KR102419093B1 - Layered double hydroxide composite, preparation method thereof and catalyst for oxygen evolution reaction comprising the same - Google Patents

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이민형
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Abstract

The present invention relates to a layered double hydroxide composite, a preparation method thereof, and a catalyst for an oxygen generation reaction comprising the same. More specifically, in the present invention, a layered double hydroxide composite can be prepared by doping a lanthanum (La) ion as a third transition metal ion into a layered double hydroxide (LDH) comprising Ni and Fe and can be applied as a catalyst for an oxygen generation reaction which can improve the activity of an oxygen generation reaction.

Description

층상 이중수산화물 복합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 산소 발생 반응용 촉매{Layered double hydroxide composite, preparation method thereof and catalyst for oxygen evolution reaction comprising the same}Layered double hydroxide composite, preparation method thereof, and catalyst for oxygen evolution reaction comprising the same

본 발명은 층상 이중수산화물 복합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 산소 발생 반응용 촉매에 관한 것이다.The present invention relates to a layered double hydroxide complex, a method for preparing the same, and a catalyst for an oxygen evolution reaction comprising the same.

최근 기후변화에 따라 화석연료를 중심으로 탄소소비를 줄이기 위한 국제적 움직임이 더욱 중요해지고 있다. 탄소배출이 없는 전기촉매 물분해(electrocatalytic water splitting)로 생성된 수소는 미래의 석유 에너지를 대체할 유망한 방법으로 간주된다. 그러나 산업 수준에서 전기촉매 물분해의 적용은 산화 전극(anodic electrode)에서 산소 발생 반응(OER)에 의해 방해를 받는 문제점이 존재하였다.Recently, with climate change, international movements to reduce carbon consumption, centering on fossil fuels, are becoming more important. Hydrogen produced by carbon-free electrocatalytic water splitting is considered a promising alternative to petroleum energy in the future. However, there is a problem that the application of electrocatalytic water splitting at the industrial level is hindered by oxygen evolution reaction (OER) at the anodic electrode.

OER은 4개의 전자-양성자 결합 반응을 포함하므로 전체 물분해에 대한 높은 과전위를 초래한다. 따라서 고효율 전기촉매를 사용하여 OER의 동역학을 향상시키기 위한 연구가 진행되어 왔다.OER involves four electron-proton bonding reactions, resulting in a high overpotential for overall water dissociation. Therefore, studies have been conducted to improve the kinetics of OER using high-efficiency electrocatalysts.

지구에 풍부하고 비용 효율적인 전이금속 기반의 촉매를 사용하여 OER 촉매 성능을 향상시키려는 연구는 진전을 보여, RuO2 및 IrO2과 같은 상업적으로 이용가능한 귀금속 기반의 촉매보다도 우수함을 밝혀냈다.Research to improve OER catalytic performance using earth-abundant and cost-effective transition metal-based catalysts is progressing, showing that it is superior to commercially available noble metal-based catalysts such as RuO 2 and IrO 2 .

한편, 층상 이중수산화물(LDHs)은 화학식 [M2+ 1-xM3+(OH)2]z+An- z/n.mH2O으로 표시될 수 있는 2D 음이온성 화합물로 알려져 있다. 여기서 M2+ 및 M3+는 호스트 층에 위치한 2가 및 3가 금속 양이온(cations)이고, An-은 층의 양전하(positive charge)를 보상하는 층간 영역에서 교환 가능한 음이온이다.On the other hand, layered double hydroxides (LDHs) are known as 2D anionic compounds that can be represented by the formula [M 2+ 1-x M 3+ (OH) 2 ] z+ A n- z/n .mH 2 O. where M 2+ and M 3+ are divalent and trivalent metal cations located in the host layer, and A n− is an exchangeable anion in the interlayer region that compensates for the positive charge of the layer.

최근 LDH는 에너지 저장 및 변환 분야, 즉 리튬 배터리, 슈퍼커패시터, 전기촉매, 특히 물 분해에 널리 적용되고 있다. 기존의 모든 LDH 중에서 NiFe LDH는 알칼리성 전해질에서 가장 유망한 OER 전기 촉매로 간주되었다. 그러나 낮은 전기 전도도, 덜 노출된 활성 부위와 같은 단점으로 인해, 거의 NiFe LDH 기반 OER 촉매는 알칼리 전해질에서 약 1.5 V의 높은 전위에서 OER 공정에 대해 작은 전류 밀도(10 ~ 100 mA cm-2)만 구동할 수 있다. Recently, LDH has been widely applied in energy storage and conversion fields, such as lithium batteries, supercapacitors, electrocatalysts, and especially water decomposition. Among all existing LDHs, NiFe LDH was considered as the most promising OER electrocatalyst in alkaline electrolytes. However, due to disadvantages such as low electrical conductivity, less exposed active sites, almost NiFe LDH-based OER catalysts only have small current densities (10-100 mA cm −2 ) for OER processes at high potentials of about 1.5 V in alkaline electrolytes. can drive

전기촉매를 산업 응용 분야에 적용하려면 장기 안정성을 가져야하고, 또한 낮은 과전위(<300 mV)에서 500 mA cm-2 이상의 전류 밀도를 전달해야 한다. 따라서 NiFe LDH의 OER 성능을 향상시키기 위해 많은 연구들이 수행되고 있다.To apply the electrocatalyst to industrial applications, it must have long-term stability and must also deliver current densities greater than 500 mA cm -2 at low overpotentials (<300 mV). Therefore, many studies are being conducted to improve the OER performance of NiFe LDH.

예를 들어, 비특허문헌 1에서는 액체상 박리 방법을 사용하여 더 많은 표면 사이트를 노출시키고 300 mV의 과전위에서 전류 밀도를 4.5 배 향상시켰다. 또한 이외의 많은 연구에서 NiFe LDH에 세 번째 전이금속 이온(M)을 통합하면 OER 활성을 더욱 향상시킬 수 있음을 보여주었다. 또한 예를 들어, 비특허문헌 2에서는 Mn2+가 수산화물 매트릭스에서 주변 Ni2+ 및 Fe3+로 전자를 부분적으로 전달하여 전자가 풍부한 Ni2+ 및 Fe3+로 인해 OER 활성이 향상됨을 밝혀냈다. 마찬가지로, 비특허문헌 3에서는 가교(bridging) O2- 이온을 통해 Fe와 Ni에서 V로 부분적인 전자 이동에 의해 V에서 전자 밀도가 증가하여, Ni3Fe0.5V0.5 LDH는 NiFe LDH의 고유 OER 활성을 더욱 향상시킬 수 있음을 발견하였다.For example, in Non-Patent Document 1, more surface sites were exposed by using the liquid phase exfoliation method, and the current density was improved by 4.5 times at an overpotential of 300 mV. In addition, many other studies have shown that the incorporation of a third transition metal ion (M) into NiFe LDH can further enhance OER activity. In addition, for example, in Non-Patent Document 2, it was found that Mn 2+ partially transferred electrons from the hydroxide matrix to surrounding Ni 2+ and Fe 3+ , and the OER activity was improved due to electron-rich Ni 2+ and Fe 3+ . . Similarly, in Non-Patent Document 3, the electron density in V is increased by partial electron transfer from Fe and Ni to V through bridging O 2 ions, and Ni 3 Fe 0.5 V 0.5 LDH is the intrinsic OER of NiFe LDH. It has been found that the activity can be further improved.

선행문헌들을 통하여 세 번째 원소(M)는 다음 개념을 통해 OER 성능 향상을 담당한다고 요약할 수 있다: (i) 양이온의 Ni, Fe 및 M 조절된 국소 배위(local coordination) 환경 간의 상승적 상호작용, (ii) 활성 부위로서 더 많은 결함 및 공석이 Ni 및 Fe에 대해 M에 의해 형성되고, 이러한 활성 부위에 의한 OER에 대한 산소 함유 중간체의 흡착, 탈착 및 이동의 촉진.Through the preceding literature, the third element (M) can be summarized to be responsible for improving OER performance through the following concept: (i) synergistic interaction between Ni, Fe, and M regulated local coordination environments of cations; (ii) more defects and vacancies as active sites are formed by M for Ni and Fe, facilitation of adsorption, desorption and migration of oxygen-containing intermediates to OER by these active sites.

이에, 본 발명의 발명자들은 Ni 및 Fe를 포함하는 층상 이중수산화물(LDH)에 세 번째 전이금속 이온으로서 란타넘(La) 이온을 도핑하여 층상 이중수산화물 복합체를 제조할 수 있으면, 이를 이용하여 산소 발생 반응의 활성을 향상시킬 수 있는 산소 발생 반응용 촉매로 응용할 수 있음에 착안하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.Accordingly, the inventors of the present invention can prepare a layered double hydroxide complex by doping a lanthanum (La) ion as a third transition metal ion to a layered double hydroxide (LDH) containing Ni and Fe, using this to generate oxygen The present invention was completed by focusing on its application as a catalyst for an oxygen generation reaction capable of improving the activity of the reaction.

