KR102554754B1 - Manufacturing method of hierarchically designed como marigold flower-like 3d nano-heterostructure as an efficient electrocatalyst for oxygen and hydrogen evolution reactions and layered double hydroxide manufactured by the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이중층 수산화물에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 효율적인 산소 및 수소 발생을 위한 3차원 계층적 나노 구조의 코발트-몰리브덴 이중층 수산화물 제조함에 따라 높은 촉매 효율과 안정성을 가지는 기술에 관한 것이다.
본 발명의 효율적인 산소 및 수소 발생을 위한 3차원 계층적 나노 구조의 코발트-몰리브덴 이중층 수산화물은, 질량 전하 전달 현상이 향상되어 OER 및 HER 성능 및 반응 속도가 우수하고, 전기 촉매 활성을 월등히 향상시킬 수 있고, 장기적인 안정성을 가지며, 낮은 과전압 전위를 나타낼 수 있는 등의 다양한 효과가 있다.
The present invention relates to a double-layered hydroxide, and more particularly, to a technology having high catalytic efficiency and stability by producing a three-dimensional hierarchical nanostructured cobalt-molybdenum double-layered hydroxide for efficient oxygen and hydrogen generation.
The three-dimensional hierarchical nanostructured cobalt-molybdenum double layer hydroxide for efficient oxygen and hydrogen generation of the present invention has excellent OER and HER performance and reaction rate due to improved mass charge transfer, and can significantly improve electrocatalytic activity. It has various effects such as having long-term stability and showing a low overvoltage potential.

Description

효율적인 산소 및 수소 발생을 위한 3차원 계층적 나노 구조의 코발트-몰리브덴 이중층 수산화물 제조방법 및 이에 의해 제조된 이중층 수산화물{MANUFACTURING METHOD OF HIERARCHICALLY DESIGNED COMO MARIGOLD FLOWER-LIKE 3D NANO-HETEROSTRUCTURE AS AN EFFICIENT ELECTROCATALYST FOR OXYGEN AND HYDROGEN EVOLUTION REACTIONS AND LAYERED DOUBLE HYDROXIDE MANUFACTURED BY THE SAME}Manufacturing method of cobalt-molybdenum double layer hydroxide with a three-dimensional hierarchical nanostructure for efficient oxygen and hydrogen generation and the double layer hydroxide prepared thereby HYDROGEN EVOLUTION REACTIONS AND LAYERED DOUBLE HYDROXIDE MANUFACTURED BY THE SAME}

본 발명은 이중층 수산화물에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 효율적인 산소 및 수소 발생을 위한 3차원 계층적 나노 구조의 코발트-몰리브덴 이중층 수산화물 제조함에 따라 높은 촉매 효율과 안정성을 가지는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a double-layered hydroxide, and more particularly, to a technology having high catalytic efficiency and stability by producing a three-dimensional hierarchical nanostructured cobalt-molybdenum double-layered hydroxide for efficient oxygen and hydrogen generation.

수소 경제의 산업 성장은 재생 가능한 에너지 자원을 개발하려는 연구자들의 관심을 끌었던 도전 과제 중 하나이다. 광촉매 및 광화학 수전해 기술에는 직사광선 아래에서 수소(hydrogen)를 생성하는 다양한 방법이 있다. 안타깝게도 광촉매 공정에서 낮은 에너지 변환은 대규모 응용 분야에서 효율성을 제한한다. 물 분해에서 전기화학적 물 분해 기술은 이러한 문제를 극복할 수 있다. 알칼리성 용액에서 수전해는 각각 수소 발생 반응(hydrogen evolution reaction; HER)과 산소 발생 반응(oxygen evolution reaction; OER)을 통해 고순도 수소(H2)와 산소(O2)를 생산하는 가장 유망한 방법이다. HER에 비해 OER은 물에서 산소를 변환하기 위해 4개의 전자를 제거하는데 더 높은 과전압을 필요로 한다. 그러므로 적절한 전기촉매를 선택하는 것은 OER에서 낮은 과전압으로 수전해 공정을 촉진하는데 중요하다. The industrial growth of the hydrogen economy is one of the challenges that have attracted the attention of researchers seeking to develop renewable energy sources. There are various methods of generating hydrogen under direct sunlight in photocatalytic and photochemical water electrolysis technologies. Unfortunately, the low energy conversion in photocatalytic processes limits their efficiency in large-scale applications. In water splitting, electrochemical water splitting technology can overcome these problems. Water electrolysis in an alkaline solution is the most promising method for producing high-purity hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ) through hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER), respectively. Compared to HER, OER requires a higher overpotential to remove four electrons to convert oxygen from water. Therefore, choosing an appropriate electrocatalyst is important to promote the water electrolysis process with a low overpotential in the OER.

