납의 합성 및 특성 규명

Aug 10, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12531(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

금속 유기 골격(MOF)은 유기 리간드와 금속 이온 사이의 강력한 결합을 특징으로 하는 다공성 물질의 한 종류입니다. 금속-유기 골격(MOF)은 구성 요소를 세심하게 선택하면 높은 다공성, 넓은 표면적, 탁월한 화학적 안정성과 같은 중요한 특성을 나타냅니다. 4-아미노벤조산과 2-카르복시벤즈알데히드에서 파생된 납과 리간드를 포함하는 금속-유기 골격(MOF)이 초음파화학 방법을 사용하여 합성되었습니다. 생성된 결정은 푸리에 변환 적외선 분광법(FT-IR), 분말 X선 회절법(PXRD), 주사 전자 현미경(SEM), 에너지 분산 X선(EDX), Brunauer-Emmett와 같은 다양한 분석 기술을 거쳤습니다. –Teller(BET) 및 열 분석. BET 분석 결과 표면적은 1304.27m2g−1인 것으로 나타났다. 총 기공 부피는 2.13 cm3 g−1 이고 평균 기공 크기는 4.61 nm로 추정되어 다양한 범위의 실제 적용에 매우 유리합니다. 변형된 Pb-MOF 전극의 활성은 물 분해 응용 분야에 사용되었습니다. 전극은 수소 발생의 경우 -0.6V(RHE 대비)의 과전위에서 50mA cm-2의 전류 밀도에 도달했고, 산소 발생의 경우 1.7V(RHE 대비)의 과전위에서 50mAcm-2에 도달했습니다.

HER(수소 발생 반응)는 전류를 가해 물에서 수소 가스를 생성하는 과정입니다. 수소는 연료 전지, 발전, 화학 합성1,2,3,4,5,6,7 등 다양한 응용 분야에 사용할 수 있는 청정 재생 에너지 운반체입니다. HER는 온실가스 배출과 대기 오염의 주요 원인인 화석 연료에 대한 의존도를 줄입니다8. HER는 물을 원료로 사용함으로써 생태계와 인간 건강에 부정적인 영향을 미치는 화석 연료의 추출 및 운송을 피하고 태양열 및 풍력과 같은 재생 에너지원을 에너지 시스템에 통합할 수 있습니다9. 재생 가능 에너지원은 간헐적이고 가변적이므로 전력망 안정성과 저장에 문제가 있습니다. 잉여 재생에너지 전력을 수소로 전환10. HER는 전기 수요와 공급의 균형을 맞추고 나중에 사용할 수 있도록 에너지를 저장할 수 있습니다. 또한 HER는 순환경제의 발전을 지원합니다. 폐수나 바닷물을 수자원으로 사용하여 담수 소비를 줄이고 폐수를 처리할 수 있습니다. 더욱이 HER는 이산화탄소를 공반응물로 사용하여 합성 연료나 화학 물질을 생산함으로써 탄소 배출을 완화하고 부가가치 제품을 창출할 수 있습니다11,12. 따라서 HER는 저탄소 지속가능한 사회로의 전환에 기여할 수 있는 유망 기술이다13.

전기촉매 공정은 센서, 연료 전지, 태양 전지 및 물 분해 응용 분야와 같은 다양한 응용 분야에 널리 사용되는 필수 기술로 간주됩니다. 깨끗한 수소 연료를 생산하기 위한 유망한 전략 중 하나는 전류를 사용하여 물 분자를 수소와 산소로 분리하는 전기촉매 수소 발생(EHE)입니다. 그러나 EHE에는 낮은 과전위와 높은 전류 밀도에서 반응을 촉진할 수 있는 효율적이고 안정적인 촉매가 필요합니다. 금속-유기 구조(MOF)에 대한 상당한 관심은 문헌24,25에 보고된 바와 같이 넓은 표면적, 조정 가능한 기공 크기, 정밀한 금속 위치 지정 및 잘 조직된 결정 구조를 포함한 탁월한 특성에서 비롯됩니다. MOF 재료는 연료 전지, 리튬 배터리26,27,28, 슈퍼 커패시터29,30,31 및 물 분해32,33와 같은 전기화학 응용 분야에 광범위하게 사용되는 전기화학적 활성 촉매로 인식됩니다. 이는 이전 연구에 따른 것입니다. 요소 전기산화를 위한 기질로서 MOF의 활용은 요소 제거에 효과적인 것으로 보고되었습니다. 이는 이전 연구37,38,39,40에 기록된 바와 같이 기판의 광범위한 표면적, 풍부한 흡착 사이트, 능숙한 전하 전달 용량 및 주목할만한 결정성에 기인합니다.