Song, Fang, and Xile Hu. Nature communications 5.1 (2014): 1-9. Song, Fang, and Xile Hu. Nature communications 5.1 (2014): 1-9. Zhou, Daojin, et al. Nanoscale horizons 3.5 (2018): 532-537. Zhou, Daojin, et al. Nanoscale horizons 3.5 (2018): 532-537. Jiang, Jian, et al. Nature communications 9.1 (2018): 1-12. Jiang, Jian, et al. Nature communications 9.1 (2018): 1-12.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 Ni 및 Fe를 포함하는 층상 이중수산화물(LDH)에 세 번째 전이금속 이온으로서 란타넘(La) 이온을 도핑하여 층상 이중수산화물 복합체를 제조하고, 이를 이용하여 산소 발생 반응의 활성을 향상시킬 수 있는 산소 발생 반응용 촉매로 응용하고자 하는 것이다.The present invention has been devised in consideration of the above problems, and an object of the present invention is to dope a layered double hydroxide (LDH) containing Ni and Fe with a lanthanum (La) ion as a third transition metal ion. It is intended to prepare a complex and apply it as a catalyst for an oxygen evolution reaction capable of improving the activity of an oxygen evolution reaction using the composite.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problem(s) mentioned above, and another problem(s) not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 니켈 폼(foam); 상기 니켈 폼에 형성되고, Ni 및 Fe를 포함하는 층상 이중수산화물(LDH; layered double hydroxide); 및 상기 층상 이중수산화물에 도핑된 La 이온을 포함하는 층상 이중수산화물 복합체를 제공한다.In order to achieve the above object, nickel foam (foam); Formed on the nickel foam, layered double hydroxide (LDH; layered double hydroxide) containing Ni and Fe; and La ions doped to the layered double hydroxide.

상기 층상 이중수산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.The layered double hydroxide may be represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

[M1 (1-x)M2 x(OH)2][An- ](x/n).zH2O[M 1 (1-x) M 2 x (OH) 2 ][A n- ] (x/n) .zH 2 O

상기 화학식 1에서, In Formula 1,

M1은 Ni2+ 및 Fe2+ 중에서 선택되는 1종 이상이고, M 1 is at least one selected from Ni 2+ and Fe 2+ ,

M2은 Ni3+ 및 Fe3+ 중에서 선택되는 1종 이상이며,M 2 is at least one selected from Ni 3+ and Fe 3+ ,

An-는 CO3 2-, NO2 -, NO3 -, OH-, O2-, SO4 2-, PO4 3-, HPO4 2-, H2PO4 -, F-, Cl-, Br-, I- 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 음이온이며,A n- is CO 3 2- , NO 2 - , NO 3 - , OH - , O 2- , SO 4 2- , PO 4 3- , HPO 4 2- , H 2 PO 4 - , F - , Cl - , Br-, I- , and an anion selected from the group consisting of combinations thereof,

0<x<1이며,0<x<1,

n은 1 내지 3의 정수이며,n is an integer from 1 to 3,

z는 0.1 내지 15의 양수이다.z is a positive number from 0.1 to 15;

상기 층상 이중수산화물의 두께는 1 내지 20 nm일 수 있다.The thickness of the layered double hydroxide may be 1 to 20 nm.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 층상 이중수산화물 복합체를 포함하는 산소 발생 반응(OER)용 촉매를 제공한다.In addition, the present invention provides a catalyst for oxygen evolution reaction (OER) comprising the layered double hydroxide complex according to the present invention.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 산소 발생 반응용 촉매를 포함하는 수전해용 전극을 제공한다.In addition, the present invention provides an electrode for water electrolysis comprising the catalyst for oxygen evolution reaction according to the present invention.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 상기 산소 발생 반응용 촉매를 포함하는 수전해셀을 제공한다.In addition, the present invention provides a water electrolysis cell including the catalyst for the oxygen evolution reaction according to the present invention.

또한, 본 발명은 (a) Ni 전구체, Fe 전구체, La 전구체 및 가수분해제를 포함하는 전구체 용액을 수득하는 단계; 및 (b) 상기 전구체 용액에 Ni 폼(foam)을 침지한 후 열처리 하는 단계를 포함하는 층상 이중수산화물 복합체의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of (a) obtaining a precursor solution comprising a Ni precursor, an Fe precursor, a La precursor and a hydrolyzing agent; and (b) immersing Ni foam in the precursor solution and then performing heat treatment.

상기 가수분해제는 요소(Urea), NaOH, KOH, NH4OH, 및 헥사메틸렌테트라아민(Hexamethylenetetramine)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.The hydrolyzing agent may include at least one selected from the group consisting of urea, NaOH, KOH, NH 4 OH, and hexamethylenetetramine.

상기 (a) 단계의 전구체 용액은 불화암모늄(NH4F)을 더욱 포함할 수 있다.The precursor solution of step (a) may further include ammonium fluoride (NH 4 F).

상기 Ni 전구체, Fe 전구체 및 La 전구체의 몰비는 1 : 0.3 내지 0.4 : 0.02 내지 0.05일 수 있다.The molar ratio of the Ni precursor, the Fe precursor, and the La precursor may be 1: 0.3 to 0.4: 0.02 to 0.05.

상기 (b) 단계의 열처리는 100 내지 200℃에서 수행될 수 있다.The heat treatment of step (b) may be performed at 100 to 200 ℃.

본 발명에 따르면, Ni 및 Fe를 포함하는 층상 이중수산화물(LDH)에 세 번째 전이금속 이온으로서 란타넘(La) 이온을 도핑하여 층상 이중수산화물 복합체를 제조할 수 있으며, 이를 이용하여 산소 발생 반응의 활성을 향상시킬 수 있는 산소 발생 반응용 촉매로 응용할 수 있다.According to the present invention, a layered double hydroxide complex can be prepared by doping a lanthanum (La) ion as a third transition metal ion to a layered double hydroxide (LDH) containing Ni and Fe, and using this, It can be applied as a catalyst for oxygen evolution reaction capable of improving activity.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 NiFe LDH 및 NiFeLa LDH를 합성하는 과정을 나타낸 이미지이다.
도 2는 (a) 비교예 1로부터 제조된 NiFe LDH, 실시예 1로부터 제조된 NiFeLa LDH-1, NiFeLa LDH-2 및 NiFeLa LDH-3의 X-선 회절패턴 그래프(XRD), (b) NiFe LDH의 주사전자현미경(SEM) 이미지, (c) NiFeLa LDH-2의 주사전자현미경(SEM) 이미지, (d) NiFeLa LDH-2의 투과전자현미경(TEM) 이미지, (e) NiFeLa LDH-2의 고분해능 투과전자현미경(HRTEM) 이미지, (f) NiFeLa LDH-2의 제한시야 전자회절(SAED) 패턴 이미지 및 (g) NiFeLa LDH-2의 원소맵핑 이미지이다.
도 3은 비교예 1로부터 제조된 NiFe LDH, 실시예 1로부터 제조된 NiFeLa LDH-1, NiFeLa LDH-2 및 NiFeLa LDH-3의 (a) 2mV s-1의 스캔 속도 및 KOH 1M 전해질에서의 LSV 곡선, (b) 50, 300 및 500mA cm-2의 전류 밀도에서의 과전위, (c) Tafel 슬로프, (d) EIS Nyquist 플롯과; NiFe LDH 및 NiFeLa LDH-2에 대한 (e) TOF 곡선 및 (f) 스캔 속도의 음극 피크(cathodic peak) 전류 및 제곱근 플롯을 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1로부터 제조된 NiFeLa LDH-2의 (a) 다단계 크로노포텐쇼미터(multi-step chronopotentiometry), (b) 100mA cm-2에서의 형태 안정성 및 (c) 안정성 테스트 전후의 LSV 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 5는 (a) 2mV s-1의 스캔 속도 및 KOH 1M 전해질 조건에서의 LSV 곡선, (b) Tafel 슬로프, (d) NiCo 및 NiCoLa LDH의 EIS Nyquist 플롯을 나타낸 그래프이다.
도 6은 비교예 1로부터 제조된 NiFe LDH 및 실시예 1로부터 제조된 NiFeLa LDH-2에 대한 (a) Ni 3p, (b) Fe 2p, (c) O 1s 및 (d) La 3d의 XPS 고해상도 스펙트럼이다.
1 is an image showing the process of synthesizing NiFe LDH and NiFeLa LDH according to an embodiment of the present invention.
2 is (a) NiFe LDH prepared in Comparative Example 1, NiFeLa LDH-1 prepared in Example 1, NiFeLa LDH-2 and NiFeLa LDH-3 X-ray diffraction pattern graph (XRD), (b) NiFe Scanning electron microscope (SEM) image of LDH, (c) Scanning electron microscope (SEM) image of NiFeLa LDH-2, (d) Transmission electron microscope (TEM) image of NiFeLa LDH-2, (e) NiFeLa LDH-2 High-resolution transmission electron microscope (HRTEM) images, (f) limited-field electron diffraction (SAED) pattern images of NiFeLa LDH-2, and (g) elemental mapping images of NiFeLa LDH-2.
3 is (a) 2 mV s −1 scan rate and LSV in KOH 1M electrolyte of NiFe LDH prepared from Comparative Example 1, NiFeLa LDH-1, NiFeLa LDH-2 and NiFeLa LDH-3 prepared from Example 1 curves, (b) overpotentials at current densities of 50, 300 and 500 mA cm −2 , (c) Tafel slopes, (d) EIS Nyquist plots; Graphs showing (e) TOF curves and (f) cathodic peak current and square root plots of scan rates for NiFe LDH and NiFeLa LDH-2.
Figure 4 shows the LSV curves before and after (a) multi-step chronopotentiometry, (b) morphological stability at 100 mA cm -2 and (c) stability test of NiFeLa LDH-2 prepared in Example 1; It is a graph.
5 is a graph showing (a) an LSV curve at a scan rate of 2mV s −1 and a KOH 1M electrolyte condition, (b) Tafel slope, and (d) EIS Nyquist plots of NiCo and NiCoLa LDHs.
6 is XPS high resolution of (a) Ni 3p, (b) Fe 2p, (c) O 1s and (d) La 3d for NiFe LDH prepared from Comparative Example 1 and NiFeLa LDH-2 prepared from Example 1 is the spectrum

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following embodiments. This example is provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art. Accordingly, the shapes of elements in the drawings are exaggerated to emphasize a clearer description.

