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PEMFC 음극촉매 Pt/C의 활성과 내구성에 대한 최근진보

전문가 제언: ○ 카본재료 위에 Pt촉매재료를 분산시키는 것은 카본재료의 안정성과 카본구조의 나노다공성을 이용하는 장점이 있다. 이러한 나노다공성은 Pt의 자원적 한계를 극복하면서 소량 다분산으로 표면적을 크게 하면서 반응의 효율을 올릴 수 있기 때문이다.

○ 그 가운데서도 최근에는 카본 나노튜브/파이버(CNT/CNF)를 대상으로 하는 연구가 활발하다. CNT/CNF에 Pt로딩을 줄이면서 촉매활성을 강화하는 데는 제조방법에 크게 좌우된다. 제조방법에는 무전해 석출, 음파화학법 등 몇 가지가 있다. 그 대표적 사례를 보면, 무전해 석출은 CNT 표면을 HNO3/H2SO4로 처리하여 하이드록실, 카복실, 카보닐 관능기를 형성하면서 Pt나노 입자를 효과적으로 석출시켜서 활성적인 사이트와 구조를 형성한다.

○ Pt의 보다 작은 입자크기와 균일한 분포의 Pt/CNT는 보다 높은 ORR활성을 주고, Liu 등은 2단 활성 처리한 CNT의 기능화는 Pt분산을 위해 재래식 표면산화 처리한 것보다 많은 활성을 주는 것을 확인하였다. 또한 음파화학적기법도 산성용액에서 산화 처리하는 동안 CNT 표면의 관능기 사이트를 효과적으로 제공하였다. 이 기술은 Pt 함량을 표면관능그룹을 증가시켜서 30wt%까지 증가시켰다.

○ 감마조사기법은 CNT표면의 관능그룹을 표면 산화처리나 환원제의 처리 없이 도입하였다. 이때의 평균 입자크기는 2㎚ 내외이었는데, 자기조정계면활성제의 환원을 통한 Pt/CNT 촉매의 제조는 CNT 표면에 산처리로 인한 파괴 없이 Pt입자를 효과적으로 석출하였다. 끝으로 sputter-deposition기법은 낮은 Pt로딩과 얇은 촉매층을 제공하였다.

○ Pt/CNF는 Pt/CNT에 비해 다소 연구 빈도가 떨어지나, 수개의 결과는 우수성을 보인다. Sasaki 등은 평판형 CNF에서 보다 균일한 Pt입자를 확인하였는데, CNF가 전극필러로 25%를 차지하며, Pt로딩도 감소시켰다. 이 글은 Pt-C사이의 상호작용을 기술하고 있는데, 다소 오랜 기술처럼 보이고 인산을 phosphonic acid로 기재한 오자가 세 차례나 나온다.

저자: Xingwen Yu a, Siyu Ye
자료유형: 학술정보