수전해 촉매는 주로 백금, 루테늄, 이리듐과 같은 귀금속을 사용하고 있는데, 이 귀금속은 알칼리성 용액에서 OER 및 HER에 대한 이상적인 전기 촉매로 간주된다. 하지만 높은 비용, 낮은 안정성과 귀금속 고갈은 대규모 생산이 제한된다. 이러한 단점을 극복하기 위해, 전이금속 기반의 산화물, 인산염, 셀렌화물, 황화물, 질화물, 붕화물, 탄화물, 유기 금속화합물, 수산화물과 같은 비귀금속 촉매 물질을 사용하여 HER과 OER 성능을 평가한다. 그래서 지구에서 풍부하며 저렴하고, 다중 원자가 상태로 인해 OER 및 HER에 대한 환경 친화적인 층 이중 수산화물(Layered double hyroxides; LDH)을 개발했다. 일반적으로 LDH 재료는 금속 양이온이 팔면체를 공유하는 모서리의 중심을 차지하는 이온 층상 구조의 한 종류이며, 정점에는 무한 2D 시트를 형성하기 위해 연결되는 수산화 이온이 포함되어 있다. 이 2D-LDH 재료는 염료 제거, 촉매, 연료 전지 및 CO2 포집과 같은 광범위한 응용 분야를 가지고 있다. 포괄적으로 LDH 재료는 비표면적이고 커서 전해질의 확산을 촉진하고 전기 촉매 성능을 향상시키기 위해 많은 활성 사이트를 제공한다. Water electrolysis catalysts mainly use noble metals such as platinum, ruthenium, and iridium, which are considered ideal electrocatalysts for OER and HER in alkaline solutions. However, high cost, low stability and precious metal depletion limit large-scale production. To overcome these drawbacks, HER and OER performances are evaluated using non-noble metal catalyst materials such as transition metal-based oxides, phosphates, selenides, sulfides, nitrides, borides, carbides, organometallic compounds, and hydroxides. Therefore, we developed layered double hydroxides (LDHs), which are terrestrially abundant, inexpensive, and environmentally benign for OER and HER due to their multiple valence states. In general, LDH materials are a type of ionic layered structure in which metal cations occupy the center of the edges sharing an octahedron, and the apex contains hydroxide ions that connect to form an infinite 2D sheet. This 2D-LDH material has a wide range of applications, such as dye removal, catalysis, fuel cells and CO2 capture. Collectively, LDH materials are non-surface and large, providing many active sites to facilitate the diffusion of the electrolyte and improve the electrocatalytic performance.

Ni, Fe 및 Co 기반의 LDH 재료는 3차원 구조의 전이금속으로 가변 원자가 상태를 가지고 있어 OER 및 HER 성능을 향상시키는데 큰 이점을 가지고 있다. 다른 bimetal LDH 재료 중에서 Co 기반의 LDH는 불포화 CoO6-x 팔면체의 존재로 인해 매우 활성적인 전기 촉매이며, 이는 OER 및 HER 공정에서 더 많은 활성 사이트를 촉진한다. 또한, Mo은 다른 금속과 통합될 때, 높은 유익한 요소를 가지고 있으며 광범위한 응용 분야를 열었다. 구체적으로 CoMo-LDH 재료는 이중 기능성 수전해 가능성이 있다. 그러나 여전히 OER의 과전압을 낮추는 것은 여전히 어려운 영역이다.Ni, Fe, and Co-based LDH materials are three-dimensional transition metals with variable valence states, which have great advantages in improving OER and HER performance. Among other bimetal LDH materials, Co-based LDH is a highly active electrocatalyst due to the presence of unsaturated CoO6-x octahedra, which promotes more active sites in OER and HER processes. In addition, when Mo is incorporated with other metals, it has a high beneficial factor and opens up a wide range of applications. Specifically, the CoMo-LDH material has potential for dual functional water electrolysis. However, reducing the overvoltage of OER is still a difficult area.

이러한 한계를 극복하기 위해 본 연구에서는 전기 촉매의 설계로 OER 과전압을 낮추었다. 호율적인 이중 기능성 전기 촉매로 나노 시트로 구성된 수국 꽃과 같은 CoMo-LDH 구조의 새로운 3D 구조를 개발했다. To overcome this limitation, in this study, the OER overpotential was lowered by designing an electrocatalyst. developed a novel 3D structure of a hydrangea flower-like CoMo-LDH structure composed of nanosheets as an efficient bifunctional electrocatalyst.