물을 H2로 환원시키고 CO2를 가치 있는 탄소 생성물로 환원시키는 것과 같은 전기화학적 에너지 변환은 화석 연료를 대체할 수 있는 잠재적인 녹색 에너지 기술로 큰 주목을 받고 있다. 이와 관련하여, 종래 산소 발생 반응(OER)용 전기촉매로서 NiFe LDH 기반 OER 촉매가 널리 사용되었다. 그러나 낮은 전기 전도도, 덜 노출된 활성 부위와 같은 단점으로 인해, NiFe LDH 기반 OER 촉매는 알칼리 전해질에서 약 1.5 V의 높은 전위에서 OER 공정에 대해 낮은 전류 밀도(10 ~ 100 mA cm-2)만 구동할 수 있다는 단점이 존재하였다. Electrochemical energy conversion, such as reducing water to H 2 and reducing CO 2 to valuable carbon products, is attracting great attention as a potential green energy technology to replace fossil fuels. In this regard, a NiFe LDH-based OER catalyst has been widely used as an electrocatalyst for a conventional oxygen evolution reaction (OER). However, due to disadvantages such as low electrical conductivity, less exposed active sites, NiFe LDH-based OER catalysts only drive low current densities (10-100 mA cm −2 ) for OER processes at high potentials of about 1.5 V in alkaline electrolytes. There were downsides to being able to do it.

전기촉매를 산업 응용 분야에 적용하려면 장기 안정성을 가져야하고, 또한 낮은 과전위(<300 mV)에서 500 mA cm-2 이상의 전류 밀도를 전달해야 한다.To apply the electrocatalyst to industrial applications, it must have long-term stability and must also deliver current densities greater than 500 mA cm -2 at low overpotentials (<300 mV).

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 NiFe LDH에 La 이온을 도핑하여 층상 이중수산화물 복합체를 제조하고, 이를 이용하여 산소 발생 반응의 활성을 향상시킬 수 있는 산소 발생 반응용 촉매로 응용하고자 하는 것이다.In order to solve the above problems, in the present invention, NiFe LDH is doped with La ions to prepare a layered double hydroxide complex, and by using it, it is intended to be applied as a catalyst for an oxygen generation reaction that can improve the activity of an oxygen generation reaction. .

층상 이중수산화물 복합체Layered double hydroxide complex

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 기술적 과제를 해결하기 위해, 니켈 폼(foam); 상기 니켈 폼에 형성되고, Ni 및 Fe를 포함하는 층상 이중수산화물(LDH; layered double hydroxide); 및 상기 층상 이중수산화물에 도핑된 La 이온을 포함하는 층상 이중수산화물 복합체가 제공된다. According to an embodiment of the present invention, in order to solve the above technical problem, nickel foam (foam); Formed on the nickel foam, layered double hydroxide (LDH; layered double hydroxide) containing Ni and Fe; And there is provided a layered double hydroxide complex comprising La ions doped in the layered double hydroxide.

상기 니켈 폼은 다공성의 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 니켈 폼은 3차원 다공성 니켈 폼을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The nickel foam may have a porous structure. Specifically, the nickel foam may be a three-dimensional porous nickel   foam, but is not limited thereto.

상기 층상 이중수산화물은 상기 니켈 폼 상에 형성된 것, 구체적으로, 니켈 폼에 수직으로 성장한 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The layered double hydroxide may be formed on the nickel foam, specifically, grown vertically on the nickel foam, but is not limited thereto.

상기 La 이온은 상기 층상 이중수산화물의 구조내에서 Ni 및 Fe과 함께 균일하게 분포된 것일 수 있다. The La ions may be uniformly distributed along with Ni and Fe in the structure of the layered double hydroxide.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 층상 이중수산화물은 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the layered double hydroxide may be represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

[M1 (1-x)M2 x(OH)2][An- ](x/n).zH2O[M 1 (1-x) M 2 x (OH) 2 ][A n- ] (x/n) .zH 2 O

상기 화학식 1에서, In Formula 1,

M1은 Ni2+ 및 Fe2+ 중에서 선택되는 1종 이상이고, M 1 is at least one selected from Ni 2+ and Fe 2+ ,

M2은 Ni3+ 및 Fe3+ 중에서 선택되는 1종 이상이며,M 2 is at least one selected from Ni 3+ and Fe 3+ ,

An-는 CO3 2-, NO2 -, NO3 -, OH-, O2-, SO4 2-, PO4 3-, HPO4 2-, H2PO4 -, F-, Cl-, Br-, I- 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 음이온이며,A n- is CO 3 2- , NO 2 - , NO 3 - , OH - , O 2- , SO 4 2- , PO 4 3- , HPO 4 2- , H 2 PO 4 - , F - , Cl - , Br-, I- , and an anion selected from the group consisting of combinations thereof,

0<x<1이며,0<x<1,

n은 1 내지 3의 정수이며,n is an integer from 1 to 3,

z는 0.1 내지 15의 양수이다.z is a positive number from 0.1 to 15;

구체적으로, 상기 층상 이중수산화물은 하기 화학식 1-1로 표시되는 것일 수 있다.Specifically, the layered double hydroxide may be represented by the following Chemical Formula 1-1.

[화학식 1-1][Formula 1-1]

NiFe(CO3)(OH)2 .H2ONiFe(CO 3 )(OH) 2 . H 2 O

보다 구체적으로, 도핑된 La 이온을 포함하는 상기 층상 이중수산화물은 하기 화학식 2로 표시되는 것일 수있다.More specifically, the layered double hydroxide including doped La ions may be represented by the following formula (2).

[화학식 2][Formula 2]

NiFeLa(CO3)(OH)2 .H2ONiFeLa(CO 3 )(OH) 2 . H 2 O

상기 층상 이중수산화물의 두께는 1 내지 20 nm일 수 있다. 구체적으로, 상기 층상 이중수산화물의 두께는 1 내지 10 nm, 1 내지 5 nm 또는 2 내지 3 nm일 수 있다. 상기 범위의 두께를 가질 경우에는 OER 촉매로 적용시 장기간 형태 보존능 및 작동 안정성이 우수한 효과가 있다. The thickness of the layered double hydroxide may be 1 to 20 nm. Specifically, the thickness of the layered double hydroxide may be 1 to 10 nm, 1 to 5 nm, or 2 to 3 nm. When it has a thickness within the above range, when applied as an OER catalyst, long-term shape preservation ability and operational stability are excellent.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 층상 이중수산화물 복합체를 포함하는 산소 발생 반응(OER)용 촉매를 제공한다. In addition, the present invention provides a catalyst for oxygen evolution reaction (OER) comprising the layered double hydroxide complex according to the present invention.

산소 발생 반응 촉매는 물을 분해하여 산소를 발생시키는 촉매로서, 종래 산소 발생 반응용 촉매로 사용되던 활성 물질은 루테늄(Ru), 산화루테늄(RuO2) 및 산화이리듐(IrO2) 등이 있으나, 상기 물질들은 높은 가격 때문에 물 전기분해를 통해 장기적인 수소 대량생산을 하기에는 부적합하였고, 또한, 수전해셀 운전조건인 가혹한 산성 분위기에 취약하여 용출되는 등 촉매 활성 및 안정성 등이 저하되는 문제점이 존재하였다.The oxygen evolution catalyst is a catalyst that generates oxygen by decomposing water, and the active materials used as catalysts for the conventional oxygen evolution reaction include ruthenium (Ru), ruthenium oxide (RuO 2 ) and iridium oxide (IrO 2 ). The above materials were not suitable for long-term mass production of hydrogen through water electrolysis due to their high price, and also were vulnerable to the harsh acidic atmosphere, which is the operating condition of the water electrolysis cell, and thus catalytic activity and stability were deteriorated.

