계층적으로 정렬된 질소 도핑 탄소에 내장된 단일 원자 코발트 사이트가 우수한 이중 기능 전기 촉매로 작용

귀금속 촉매인 Pt와 같은 전기촉매 산소 환원 반응(ORR) 및 수소 발생 반응(HER)을 대체할 효율적이고 비용 효과적인 촉매를 탐색하는 것은 재생 에너지 기술에 큰 가능성을 가지고 있다. 본 연구에서는 손쉬운 이중 템플릿 협동 열분해 접근법을 통해 계층적으로 정렬된 다공성 N 도핑 탄소에 단일 원자 Co 사이트가 내장된 Co 촉매 유형(Co-SAS/HOPNC)을 준비하였다. 고도로 분산된 고립 단일 원자 Co-N4 활성 사이트, 큰 표면적, 높은 다공성 및 우수한 전도성을 갖춘 바람직한 조합은 뛰어난 촉매 성능을 발휘하게 한다. 이 촉매는 알칼리성 매질에서 0.892 V의 반파 전위(E1/2)를 보이며, 이는 Pt/C보다 53 mV 더 양성이며, 메탄올에 대한 높은 내성을 보이고 우수한 안정성을 나타낸다. 또한 이 촉매는 각각 100 mV와 200 mV에서 0.41 및 3.8 s-1의 현저히 높은 회전 주파수를 가진 HER에 대해 뛰어난 촉매 성능을 보여주며, 산성 조건에서 장기 내구성을 보인다. 실험 및 밀도 함수 이론(DFT) 계산을 통해 원자적으로 고립된 단일 Co 사이트와 독특한 3D 계층적 다공성 구조의 구조적 장점이 높은 촉매 활성을 시너지 효과를 내며 기여하고 있음을 확인하였다.