한국등록특허 제10-2237529(등록일자 2021년04월01일)Korean Registered Patent No. 10-2237529 (registration date: April 01, 2021) 한국등록특허 제10-1733492(등록일자 2017년04월28일)Korean Registered Patent No. 10-1733492 (Date of Registration: April 28, 2017) 한국등록특허 제10-2188107(등록일자 2020년12월01일)Korean Registered Patent No. 10-2188107 (registration date: December 01, 2020)

따라서, 본 발명에서 이러한 한계를 극복하기 위해, 전기 촉매를 설계하여 효율적인 산소 및 수소 발생을 위한 3차원 계층적 나노 구조의 코발트-몰리브덴 이중층 수산화물을 제조하여 OER(Oxygen Evolution Reaction) 과전압을 낮추었다. 효율적인 이중 기능성 전기 촉매로 나노 시트로 구성된 수국 꽃과 같은 CoMo-LDH 구조의 새로운 3D 구조를 개발하였다.Therefore, in order to overcome these limitations in the present invention, an OER (Oxygen Evolution Reaction) overvoltage was lowered by designing an electrocatalyst and preparing a three-dimensional hierarchical nanostructured cobalt-molybdenum double layer hydroxide for efficient oxygen and hydrogen generation. A novel 3D structure of hydrangea flower-like CoMo-LDH structure composed of nanosheets as an efficient bifunctional electrocatalyst was developed.

본 발명의 효율적인 산소 및 수소 발생을 위한 3차원 계층적 나노 구조의 코발트-몰리브덴 이중층 수산화물의 제조방법은, (a) 전구체로서, 질산코발트 수화물 및 몰리브덴산나트륨 수화물과 헥사메틸렌테트라민(hexamethylenetetramine, HMTA)을 준비하는 단계; (b) 증류수에 용해하는 단계; (c) 수열합성 단계로서, 오토클레이브(autoclave)에서 80 내지 100 ℃의 온도에서 5 내지 7 시간 동안 가열하는 단계; (d) 실온으로 냉각한 후, 상기 (c)단계에서 생성된 침전물을 증류수와 에탄올로 세척하는 단계; 및 (e) 75 내지 85 ℃의 온도에서 건조시키는 단계;를 포함한다.The method for producing a three-dimensional hierarchical nanostructured cobalt-molybdenum double layer hydroxide for efficient oxygen and hydrogen generation of the present invention is (a) as a precursor, cobalt nitrate hydrate and sodium molybdate hydrate and hexamethylenetetramine (HMTA) ) preparing; (b) dissolving in distilled water; (c) as a hydrothermal synthesis step, heating for 5 to 7 hours at a temperature of 80 to 100 ° C. in an autoclave; (d) after cooling to room temperature, washing the precipitate produced in step (c) with distilled water and ethanol; and (e) drying at a temperature of 75 to 85 °C.

바람직하게, 상기 (a) 단계에서, 상기 질산코발트 수화물은 5 내지 45 mM의 Co(NO3)2·6H2O이고, 상기 몰리브덴산나트륨 수화물은 5 내지 45 mM의 Na2MoO4.2H2이고, 상기 헥사메틸렌테트라민은 55 내지 65 mM 농도일 수 있다.Preferably, in step (a), the cobalt nitrate hydrate is 5 to 45 mM Co(NO 3 ) 2 6H 2 O, and the sodium molybdate hydrate is 5 to 45 mM Na 2 MoO 4 .2H 2 And, the hexamethylenetetramine may be at a concentration of 55 to 65 mM.

바람직하게, 상기 (b) 단계에서, 상기 증류수는 57 내지 63 mL의 부피일 수 있다.Preferably, in step (b), the distilled water may have a volume of 57 to 63 mL.

바람직하게, 상기 (c) 단계에서, 상기 오토클레이브는 테플론(teflon) 라이닝(lining)된 스테인리스 스틸(steel) 오토클레이브인 것을 특징으로 한다.Preferably, in step (c), the autoclave is characterized in that it is a stainless steel autoclave lined with Teflon.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 3차원 계층적 나노 구조의 코발트-몰리브덴 이중층 수산화물의 제조방법을 이용하여 제조된 3차원 계층적 나노 구조의 코발트-몰리브덴 이중층 수산화물은 Co1Mo4-LDH, Co2Mo3-LDH, Co3Mo2-LDH 및 Co4Mo1-LDH로 이루어진 군에서 선택된 어느 1종 이상일 수 있다.According to another aspect of the present invention, the three-dimensional hierarchical nanostructured cobalt-molybdenum double layer hydroxide prepared using the method for preparing the three-dimensional hierarchical nanostructured cobalt-molybdenum double layer hydroxide is Co 1 Mo 4 -LDH, Co It may be at least one selected from the group consisting of 2 Mo 3 -LDH, Co 3 Mo 2 -LDH, and Co 4 Mo 1 -LDH.