반면, 본 발명에 따른 층상 이중수산화물 복합체를 OER 반응용 촉매로 적용할 경우, 귀금속 대신 Ni, Fe 및 La를 사용함에도 불구하고, 초고전류 밀도 조건에서 낮은 과전위를 나타내어 우수한 OER 촉매 활성을 나타낼 뿐만 아니라, 장시간에 걸친 OER 작동 안정성을 나타내는 효과가 있다. 예컨대, 500 mA cm-2의 고전류 밀도, 42 mV dec-1의 낮은 Tafel 기울기에서, 309 mV의 낮은 과전위를 나타내었고, 및 100 mA cm-2에서 140 시간에 걸친 OER 작동의 장기 안정성을 나타냄을 확인하였다.On the other hand, when the layered double hydroxide composite according to the present invention is applied as a catalyst for OER reaction, it exhibits excellent OER catalytic activity by showing low overpotential under ultra-high current density conditions despite using Ni, Fe and La instead of noble metals. However, it has the effect of indicating OER operation stability over a long period of time. For example, at a high current density of 500 mA cm -2 , a low Tafel slope of 42 mV dec -1 , a low overpotential of 309 mV, and long-term stability of OER operation over 140 hours at 100 mA cm -2 . was confirmed.

종래 OER 촉매 활성에 관한 연구에서는 낮은 전류밀도(예를 들어 10 ~ 100 mA cm-2)에서의 과전위를 확인하였으나, 전술한 바와 같이, 전기촉매를 산업 응용 분야로 적용을 위해서는, 낮은 과전위(<300 mV)에서 500 mA cm-2 이상의 전류 밀도를 전달해야 한다. 즉, 본 발명에 따른 층상 이중수산화물 복합체는 종래 달성할 수 없었던, 초고전류 밀도 조건에서의 낮은 과전위를 달성하였다. Previous studies on OER catalytic activity confirmed overpotentials at low current densities (eg 10 ~ 100 mA cm -2 ), but as described above, for application of electrocatalysts to industrial applications, low overpotentials It must deliver a current density of at least 500 mA cm -2 at (<300 mV). That is, the layered double hydroxide composite according to the present invention achieved a low overpotential under ultra-high current density conditions, which could not be achieved conventionally.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 산소 발생 반응용 촉매를 포함하는 수전해용 전극을 제공한다.In addition, the present invention provides an electrode for water electrolysis comprising the catalyst for oxygen evolution reaction according to the present invention.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 상기 산소 발생 반응용 촉매를 포함하는 수전해셀을 제공한다.In addition, the present invention provides a water electrolysis cell including the catalyst for the oxygen evolution reaction according to the present invention.

이와 같이, 상기 층상 이중수산화물 복합체는 전기화학반응 시스템, 특히 물의 전기분해를 통해 수소 생산이 필요한 수전해용 전극, 수전해셀 등과 같은 수소에너지원 장치에 유용할 수 있다.As such, the layered double hydroxide complex may be useful in an electrochemical reaction system, in particular, a hydrogen energy source device such as an electrode for water electrolysis that requires hydrogen production through electrolysis of water, a water electrolysis cell, and the like.

층상 이중수산화물복합체의 제조방법Manufacturing method of layered double hydroxide complex

본 발명은 (a) Ni 전구체, Fe 전구체, La 전구체 및 가수분해제를 포함하는 전구체 용액을 수득하는 단계; 및 (b) 상기 전구체 용액에 Ni 폼(foam)을 침지한 후 열처리 하는 단계를 포함하는 층상 이중수산화물 복합체의 제조방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of (a) obtaining a precursor solution comprising a Ni precursor, an Fe precursor, a La precursor and a hydrolyzing agent; and (b) immersing Ni foam in the precursor solution and then performing heat treatment.

상기 Ni 전구체, Fe 전구체 및 La 전구체는 각각 독립적으로, 순수한 금속 분말, 질산염(nitrate), 염화물(chloride), 브롬화물(bromide), 요오드화물(iodide), 아질산염(nitrite), 황산염(sulfate), 아세트산염(acetate), 아황산염(sulfite), 아세틸아세토네이트염(acetylacetoante) 및 수산화물(hydroxide)로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로 상기 전구체들은 각각 질산염 수화물일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 Ni 전구체는 Ni(NO3)2.6H2O일 수 있고, 상기 Fe 전구체는 Fe(NO3)3.6H2O일 수 있으며, 상기 La 전구체는 La(NO3)3.6H2O일 수 있다.The Ni precursor, Fe precursor and La precursor are each independently, pure metal powder, nitrate (nitrate), chloride (chloride), bromide (bromide), iodide (iodide), nitrite (nitrite), sulfate (sulfate), It may be selected from the group consisting of acetate, sulfite, acetylacetoante, and hydroxide, but is not limited thereto. Specifically, each of the precursors may be a nitrate hydrate. More specifically, the Ni precursor may be Ni(NO 3 ) 2 .6H 2 O, the Fe precursor may be Fe(NO 3 ) 3 .6H 2 O, and the La precursor may be La(NO 3 ) 3 . 6H 2 O.

상기 전구체 용액은 용매를 더욱 포함할 수 있다. 상기 용매는 탈이온수(deionized water), 글리세롤(glycerol), 에틸렌 글리콜 (ethylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol), 디에틸렌 글리콜(dietheylene glycol), 트리에 틸렌 글리콜(triethylene glycol), 테트라에틸렌 글리콜(tetraethylene glycol), 포름아미드(formamide), N-메틸포름아미드(N-methylformamide), 디메틸 포름아미드(dimethyl formamide), 디메틸 아세틸아미드(dimethyl acetylamide), 디메틸설폭사이드(dimethylsulfoxide), 메탄올(methanol), 아세토니트릴(acetonitrile), 2-피롤 리디논(2-pyrrolidinone), 아세트아미드(acetamide), 아크릴아미드(acrylamide), N-메틸우레아(N-methylurea), 우레아(urea) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 용매는 수용성의 액상(aqueous phase)의 물질일 수 있다.The precursor solution may further include a solvent. The solvent is deionized water, glycerol, ethylene glycol, polyethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol ( tetraethylene glycol), formamide, N-methylformamide, dimethyl formamide, dimethyl acetylamide, dimethylsulfoxide, methanol, aceto Nitrile (acetonitrile), 2-pyrrolidinone (2-pyrrolidinone), acetamide (acetamide), acrylamide (acrylamide), N- methylurea (N-methylurea), urea (urea) and the group consisting of combinations thereof It may be selected from, but is not limited thereto, and the solvent may be a material of a water-soluble liquid phase.

상기 가수분해제(hydrolysis agent)는 수산화 반응을 도와주는 역할을 할 수 있다. 상기 가수분해제는 요소(Urea), 헥사메틸렌테트라아민(Hexamethylenetetramine; HMTA), NaOH, KOH 및 NH4OH으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 가수분해제는 요소를 사용할 수 있고, 이 경우 적당한 반응속도로 가역적 가수분해 반응을 수행함으로써, La 원소가 국부적으로 응집하는 것을 방지하고 층상 이중수산화물 구조 상에 균일한 분포를 유도할 수 있으며, 이에 따라 OER 촉매 활성을 보다 향상시키는 효과가 있다.The hydrolysis agent may serve to help the hydroxylation reaction. The hydrolyzing agent may be at least one selected from the group consisting of urea, hexamethylenetetramine (HMTA), NaOH, KOH, and NH 4 OH, but is not limited thereto. Specifically, the hydrolyzing agent may use urea, and in this case, by performing a reversible hydrolysis reaction at an appropriate reaction rate, it is possible to prevent local aggregation of the La element and induce a uniform distribution on the layered double hydroxide structure. and, thus, has the effect of further improving the OER catalytic activity.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (a) 단계의 전구체 용액은 불화암모늄(NH4F)을 더욱 포함할 수 있다. 상기 불화암모늄은 니켈 폼을 활성화하는 역할을 할 수 있다. 구체적으로, 상기 불화암모늄을 더욱 포함하는 전구체 용액을 이용하여 상기 (b) 단계에서 열처리를 수행할 경우, 불화암모늄은 더 많은 핵 생성 사이트(nucleation site)의 생성을 통해 니켈 폼을 활성화하여 Ni 폼과 상기 층상 이중수산화물(LDH) 사이에 단단한 결합을 유발하며, 또한 상기 불화암모늄은 상기 활성화된 니켈 폼의 표면에서 층상 이중수산화물(LDH)의 성장이 일어나며 전기화학적활성이 뛰어난 β-LDH 상(phase)로의 성장을 촉진하는 역할을 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the precursor solution of step (a) may further include ammonium fluoride (NH 4 F). The ammonium fluoride may serve to activate the nickel foam. Specifically, when performing the heat treatment in step (b) using the precursor solution further containing ammonium fluoride, ammonium fluoride activates the nickel form through the generation of more nucleation sites to form Ni foam and the layered double hydroxide (LDH) causes a tight bond, and the ammonium fluoride causes the growth of layered double hydroxide (LDH) on the surface of the activated nickel foam, and the β-LDH phase with excellent electrochemical activity ) can play a role in promoting the growth of

