRD Patterns 52
〈그림 4.10〉 HCP Co metal@T-rGO의 FE-SEM Image (a: 350℃, b: 450℃, c: 550℃, d: 650℃, e: 750℃, f: 850℃) 54
〈그림 4.11〉 HCP Co metal@T-rGO의 XRD Patterns 55
〈그림 4.12〉 HCP Co metal@T-rGO의 합성 메커니즘 56
〈그림 4.13〉 HCP Co metal@T-rGO의 SEM, TEM Image 58
〈그림 4.14〉 HCP Co metal@T-rGO의 FT-IR Spectroscopy 60
〈그림 4.15〉 HCP Co metal@T-rGO의 RAMAN Spectra 61
〈그림 4.16〉 Co₂C, HCP Co metal@T-rGO의 XPS spectra 63
〈그림 4.17〉 Co₂C, Co₂C@T-rGO, HCP Co metal@T-rGO, Mixed Co metal@T-rGO 의 LSV polarization curve 65
〈그림 4.18〉 Co₂C, Co₂C@T-rGO, HCP Co metal@T-rGO, Mixed Co metal@T-rGO의 Overpotential Valve 65
〈그림 4.19〉 Co₂C, Co₂C@T-rGO, HCP Co metal@T-rGO, Mixed Co metal@T-rGO의 Tafel slope from LSV polarization curve 67
〈그림 4.20〉 Co₂C, Co₂C@T-rGO, HCP Co metal@T-rGO, Mixed Co metal@T-rGO의 EIS curve 67
〈그림 4.21〉 Co₂C, Co₂C@T-rGO, HCP Co metal@T-rGO의 Stability test 68