본 발명의 효율적인 산소 및 수소 발생을 위한 3차원 계층적 나노 구조의 코발트-몰리브덴 이중층 수산화물은, 질량 전하 전달 현상이 향상되어 OER, HER 성능 및 반응 속도가 우수하고, 전기 촉매 활성을 월등히 향상시킬 수 있고, 장기적인 안정성을 가지며, 낮은 과전압 전위를 나타낼 수 있는 등의 효과가 있다.The three-dimensional hierarchical nanostructured cobalt-molybdenum double layer hydroxide for efficient oxygen and hydrogen generation of the present invention has improved mass charge transfer phenomenon, has excellent OER, HER performance and reaction rate, and can significantly improve electrocatalytic activity It has effects such as having long-term stability, showing a low overvoltage potential, and the like.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명에 따른 코발트-몰리브덴 이중층 수산화물 제조방법의 흐름도이다.
도 2는 코발트-몰리브덴 이중층 수산화물을 도식적으로 나타낸 이미지이다.
도 3은 꽃 형태의 코발트-몰리브덴 이중층 수산화물의 형성과정을 도식화한 것이다.
도 4는 코발트-몰리브덴 이중층 수산화물의 FE-SEM(field emission scanning electron microscope) 이미지이다.
도 5는 코발트-몰리브덴 이중층 수산화물의 TEM(transmission electron microscopy) 이미지(도 5(a)~(c)), HRTEM(High-resolution transmission electron microscopy) 이미지(도 5(d))이다.
도 6(a)는 TEM 이미지, 도 6(b)는 주사 투과 전자 현미경(Scanning Transmission Electron Microscope, STEM)이미지, 도 6(c) ~ 도6(e)는 Co3Mo2-LDH의 STEM 매핑 프로파일을 나타낸 것이고, 도 6(f)는 EDS(Energy-dispersive X-ray spectroscopy) 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 7은 XRD 패턴을 나타낸 그래프로, (a) Co1Mo4, (b)Co2Mo3, (c)Co3Mo2 및 (d)Co4Mo1-LDHs이다.
도 8(a)는 질소 흡착-탈착 등온선을 나타낸 그래프이고, 도 8(b)는 Co1Mo4, Co2Mo3, Co3Mo2 및 Co4Mo1-LDHs의 기공 사이즈 분포에 대한 그래프이다.
도 9는 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 스펙트럼을 나타낸 것으로, Co1Mo4, Co2Mo3, Co3Mo2 및 Co4Mo1-LDHs의 (a) Co 2p, (b) Mo 3d, (c) O 1s를 나타낸 것이다.
도 10(a)는 선형주사전위법(Linear Sweep Voltammetry, LSV)을 이용하여 전위-전류 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 10(b)는 전류밀도 10 mA cm-2에서 과전압(overpotential)을 측정한 그래프이다.
도 10(c)는 Co1Mo4, Co2Mo3, Co3Mo2 및 Co4Mo1-LDHs의 tafel plots를 나타낸다.
도 10(d)는 Co1Mo4, Co2Mo3, Co3Mo2및 Co4Mo1-LDHs의 주사속도-전류밀도를 나타낸 그래프이다.
도 10(e)는 Co1Mo4, Co2Mo3, Co3Mo2 및 Co4Mo1-LDHs의 나이퀴스트(Nyquist) 플롯을 나타낸 것이다.
도 10(f)는 전류밀도 10 mA cm-2에서 Co3Mo2-LDH의 전극 전위의 시간적 변화를 측정한 chronopotentiometry이다.
도 11(a)는 선형주사전위법을 이용하여 전위-전류 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 11(b)는 전류밀도 10 mA cm-2에서 과전압을 측정한 그래프이다.
도 11(c)는 Co1Mo4, Co2Mo3, Co3Mo2 및 Co4Mo1-LDHs의 tafel plots를 나타낸다.
도 11(d)는 Co1Mo4, Co2Mo3, Co3Mo2 및 Co4Mo1-LDHs의 나이퀴스트 플롯을 나타낸 것이다.
도 11(e)는 Co3Mo2-LDH를 순환전압전류법 1000 cycles 전후의 LSV 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 11(f)는 전류밀도 10 mA cm-2에서 Co3Mo2의 전극 전위의 시간적 변화를 측정한 chronopotentiometry이다.
The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the present invention serve to further understand the technical idea of the present invention, the present invention is the details described in such drawings should not be construed as limited to
1 is a flow chart of a cobalt-molybdenum double layer hydroxide manufacturing method according to the present invention.
2 is a schematic image of a cobalt-molybdenum bilayer hydroxide.
Figure 3 is a schematic diagram of the formation process of cobalt-molybdenum double layer hydroxide in the form of a flower.
4 is a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) image of a cobalt-molybdenum double layer hydroxide.
5 is a TEM (transmission electron microscopy) image (FIG. 5 (a) to (c)) and a high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) image (FIG. 5 (d)) of cobalt-molybdenum double layer hydroxide.
6(a) is a TEM image, FIG. 6(b) is a scanning transmission electron microscope (STEM) image, and FIGS. 6(c) to 6(e) are Co 3 Mo 2 -LDH STEM mapping It shows a profile, and FIG. 6(f) shows an energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) spectrum.
7 is a graph showing XRD patterns, (a) Co 1 Mo 4 , (b) Co 2 Mo 3 , (c) Co 3 Mo 2 and (d) Co 4 Mo 1 -LDHs.
8(a) is a graph showing nitrogen adsorption-desorption isotherms, and FIG. 8(b) is a graph of pore size distribution of Co 1 Mo 4 , Co 2 Mo 3 , Co 3 Mo 2 and Co 4 Mo 1 -LDHs. am.
9 shows XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) spectra, Co 1 Mo 4 , Co 2 Mo 3 , Co 3 Mo 2 and Co 4 Mo 1 -LDHs of (a) Co 2p, (b) Mo 3d, (c) It shows O 1s.
10(a) is a graph showing a potential-current curve using Linear Sweep Voltammetry (LSV).
10(b) is a graph of measuring overpotential at a current density of 10 mA cm −2 .
10(c) shows tafel plots of Co 1 Mo 4 , Co 2 Mo 3 , Co 3 Mo 2 and Co 4 Mo 1 -LDHs.
10(d) is a graph showing scan rates-current densities of Co 1 Mo 4 , Co 2 Mo 3 , Co 3 Mo 2 and Co 4 Mo 1 -LDHs.
10(e) shows a Nyquist plot of Co 1 Mo 4 , Co 2 Mo 3 , Co 3 Mo 2 and Co 4 Mo 1 -LDHs.
10(f) is chronopotentiometry measuring the temporal change of electrode potential of Co 3 Mo 2 -LDH at a current density of 10 mA cm −2 .
11(a) is a graph showing a potential-current curve using the linear scanning potential method.
11(b) is a graph of overvoltage measured at a current density of 10 mA cm -2 .
11(c) shows tafel plots of Co 1 Mo 4 , Co 2 Mo 3 , Co 3 Mo 2 and Co 4 Mo 1 -LDHs.
11(d) shows a Nyquist plot of Co 1 Mo 4 , Co 2 Mo 3 , Co 3 Mo 2 and Co 4 Mo 1 -LDHs.
11(e) is a graph showing LSV curves before and after 1000 cycles of cyclic voltammetry for Co 3 Mo 2 -LDH.
11(f) is chronopotentiometry measuring the temporal change of electrode potential of Co 3 Mo 2 at a current density of 10 mA cm -2 .