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 Ni 전구체, Fe 전구체 및 La 전구체의 몰비는 1 : 0.3 내지 0.4 : 0.02 내지 0.05일 수 있다. 구체적으로, 상기 몰비는 1 : 0.3 내지 0.4 : 0.03 내지 0.04일 수 있다. 특이하게도, 상기 몰비 범위 내에서, 층상 이중수산화물의 호스트 금속(Ni 및 Fe)과 La 사이의 강력한 전자 상호 작용을 통하여, 활성 사이트의 수를 크게 증가시키고, 전하 이동 저항을 감소시킬 뿐만 아니라, 산소 결손(vacancy)의 형성을 증가시킴으로써, 보다 우수한 OER 활성을 나타낼 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the molar ratio of the Ni precursor, the Fe precursor, and the La precursor may be 1: 0.3 to 0.4: 0.02 to 0.05. Specifically, the molar ratio may be 1: 0.3 to 0.4: 0.03 to 0.04. Specifically, within the molar ratio range, through strong electron interaction between the host metals (Ni and Fe) of the layered double hydroxide and La, the number of active sites is greatly increased, and the charge transfer resistance is reduced as well as oxygen By increasing the formation of vacancies, better OER activity can be exhibited.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 전구체(Ni 전구체, Fe 전구체 및 La 전구체) 및 가수분해제의 몰비는 1 : 3.0 내지 4.0일 수 있다. 구체적으로, 상기 몰비는 1 : 3.30 내지 3.80 또는 1 : 3.50 내지 3.70일 수 있으며, 상기 몰비 범위 내에서는 촉매의 활성사이트 수와 산소 결손을 제어하는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, the molar ratio of the metal precursor (Ni precursor, Fe precursor, and La precursor) and the hydrolyzing agent may be 1:3.0 to 4.0. Specifically, the molar ratio may be 1: 3.30 to 3.80 or 1: 3.50 to 3.70, and within the molar ratio range, there is an effect of controlling the number of active sites and oxygen vacancies of the catalyst.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 니켈 폼은 유기용매 및 산용액으로 세척된 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the nickel foam may be washed with an organic solvent and an acid solution.

상기 유기용매는 에탄올, 아세톤, 피리딘, 테트라하이드로푸란 및 디메틸설폭시드로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 유기용매는 에탄올일 수 있다.The organic solvent may be at least one selected from the group consisting of ethanol, acetone, pyridine, tetrahydrofuran and dimethyl sulfoxide, but is not limited thereto. Specifically, the organic solvent may be ethanol.

상기 산용액은 염산, 황산, 불산 및 할로겐산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 산용액은 염산 용액일 수 있다. The acid solution may be at least one selected from the group consisting of hydrochloric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid and halogen acid, but is not limited thereto. Specifically, the acid solution may be a hydrochloric acid solution.

상기 세척은 초음파 처리를 통하여 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The washing may be performed through ultrasonic treatment, but is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (b) 단계의 열처리는 100 내지 200℃에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 열처리는 100 내지 150℃ 또는 110 내지 130℃에서 수행될 수 있으며, 상기 열처리 범위 내에서는, La 원소가 국부적으로 응집하는 것을 방지하고 층상 이중수산화물 구조 상에 균일한 분포를 유도할 수 있으며, 이에 따라 OER 촉매 활성을 보다 향상시키는 효과가 있다.According to one embodiment of the present invention, the heat treatment of step (b) may be performed at 100 to 200 ℃. Specifically, the heat treatment may be performed at 100 to 150° C. or 110 to 130° C., and within the heat treatment range, it is possible to prevent local aggregation of the La element and induce a uniform distribution on the layered double hydroxide structure. and, accordingly, there is an effect of further improving the OER catalytic activity.

보다 구체적으로, 상기 가수분해제를 요소로 사용한 경우를 예로 들면, 상기한 열처리 온도 범위에서 하기 반응식 1의 반응에 의해 요소가 분해될 수 있다. 이후 Ni, Fe 및 La 이온의 가역적 가수분해 반응이 천천히 일어나, 도핑된 La 이온을 포함하는 층상 이중수산화물 구조를 형성할 수 있다.More specifically, if the hydrolyzing agent is used as urea as an example, urea may be decomposed by the reaction of Scheme 1 below in the above-described heat treatment temperature range. Thereafter, a reversible hydrolysis reaction of Ni, Fe, and La ions may occur slowly to form a layered double hydroxide structure including doped La ions.

[반응식 1][Scheme 1]

(NH2)2CO + H2O → 2NH3 + CO2 (NH 2 ) 2 CO + H 2 O → 2NH 3 + CO 2

CO2 + H2O → CO3 2- + 2H+ CO 2 + H 2 O → CO 3 2- + 2H +

NH3 + H2O → NH4 + + OH- NH 3 + H 2 O → NH 4 + + OH -

상기 (b) 단계 이후, (c) 상기 열처리 후 생성된 층상 이중수산화물 복합체를 세척 및 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 세척은 탈이온수를 이용하여 수회 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 건조는 50 내지 150℃, 60 내지 100℃ 또는 65 내지 75℃에서 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. After step (b), (c) may further include washing and drying the layered double hydroxide composite produced after the heat treatment. The washing may be performed several times using deionized water, but is not limited thereto. In addition, the drying may be performed at 50 to 150 ℃, 60 to 100 ℃, or 65 to 75 ℃, but is not limited thereto .

본 발명의 층상 이중수산화물 복합체, 및 이의 제조방법에서 언급된 사항은 서로 모순되지 않는 한 동일하게 적용된다.The matters mentioned in the layered double hydroxide composite of the present invention, and the method for preparing the same are equally applied as long as they do not contradict each other.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 일 구현예를 이용하여 설명한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에서 설명된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. The above description describes the technical idea of the present invention using one embodiment, and various modifications and variations are possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. Accordingly, the embodiments described in the present invention are for explanation rather than limiting the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples.

<실시예><Example>

재료ingredient

Ni(NO3)2.6H2O, Fe(NO3)3.9H2O, NH4F 및 요소는 삼천순약(주)에서 구입하였다. La(NO3)3.6H2O는 Sigma-Aldrich에서 구입하였다. 모든 시약은 추가 정제 없이 사용하였고, 모든 실험에서 탈이온수(DI water)를 사용하였다.Ni(NO 3 ) 2 .6H 2 O, Fe(NO 3 ) 3 .9H 2 O, NH 4 F and urea were purchased from Samcheonsoonyak Co., Ltd. La(NO 3 ) 3 .6H 2 O was purchased from Sigma-Aldrich. All reagents were used without further purification, and deionized water (DI water) was used in all experiments.

분석analysis

합성된 물질의 특성은, X선 회절(XRD, Cu Kα X-선 소스가 장착된 D8 Advance), 전계방출 주사전자현미경(FE-SEM, LEO SUPRA 55), 고해상도 투과전자현미경(TEM, HRTEM, JEOL JEM-2100F) , 200 kV) 및 X선 광전자 분광법(XPS; K-Alpha 분광계-열전자)을 통하여 확인하였다.The properties of the synthesized material were analyzed by X-ray diffraction (XRD, D8 Advance equipped with Cu Kα X-ray source), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM, LEO SUPRA 55), and high-resolution transmission electron microscopy (TEM, HRTEM, JEOL JEM-2100F) , 200 kV) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS; K-Alpha spectrometer-thermoelectron).

비교예 1. 층상 이중수산화물(NiFe LDH)의 합성Comparative Example 1. Synthesis of layered double hydroxide (NiFe LDH)

먼저 Ni 폼(foam) (1.5 x 3 cm2)을 에탄올과 3M HCl로 각각 30분간 초음파 세척하고 건조하여 준비하였다. 그런 다음, 0.450 mmol의 Ni(NO3)2.6H2O, 0.150 mmol의 Fe(NO3)3.6H2O, 2.23 mmol의 요소 및 1.48 mmol의 NH4F를 30 분 동안 격렬하게 교반하면서 25 ml의 탈이온수에 용해시켜, 전구체 용액을 수득하였다. 그런 다음, 상기 전구체 용액을 30 ml 부피의 테플론 라이닝된 스테인리스 스틸 오토클레이브에 넣고, 준비된 Ni 폼을 전구체 용액에 침지시켰다. 밀봉 후 오토클레이브를 120℃로 10 시간 동안 가열하여, NiFe LDH 샘플을 얻었고, 이를 탈이온수로 여러 번 세척하고 70℃ 오븐에서 건조하였다.First, Ni foam (1.5 x 3 cm 2 ) was prepared by ultrasonic washing with ethanol and 3M HCl for 30 minutes, respectively, and drying. Then 0.450 mmol of Ni(NO 3 ) 2.6H 2 O, 0.150 mmol of Fe(NO 3 ) 3.6H 2 O, 2.23 mmol of urea and 1.48 mmol of NH 4 F were stirred vigorously for 30 min. By dissolving in 25 ml of deionized water, a precursor solution was obtained. Then, the precursor solution was placed in a 30 ml volume Teflon-lined stainless steel autoclave, and the prepared Ni foam was immersed in the precursor solution. After sealing, the autoclave was heated to 120° C. for 10 hours to obtain a NiFe LDH sample, which was washed several times with deionized water and dried in an oven at 70° C.

실시예 1. 층상 이중수산화물 복합체(NiFeLa LDH)의 합성Example 1. Synthesis of layered double hydroxide composite (NiFeLa LDH)

상기 비교예 1의 전구체 용액에 La(NO3)3.6H2O를 첨가한 전구체 용액을 사용한 것을 제외하고는, 상기 비교예 1과 동일하게 실시하여, NiFeLa LDH를 합성하였다. 상기 La(NO3)3.6H2O의 투여량을 0.010 mmol, 0.0150 mmol 및 0.020 mmol로 조절하여 합성된 층상 이중수산화물 복합체를 각각 NiFeLa LDH-1, NiFeLa LDH-2 및 NiFeLa LDH-3로 명명하였다(도 1 참조).NiFeLa LDH was synthesized in the same manner as in Comparative Example 1, except that a precursor solution obtained by adding La(NO 3 ) 3 .6H 2 O to the precursor solution of Comparative Example 1 was used. The layered double hydroxide complex synthesized by adjusting the La(NO 3 ) 3 .6H 2 O dose to 0.010 mmol, 0.0150 mmol and 0.020 mmol was named NiFeLa LDH-1, NiFeLa LDH-2 and NiFeLa LDH-3, respectively. (see FIG. 1).

실험예 1. NiFe LDH 및 NiFeLa LDH 의 특성 분석Experimental Example 1. Characterization of NiFe LDH and NiFeLa LDH

도 2a의 XRD 패턴을 참조하면, 비교예 1 및 실시예 1로부터 제조된 LDH들은 Ni 폼(JCPDS #04-8050)에 대한 44.56 및 51.80에서의 특성 피크가 나타났고, NiFe(CO3)(OH)·H2O(JCPDS #40-0215)에 대한 (003), (101), (012), (015), (110) 및 (113) 결정면에 해당하는 11.67, 33.50, 34.43, 39.00, 59.80 및 61.25에서의 6개의 회절피크가 나타났음을 확인할 수 있다. 한편, NiFe LDH와 비교하여, NiFeLa LDH에서는 회절 피크의 이동이 관찰되지 않았으며, 이는 La 이온이 호스트 NiFe LDH의 구조에 영향을 미치지 않음을 시사한다. 이를 통하여, La 이온은 하이드로탈사이트(hydrotalcite)의 결정 구조와 잘 일치하는 6배위 구조로 인하여 LDH의 격자에 쉽게 공침될 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to the XRD pattern of Figure 2a, the LDHs prepared from Comparative Example 1 and Example 1 showed characteristic peaks at 44.56 and 51.80 for Ni foam (JCPDS #04-8050), and NiFe(CO 3 )(OH 11.67, 33.50, 34.43, 39.00, 59.80 corresponding to the (003), (101), (012), (015), (110) and (113) crystal planes for ) H 2 O (JCPDS #40-0215) And it can be confirmed that six diffraction peaks at 61.25 appeared. On the other hand, compared with NiFe LDH, no shift of the diffraction peak was observed in NiFeLa LDH, suggesting that La ions do not affect the structure of the host NiFe LDH. Through this, it can be confirmed that La ions can be easily co-precipitated into the lattice of LDH due to the hexacoordinate structure that matches well with the crystal structure of hydrotalcite.

도 2b 및 2c의 SEM 이미지를 참조하면, NiFe 및 NiFeLa LDH-2는 나노시트들이 다공성 네트워크를 가진 Ni 폼에서 성장하여, 계층적 3D 구조를 생성함을 확인할 수 있다.Referring to the SEM images of FIGS. 2B and 2C , it can be confirmed that NiFe and NiFeLa LDH-2 nanosheets are grown on Ni foam with a porous network, creating a hierarchical 3D structure.

또한, 도 2d의 TEM 이미지를 참조하면, NiFeLa LDH-2는 약 2 내지 3 nm의 두께를 갖음을 확인할 수 있으며, 이는 SEM 이미지에서 확인한 바와 일치하였다.In addition, referring to the TEM image of FIG. 2D , it can be confirmed that NiFeLa LDH-2 has a thickness of about 2 to 3 nm, which is consistent with that confirmed in the SEM image.

또한, 도 2e의 HRTEM 이미지를 참조하면, NiFeLa LDH-2는 NiFe LDH의 (012) 결정면에 해당하는 0.268nm의 격자 간격을 보여줌을 확인할 수 있다.Also, referring to the HRTEM image of FIG. 2E , it can be confirmed that NiFeLa LDH-2 shows a lattice spacing of 0.268 nm corresponding to the (012) crystal plane of NiFe LDH.

또한, 도 2f의 SAED 패턴 이미지를 참조하면, SAED의 밝은 회절 고리는 (003), (101) 및 (015) 격자를 인덱싱하였으며, 이는 XRD 패턴과 일치함을 확인하였다.In addition, referring to the SAED pattern image of FIG. 2f , the bright diffraction ring of SAED indexed (003), (101) and (015) gratings, which was confirmed to be consistent with the XRD pattern.

또한, 도 2g의 원소 맵핑 이미지를 참조하면, 전형적인 NiFeLa LDH-2 나노시트는 La 원소가 LDH 구조에서 Fe 및 Ni 원소와 함께 균일하게 분포되어 있고 La의 국부적 응집이 관찰되지 않았다.In addition, referring to the element mapping image of FIG. 2G , in a typical NiFeLa LDH-2 nanosheet, La elements were uniformly distributed along with Fe and Ni elements in the LDH structure, and local aggregation of La was not observed.

실험예 2. 산소 발생 반응(OER) 성능 확인Experimental Example 2. Oxygen evolution reaction (OER) performance check

상기 비교예 1로부터 합성된 층상 이중수산화물(LDH) 및 실시예 1로부터 합성된 층상 이중수산화물 복합체에 대한 OER 촉매 성능은 Pt 메쉬와 Hg/HgO, 1M NaOH를 상대 전극과 기준 전극으로 사용하는 기존의 3개 전극 셀을 사용하여 1M KOH 전해질에서 평가하였다. 분극 곡선은 1M KOH 전해질에서 2mV sec-1의 느린 스캔 속도에서 수행하였고, 전기화학적 임피던스 분광법(EIS) 분석은 0.55 V(vs Hg/HgO, 1M NaOH)에서 진폭 전위가 10mV 인 10mHz ~ 100kHz의 주파수 범위에서 수행하였다.The OER catalytic performance of the layered double hydroxide (LDH) synthesized from Comparative Example 1 and the layered double hydroxide composite synthesized from Example 1 was obtained using a Pt mesh, Hg/HgO, and 1M NaOH as a counter electrode and a reference electrode. A three-electrode cell was used and evaluated in 1M KOH electrolyte. Polarization curves were performed at a slow scan rate of 2 mV sec −1 in 1 M KOH electrolyte, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) analysis was performed at a frequency of 10 mHz to 100 kHz with an amplitude potential of 10 mV at 0.55 V (vs Hg/HgO, 1 M NaOH). range was performed.

도 3a를 참조하면, 2 mV s-1의 스캔 속도에서 iR-보정된 선형 스위프 전압전류법(LSV) 곡선은 실시예 1의 NiFeLa LDH들이 전위 범위에서 비교예 1의 NiFe LDH보다 더 높은 전류 밀도에 도달함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3A , an iR -corrected linear sweep voltammetry (LSV) curve at a scan rate of 2 mV s −1 shows that the NiFeLa LDHs of Example 1 have higher current densities than the NiFe LDHs of Comparative Example 1 in the potential range. It can be confirmed that the .

또한, 도 3b를 참조하면, 특히, 전류밀도가 50 및 300 mA cm-2일 때 NiFeLa LDH-2의 최적 촉매의 과전위(η)는 각각 228 및 285 mV로 NiFe LDH(251 및 317 mV)보다 낮음을 확인할 수 있다.In addition, referring to FIG. 3b, in particular, when the current density is 50 and 300 mA cm -2 , the optimal catalyst overpotential (η) of NiFeLa LDH-2 is 228 and 285 mV, respectively, for NiFe LDH (251 and 317 mV). It can be seen that the lower

또한, 하기 표 1에는 실시예 1의 NiFeLa LDH-2를, 세 번째 금속으로 도핑된 NiFe LDH 및 최신 OER용 전이금속 기반 촉매에 대한 일부 이전 보고서와 비교하여 과전위를 나타내었다.In addition, Table 1 below shows the overpotentials of NiFeLa LDH-2 of Example 1 compared with some previous reports on NiFe LDH doped with a third metal and transition metal-based catalysts for state-of-the-art OER.

하기 표 1을 참조하면, NiFeLa LDH-2는 초고전류 밀도를 구동하기 위해 500 mA cm-2의 초고전류 밀도를 구동하기 위하여 309 mV의 가장 낮은 과전위가 필요함을 확인할 수 있다. 이는 비용 경제적인 산업용 수소 생산에 매우 유리한 조건일 수 있다.Referring to Table 1 below, it can be seen that NiFeLa LDH-2 requires the lowest overpotential of 309 mV to drive an ultra-high current density of 500 mA cm -2 to drive an ultra-high current density. This can be very favorable conditions for cost-effective industrial hydrogen production.