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the contents described in the accompanying drawings. However, the present invention is not limited or limited by exemplary embodiments.

본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다.Embodiments according to the concept of the present invention can apply various changes and can have various forms, so the embodiments are illustrated in the drawings and described in detail herein.

본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.The objects and effects of the present invention can be naturally understood or more clearly understood by the following description, and the objects and effects of the present invention are not limited only by the following description. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 이중층 수산화물 촉매 합성 방법의 전체적인 흐름도이다. 먼저, 전구체로서 니켈코발트, 몰리브덴질산염 및 헥사메틸렌테트라민을 준비하여, DI water에 용해시킨다. 이후, 수열합성 단계로, 오토클레이브(autoclave)에서 90 ℃에서 6 시간 동안 가열한다. 이후, 실온(21~25 ℃)에서 냉각시키고, 형성된 침전물을 DI water 및 에탄올로 세척하고, 80 ℃에서 건조시킴으로써, CoMo-LDH를 수득한다. 1 is an overall flow chart of a method for synthesizing a double-layer hydroxide catalyst according to the present invention. First, nickel cobalt, molybdenum nitrate and hexamethylenetetramine are prepared as precursors and dissolved in DI water. Thereafter, as a hydrothermal synthesis step, it is heated in an autoclave at 90° C. for 6 hours. Thereafter, after cooling at room temperature (21-25 ° C.), the formed precipitate was washed with DI water and ethanol, and dried at 80 ° C. to obtain CoMo-LDH.