Figure 112021152440575-pat00001
Figure 112021152440575-pat00001

또한, 동역학적 측면에서 Tafel 기울기는 용량성 전류의 영향을 피하기 위해 2mV s-2의 스캔 속도에서 음극 곡선(cathodic curve)로부터 계산하였고, 그 결과를 도 3c에 나타내었다. 도 3c를 참조하면, NiFeLa LDH-2의 Tafel 기울기는 42 mV dec-1로 NiFeLa LDH-1(44 mV dec-1), NiFeLa LDH-3(48 mV dec-1) 및 NiFe LDH(52mV dec-1)보다 낮음을 확인할 수 있고, 실시예 1로부터 제조된 NiFeLa LDH들은 비교예 1의 의 NiFe LDH에 비하여 더 빠른 역학을 나타냄을 확인할 수 있다.In addition, in terms of dynamics, the Tafel slope was calculated from a cathodic curve at a scan rate of 2 mV s-2 to avoid the effect of capacitive current, and the results are shown in FIG. 3C. Referring to FIG. 3c , the Tafel slope of NiFeLa LDH-2 is 42 mV dec -1 , which is NiFeLa LDH-1 (44 mV dec -1 ), NiFeLa LDH - 3 (48 mV dec -1 ) and NiFe LDH (52 mV dec -1 ). 1 ), and it can be seen that the NiFeLa LDHs prepared in Example 1 exhibit faster dynamics than the NiFe LDHs of Comparative Example 1.

또한, 전기화학적 임피던스 스펙트럼은 0.55 V(vs Hg/HgO, 1M NaOH)의 전위에서 수행하여 전기촉매의 전하이동 능력을 평가하였다. NiFeLa LDH 샘플들과 NiFe LDH의 Nyquist 플롯을 도 3d에 나타내었다. 도 3d를 참조하면, NiFeLa LDH 샘플의 더 작은 반원 반경은 더 낮은 전하 이동 저항을 암시하며, 이는 NiFe LDH에 La를 도입함으로써 고유한 전기촉매 활성이 향상되었음을 의미할 수 있다.In addition, the electrochemical impedance spectrum was performed at a potential of 0.55 V (vs Hg/HgO, 1M NaOH) to evaluate the charge transfer ability of the electrocatalyst. Nyquist plots of NiFeLa LDH samples and NiFe LDH are shown in FIG. 3d . Referring to Fig. 3d, the smaller semicircular radius of the NiFeLa LDH sample suggests a lower charge transfer resistance, which could mean that the intrinsic electrocatalytic activity was enhanced by introducing La into the NiFe LDH.

한편, EIS와 함께 TOF(turnover frequency)는 촉매의 고유활성을 평가하는 중요한 매개변수이다. 도 3e을 참조하면, NiFeLa LDH-2의 TOF 값은 다양한 전위에서 NiFe LDH의 TOF 값보다 높음을 확인할 수 있다. 또한, 300 mV의 과전위에서 NiFeLa LDH-2는 NiFe LDH(0.254 s-1)의 TOF 값보다 1.177배 높은 0.299 s-1의 TOF 값을 보여 La 원소가 본질적으로 촉매 활성을 향상시킬 수 있음을 시사한다.On the other hand, TOF (turnover frequency) together with EIS is an important parameter to evaluate the intrinsic activity of the catalyst. Referring to FIG. 3E , it can be seen that the TOF value of NiFeLa LDH-2 is higher than the TOF value of NiFe LDH at various potentials. In addition, at an overpotential of 300 mV, NiFeLa LDH-2 showed a TOF value of 0.299 s −1 , 1.177 times higher than that of NiFe LDH (0.254 s −1 ), suggesting that element La could intrinsically enhance the catalytic activity. do.

또한, 도 3f를 참조하면, NiFe LDH보다 NiFeLa LDH-2의 더 높은 k 값은 OH-가 NiFe LDH보다 NiFeLa LDH-2의 활성 부위와 더 빠르게 반응하여 OER 공정 중 전극 반응을 가속화함을 의미할 수 있다.Also, referring to Figure 3f, the higher k value of NiFeLa LDH-2 than NiFe LDH means that OH reacts with the active site of NiFeLa LDH-2 faster than NiFe LDH, thereby accelerating the electrode reaction during the OER process. can

또한, 도 4a에는 20000초 이내에 20 ~ 300 mA cm-2의 전류 밀도 범위에서 NiFeLa LDH-2의 다단계 크로노포텐쇼미터 곡선을 나타내었다. 도 4a를 참조하면, NiFeLa LDH-2 전극의 전위 응답의 현저한 빠른 향상은 전류 밀도가 증가함에 따라 관찰되었다. 매우 높은 전류 밀도를 제외하고 전위는 매 2500초 동안 거의 일정하였으며, 이를 통하여 NiFeLa LDH-2의 우수한 전도도 및 물질 수송 특성을 확인할 수 있다.In addition, FIG. 4a shows a multi-step chronopotentiometer curve of NiFeLa LDH-2 in a current density range of 20 to 300 mA cm -2 within 20000 seconds. Referring to Fig. 4a, a remarkable rapid improvement of the potential response of the NiFeLa LDH-2 electrode was observed with increasing current density. Except for the very high current density, the potential was almost constant for every 2500 seconds, confirming the excellent conductivity and mass transport properties of NiFeLa LDH-2.

또한, 도 4b에는 촉매 안정성을 평가하기 위해 NiFeLa LDH-2의 크로노포텐셜미터 테스트를 100mA cm-2의 전류 밀도에서 수행한 결과를 나타내었다. 도 4b를 참조하면, 140 시간 동안 눈에 띄는 저하가 없어, NiFeLa LDH-2의 OER에 대한 우수한 촉매 안정성을 보여주었으며, 전극 표면의 O2 기포의 흡/탈착으로 인한 전위 변동도 관찰할 수 있다. 또한, 도 4b 내 삽입도를 참조하면, 100 시간 후, NiFeLa LDH-2의 형태는 명확한 계층적 "나노시트 상의 나노시트" 구조로 변경되었음을 확인할 수 있다. 이와 같은 계층적 구조는 산화환원 반응을 위한 더 많은 활성 부위가 있는 확대된 표면적을 제공할 뿐만 아니라, 빠른 질량 수송 및 전해질 침투를 촉진할 수 있는 개방 다공성 구조를 가지고 있다.In addition, FIG. 4b shows the results of performing the NiFeLa LDH-2 chronopotential test at a current density of 100 mA cm -2 to evaluate catalyst stability. Referring to FIG. 4b , there was no noticeable degradation for 140 hours, showing excellent catalyst stability for OER of NiFeLa LDH-2, and potential fluctuations due to adsorption/desorption of O 2 bubbles on the electrode surface can also be observed. . Also, referring to the inset in FIG. 4B , it can be confirmed that after 100 hours, the shape of NiFeLa LDH-2 has been changed to a clear hierarchical “nanosheet on nanosheet” structure. This hierarchical structure not only provides an enlarged surface area with more active sites for redox reactions, but also has an open porous structure that can promote rapid mass transport and electrolyte penetration.

또한, 도 4c에는 LSV 곡선은 장기 내구성 후에도 기록하였다. 도 4c를 참조하면, 500 mA cm-2의 전류 밀도에서 14 mV의 약간의 전위 증가가 관찰되었으며, 나아가 강한 염기성 조건에서 OER 작동시 촉매의 우수한 안정성을 확인할 수 있다.In addition, in Fig. 4c, the LSV curve was recorded even after long-term durability. Referring to FIG. 4c , a slight increase in potential of 14 mV was observed at a current density of 500 mA cm -2 , and furthermore, excellent stability of the catalyst was confirmed during OER operation under strong basic conditions.

한편, 본 발명에 따른 NiFeLa LDH와 비교를 위하여, La 전구체의 다양한 투여량에서 동일한 합성 방법을 통해 La 도핑을 위한 지지체로서 NiCo LDH를 선택하였고, NiCoLa LDH 샘플의 전기촉매 성능을 순수한 NiCo LDH와 비교하여 도 5에 나타내었다. 도 5a 내지 5c를 참조하면, La가 LDH의 OER 촉매 성능 개선에 중요한 역할을 한다는 것을 추가로 확인하였다(NiCoLa LDH의 η300 - NiCo LDH의 η300 = 43mV). 또한, NiFeLa LDH(η300 = 285mV)의 활성과 비교하여 최적의 NiCoLa LDH(η300 = 386mV)의 더 낮은 활성은 NiFe LDH 지지체 상의 La 도핑이 보다 우수한 OER 성능을 갖음을 나타낼 수 있다.Meanwhile, for comparison with NiFeLa LDH according to the present invention, NiCo LDH was selected as a support for La doping through the same synthesis method at various doses of La precursor, and the electrocatalytic performance of the NiCoLa LDH sample was compared with that of pure NiCo LDH. Thus, it is shown in FIG. 5 . 5a to 5c, it was further confirmed that La plays an important role in improving the OER catalytic performance of LDH (η300 of NiCoLa LDH - η300 of NiCo LDH = 43mV). In addition, the lower activity of optimal NiCoLa LDH (η300 = 386 mV) compared to that of NiFeLa LDH (η300 = 285 mV) may indicate that La doping on NiFe LDH support has better OER performance.