도 2는 코발트-몰리브덴 이중층 수산화물을 도식적으로 나타낸 이미지이다. 도 2에 의하면, 코발트-몰리브덴 이중층 수산화물은 수소 및 산소를 다량으로 발생시킬 수 있다.2 is a schematic image of a cobalt-molybdenum bilayer hydroxide. According to FIG. 2, the cobalt-molybdenum double layer hydroxide can generate a large amount of hydrogen and oxygen.

도 3은 꽃 형태의 코발트-몰리브덴 이중층 수산화물의 형성과정을 도식화한 것이다. 도 3에 의하면, 전구체로서, 질산니켈 수화물 및 몰리브덴산나트륨 수화물과 헥사메틸렌테트라민을 혼합하여 수열합성과정을 거치면, 2D 나노시트(nanosheet)의 구조에서, 3D 꽃 형태의 코발트-몰리브덴 이중층 수산화물이 합성된다. 3D 꽃 형태의 코발트-이중층 수산화물은 이중층으로 되어있어, 층 사이에 물 분자나 음이온 등이 위치할 수 있다.Figure 3 is a schematic diagram of the formation process of cobalt-molybdenum double layer hydroxide in the form of a flower. According to FIG. 3, as a precursor, when nickel nitrate hydrate, sodium molybdate hydrate, and hexamethylenetetramine are mixed and subjected to hydrothermal synthesis, a 3D flower-shaped cobalt-molybdenum double layer hydroxide is formed in a 2D nanosheet structure. is synthesized The 3D flower-shaped cobalt-double-layered hydroxide is made of double layers, so water molecules or anions can be located between the layers.

실시예 1. 3D 꽃 모양의 CoMo-LDH 전기 촉매 제조Example 1. Preparation of 3D flower-shaped CoMo-LDH electrocatalyst

3D 꽃 모양의 CoMo-LDH 전기 촉매를 제조하기 위해, 수열합성 방법(hydrothermal method)으로 4가지 비율의 Co1Mo4, Co2Mo3, Co3Mo2 및 Co4Mo1을 제조하였다.To prepare the 3D flower-shaped CoMo-LDH electrocatalyst, four ratios of Co 1 Mo 4 , Co 2 Mo 3 , Co 3 Mo 2 and Co 4 Mo 1 were prepared by a hydrothermal method.

먼저, Co1Mo4을 제조하기 위해, 10 mM의 Co(NO3)2·6H2O와 40 mM의 Na2MoO4·2H2O 및 60 mM의 HTMA(hexamethylenetetramine)를 60 mL 증류수에 용해시킨 다음, 오토클레이브(autoclave)에 넣어 90 ℃에서 6 시간 동안 수열합성 과정을 진행하였다. 이후 증류수와 에탄올을 이용하여 4~5번 세척하고, 80 ℃ 온도의 오븐에서 밤새 건조시켰다.First, to prepare Co 1 Mo 4 , 10 mM Co(NO 3 ) 2 6H 2 O, 40 mM Na 2 MoO 4 2H 2 O, and 60 mM HTMA (hexamethylenetetramine) were dissolved in 60 mL distilled water. After that, it was put into an autoclave and subjected to hydrothermal synthesis at 90 °C for 6 hours. After that, it was washed 4 to 5 times with distilled water and ethanol, and dried overnight in an oven at 80 °C.

반응과정에서 HTMA는 Co와 Mo의 금속 원자를 연결하여 수소 결합을 통해 물에서 유기 금속 복합체를 형성하는 이중 기능 계면활성제이다. In the reaction process, HTMA is a dual-functional surfactant that forms an organometallic complex in water through hydrogen bonding by connecting metal atoms of Co and Mo.

Co2Mo3 제조는 Co1Mo4의 제조과정과 동일하게 진행하되, 20 mM의 Co(NO3)2·6H2O 및 30 mM의 Na2MoO4·2H2O을 사용하여 제조하였다.The preparation of Co 2 Mo 3 was performed in the same manner as the preparation of Co 1 Mo 4 , except that 20 mM of Co(NO 3 ) 2 6H 2 O and 30 mM of Na 2 MoO 4 2H 2 O were used.

Co3Mo2 제조는 Co1Mo4의 제조과정과 동일하게 진행하되, 30 mM의 Co(NO3)2·6H2O 및 20 mM의 Na2MoO4·2H2O을 사용하여 제조하였다.The preparation of Co 3 Mo 2 was performed in the same manner as the preparation of Co 1 Mo 4 , except that 30 mM of Co(NO 3 ) 2 6H 2 O and 20 mM of Na 2 MoO 4 2H 2 O were used.

Co4Mo1 제조는 Co1Mo4의 제조과정과 동일하게 진행하되, 40 mM의 Co(NO3)2·6H2O 및 10 mM의 Na2MoO4·2H2O을 사용하여 제조하였다.The preparation of Co 4 Mo 1 was performed in the same manner as the preparation of Co 1 Mo 4 , except that 40 mM of Co(NO 3 ) 2 6H 2 O and 10 mM of Na 2 MoO 4 2H 2 O were used.

마지막으로, 2D-LDH 나노 시트를 형성하여, 3D 꽃과 같은 구조를 형성하였다.. 구체적으로, 수열합성 과정, 즉, 가수 분해 반응에서 클러스터 복합체는 물 분자와 연결되어 2D CoMo-LDH 나노 시트 층을 형성하는 1D 사슬과 같은 단위를 형성하며, 추가로 평행 적층되어, 3D 꽃과 같은 구조를 생성한다. 동시에, 이 과정에서 HMTA는 암모니아와 포름알데히드를 방출한 다음 분해에 의해 CO3 2-이온이 삽입된 음이온 종으로 LDH 층에 통합된다.Finally, 2D-LDH nanosheets were formed to form a 3D flower-like structure. Specifically, in the hydrothermal synthesis process, that is, in the hydrolysis reaction, the cluster complex was linked with water molecules to form a 2D CoMo-LDH nanosheet layer. They form 1D chain-like units that form , which are further stacked in parallel to create 3D flower-like structures. Simultaneously, in this process, HMTA releases ammonia and formaldehyde and is then incorporated into the LDH layer as anionic species intercalated with CO 3 2- ions by decomposition.

실험예 1. 3D 꽃 모양의 CoMo-LDH의 구조 분석Experimental Example 1. Structural analysis of 3D flower-shaped CoMo-LDH

3D 꽃 모양의 CoMo-LDH를 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지를 통하여 관찰하였다. 도 4에 의하면, SEM 이미지를 확인할 수 있으며, 여러 개의 초박형 2D 나노 시트로 구성되어 3D 꽃 형태를 나타내고 있다. 저배율의 SEM 이미지에서는 2D 나노 시트가 조밀하게 연결되어 구형 구조를 형성하고 있는 것을 보이며, 4가지 비율의 CoMo-LDH는 매끈하고 부드러운 2D 초박형 나노 시트를 보이고 있다. 이를 통해, 나노 시트 형태는 Co와 Mo의 비율을 조절해도 영향을 받지 않는 것을 알 수 있다.The 3D flower-shaped CoMo-LDH was observed through SEM (Scanning Electron Microscope) images. According to FIG. 4 , the SEM image can be confirmed, and it is composed of several ultra-thin 2D nanosheets and shows a 3D flower shape. In the low-magnification SEM image, the 2D nanosheets are densely connected to form a spherical structure, and CoMo-LDH of four ratios shows smooth and soft 2D ultrathin nanosheets. Through this, it can be seen that the nanosheet morphology is not affected by adjusting the ratio of Co and Mo.

또한, 고배율의 SEM 이미지를 보면, 나노 시트가 Y자형 접합을 통해 상호 연결되어 꽃과 같은 구조를 형성하고, 형성된 구조는 2D 계층 구조의 사슬 모양 단위를 적층하여 3D 꽃 모양 구조를 형성하는 제안된 구조와 일치한다.In addition, high-magnification SEM images show that the nanosheets are interconnected through Y-shaped junctions to form a flower-like structure, and the formed structure is a proposed structure in which chain-like units of a 2D hierarchical structure are stacked to form a 3D flower-like structure. match the structure