또한, OER 활성 개선에서 La 이온의 분포를 더 잘 이해하기 위해 NiFe LDH 및 NiFeLa LDH-2에 대한 XPS 조사도 수행하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 모든 XPS 스펙트럼은 χ2가 최소값에 도달할 때까지 디볼루션되기 전에 284.6 eV에서 C-C의 결합 에너지에 따라 보정되었다.In addition, in order to better understand the distribution of La ions in the improvement of OER activity, XPS investigations on NiFe LDH and NiFeLa LDH-2 were also performed, and the results are shown in FIG. 6 . All XPS spectra were corrected according to the binding energy of C–C at 284.6 eV before devolution until χ2 reached a minimum value.

도 6a에서 참조하면, La 3d 피크와 Ni 2p 피크가 겹치기 때문에 Ni 3p 스펙트럼을 디콘볼루션에 사용하였다. 67.3 및 68.9 eV의 피크와 71.1 및 74.1 eV의 피크는 각각 Ni2+ 및 Ni3+ 산화 상태의 일반적인 신호를 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 6a , since the La 3d peak and the Ni 2p peak overlap, the Ni 3p spectrum was used for deconvolution. The peaks of 67.3 and 68.9 eV and the peaks of 71.1 and 74.1 eV may represent general signals of Ni 2+ and Ni 3+ oxidation states, respectively.

도 6b의 Fe 2p의 고해상도 스펙트럼을 참조하면, 708.9 및 722.0 eV 및 713.1 및 727.0 eV 주변의 피크는 각각 Fe2+ 및 Fe3+ 이온에 해당함을 확인할 수 있다.Referring to the high-resolution spectrum of Fe 2p in Figure 6b, it can be confirmed that the peaks around 708.9 and 722.0 eV and 713.1 and 727.0 eV correspond to Fe 2+ and Fe 3+ ions, respectively.

특히, NiFeLa LDH-2의 Ni 3p 및 Fe 2p에 대한 결합 에너지는 순수한 NiFe LDH의 값과 비교하여 각각 0.4 및 0.7 eV의 양으로 이동했으며, 이는 La 도핑이 Ni 및 Fe 이온의 전자 구조를 유의미하게 조절할 수 있음을 의미할 수 있다. In particular, the binding energies for Ni 3p and Fe 2p of NiFeLa LDH-2 shifted by amounts of 0.4 and 0.7 eV, respectively, compared with the values of pure NiFe LDH, indicating that La doping significantly altered the electronic structures of Ni and Fe ions. It can mean that you can control it.

NiFeLa LDH-2에서 Ni 및 Fe에서 La로의 부분 전자 이동은 표면에 더 많은 양의 고가 금속 부위를 형성하며, 이를 통하여 촉매의 OER 활성 부위 수의 증가를 확인할 수 있고, 이는 TOF 계산 경향과 잘 일치함을 확인하였다.Partial electron transfer from Ni and Fe to La in NiFeLa LDH-2 forms a higher amount of expensive metal sites on the surface, confirming the increase in the number of OER active sites in the catalyst, which is in good agreement with the TOF calculation trend was confirmed.

도 6c를 참조하면, O 1s 피크는 격자의 금속-산소(MO) 결합(530.0 eV), 물질의 수산화물 결합(O-H)(530.8 eV) 및 산소 결손(Ov)(531.9 eV) 및 표면에 흡착된 H2O(533.2 eV)에 기인할 것임을 확인할 수 있다. 또한, 각 O 종들에 대한 피크 면적의 통합 및 계산은 Ov의 백분율이 NiFe LDH 및 NiFeLa LDH-2에 대해 각각 16.0 및 21.6%임을 보여주었으며, 이를 통하여 La 도핑이 Ov 형성을 촉진할 수 있음을 확인할 수 있다. 이 현상은 OH-확산 계수 계산에서 위에서 언급한 것처럼 빠른 OH- 흡착을 유발할 수 있는 이전에 보고된 LDH와 유사함을 확인하였다.6c, the O 1s peak is the metal-oxygen (MO) bond (530.0 eV) of the lattice, the hydroxide bond (OH) (530.8 eV) and oxygen vacancies (Ov) (531.9 eV) of the material and adsorbed on the surface. It can be confirmed that it is due to H 2 O (533.2 eV). In addition, integration and calculation of the peak area for each O species showed that the percentage of Ov was 16.0 and 21.6% for NiFe LDH and NiFeLa LDH-2, respectively, confirming that La doping can promote Ov formation. can It was confirmed that this phenomenon is similar to the previously reported LDH, which can induce fast OH - adsorption as mentioned above in the calculation of the OH-diffusion coefficient.

따라서, 본 발명에 따른 층상 이중수산화물 복합체는 La와 NiFe LDH의 호스트 금속 사이의 강력한 전자 상호작용을 통하여 활성 사이트의 수를 크게 증가시키고, 전하 이동 저항을 감소시킬 뿐만 아니라, 상당한 산소 결손(vacancy)을 형성함으로써, 우수한 OER 활성을 갖는 OER용 전기촉매로 응용할 수 있음을 확인하였다.Therefore, the layered double hydroxide composite according to the present invention greatly increases the number of active sites through strong electron interaction between La and the host metal of NiFe LDH, and reduces charge transfer resistance, as well as significant oxygen vacancies. By forming , it was confirmed that it can be applied as an OER electrocatalyst having excellent OER activity.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구 범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The above detailed description is illustrative of the present invention. In addition, the above description shows and describes preferred embodiments of the present invention, and the present invention can be used in various other combinations, modifications, and environments. That is, changes or modifications are possible within the scope of the concept of the invention disclosed herein, the scope equivalent to the written disclosure, and/or within the scope of skill or knowledge in the art. The written embodiment describes the best state for implementing the technical idea of the present invention, and various changes required in specific application fields and uses of the present invention are possible. Accordingly, the detailed description of the present invention is not intended to limit the present invention to the disclosed embodiments. Also, the appended claims should be construed to include other embodiments as well.

Claims (15)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete (a) Ni 전구체, Fe 전구체, La 전구체 및 가수분해제를 포함하는 전구체 용액을 수득하는 단계; 및
(b) 상기 전구체 용액에 Ni 폼(foam)을 침지한 후 열처리 하는 단계를 포함하고,
상기 Ni 전구체, Fe 전구체 및 La 전구체의 몰비는 1 : 0.3 내지 0.4 : 0.03 내지 0.04이고,
상기 (b) 단계의 열처리는 100 내지 200 ℃에서 수행되는 것인 층상 이중수산화물 복합체의 제조방법.
(a) obtaining a precursor solution comprising a Ni precursor, an Fe precursor, a La precursor and a hydrolyzing agent; and
(b) immersing Ni foam in the precursor solution and then heat-treating,
The molar ratio of the Ni precursor, the Fe precursor, and the La precursor is 1: 0.3 to 0.4: 0.03 to 0.04,
The heat treatment of step (b) is a method for producing a layered double hydroxide composite is performed at 100 to 200 ℃.
제7항에 있어서,
상기 가수분해제는 요소(Urea), NaOH, KOH, NH4OH, 및 헥사메틸렌테트라아민(Hexamethylenetetramine)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 층상 이중수산화물 복합체의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The hydrolyzing agent is urea (Urea), NaOH, KOH, NH 4 OH, and hexamethylenetetramine (Hexamethylenetetramine) method of producing a layered double hydroxide complex comprising at least one selected from the group consisting of.
제7항에 있어서,
상기 (a) 단계의 전구체 용액은 불화암모늄(NH4F)을 더욱 포함할 수 있는 것인, 층상 이중수산화물 복합체의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The precursor solution of step (a) may further include ammonium fluoride (NH 4 F), the method for producing a layered double hydroxide complex.
삭제delete 삭제delete 제7항에 따른 제조방법에 의해 제조된 층상 이중수산화물 복합체로서,
니켈 폼(foam);
상기 니켈 폼에 형성되고, Ni 및 Fe를 포함하는 층상 이중수산화물(LDH; layered double hydroxide); 및
상기 층상 이중수산화물에 도핑된 La 이온을 포함하는 층상 이중수산화물 복합체.
A layered double hydroxide composite prepared by the method according to claim 7,
nickel foam;
Formed on the nickel foam, layered double hydroxide (LDH; layered double hydroxide) containing Ni and Fe; and
A layered double hydroxide complex comprising La ions doped in the layered double hydroxide.
제12항에 따른 층상 이중수산화물 복합체를 포함하는 산소 발생 반응(OER)용 촉매.A catalyst for oxygen evolution reaction (OER) comprising the layered double hydroxide complex according to claim 12. 제13항에 따른 산소 발생 반응용 촉매를 포함하는 수전해용 전극.An electrode for water electrolysis comprising the catalyst for oxygen evolution reaction according to claim 13. 제13항에 따른 상기 산소 발생 반응용 촉매를 포함하는 수전해셀.


A water electrolysis cell comprising the catalyst for the oxygen evolution reaction according to claim 13.


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