Co3Mo2-LDH의 구조를 추가로 분석하기 위하여, TEM(transmission electron microscopy) 및 HRTEM(High-resolution transmission electron microscopy) 분석을 진행하였다. 도 5에 의하면, 도 4의 SEM 이미지에서와 같이, TEM 이미지에서도 수많은 2D 나노 시트들이 모여 3D 꽃 형태를 나타내고 있으며, 고배율의 HRTEM 이미지에서는 2D 초박형 나노 시트에 구멍들이 있음을 보이는데, 이는 전기 촉매 활성을 향상시키는데 있어 3D 꽃과 같은 CoMo-LDH 구조의 중요한 구조이다.In order to further analyze the structure of Co 3 Mo 2 -LDH, transmission electron microscopy (TEM) and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) analysis were performed. According to FIG. 5, as in the SEM image of FIG. 4, numerous 2D nanosheets are gathered in the TEM image to show a 3D flower shape, and the high-magnification HRTEM image shows that the 2D ultrathin nanosheet has pores, which indicates electrocatalytic activity. It is an important structure of the 3D flower-like CoMo-LDH structure in enhancing the

실험예 2. 3D 꽃 모양의 CoMo-LDH의 화학적 조성 확인Experimental Example 2. Confirmation of chemical composition of 3D flower-shaped CoMo-LDH

3D 꽃 모양의 CoMo-LDH의 화학적 조성을 확인하기 위해, 주사 투과 전자 현미경(Scanning Transmission Electron Microscope, STEM)을 사용하여 Co3Mo2-LDH의 화학적 조성을 확인하였다. 도 6의 (c)~(e)를 보면, Co, Mo 및 O 원소의 균등한 분포를 보여주며, 도 6의 (f)에 있는 EDS 스펙트럼과도 일치함을 알 수 있다. 스펙트럼에서 Cu 원소는 TEM 그리드(grid)에서 발생하는 피크이다. 이런 유형의 3D 꽃의 2D 초박막형 구멍이 있는 나노 시트는 전자 이동에 대한 우수한 표면 접근성을 제공하므로, OER과 HER 성능을 월등히 향상시킨다.In order to confirm the chemical composition of the 3D flower-shaped CoMo-LDH, the chemical composition of Co 3 Mo 2 -LDH was confirmed using a scanning transmission electron microscope (STEM). Looking at (c) to (e) of FIG. 6, it can be seen that the uniform distribution of Co, Mo and O elements is shown, and is consistent with the EDS spectrum in (f) of FIG. In the spectrum, Cu element is a peak occurring on the TEM grid. The 2D ultrathin porous nanosheets of this type of 3D flower provide excellent surface accessibility for electron transport, thus significantly improving the OER and HER performance.

실험예 3. 3D 꽃 모양의 CoMo-LDH의 물리적/화학적 특징 분석Experimental Example 3. Analysis of physical/chemical characteristics of 3D flower-shaped CoMo-LDH

합성된 4 가지 비율의 Co1Mo4, Co2Mo3, Co3Mo2 및 Co4Mo1-LDH샘플의 결정 구조를 XRD 분석을 통해 확인하였다. 도 7을 보면 모든 샘플은 각각 25, 33.6°및 59.5°에 해당하는 (006), (012) 및 (110)면의 피크를 가짐을 보인다. 모든 CoMo-LDH 피크가 낮은 세기를 나타내는데, 이는 합성 과정에서 온도가 낮고, 합성 이후 이중층 수산화물 사이에 음이온이 흡착되기 때문에 나타나는 낮은 결정성을 의미한다.The crystal structures of the four synthesized Co 1 Mo 4 , Co 2 Mo 3 , Co 3 Mo 2 and Co 4 Mo 1 -LDH samples were confirmed through XRD analysis. Referring to FIG. 7, all samples show that they have peaks on the (006), (012), and (110) planes corresponding to 25, 33.6°, and 59.5°, respectively. All CoMo-LDH peaks show low intensity, which means low crystallinity due to the low temperature during the synthesis process and the adsorption of anions between the bilayer hydroxides after synthesis.

또한, 모든 CoMo-LDH가 비슷한 XRD 패턴을 보이고 있는데, 이는 Co와 Mo의 비율이 변경된 이후에도 동일한 구조를 보였던 SEM 이미지와 결과가 일치한다.In addition, all CoMo-LDHs show similar XRD patterns, which is consistent with the SEM image showing the same structure even after the Co/Mo ratio is changed.

실험예 4. 3D 꽃 모양의 CoMo-LDH의 기공 크기 비교 분석Experimental Example 4. Comparative analysis of pore size of 3D flower-shaped CoMo-LDH

4 가지 비율의 Co1Mo4, Co2Mo3, Co3Mo2 및 Co4Mo1-LDH표면적과 기공들의 크기 분포를 비교하기 위하여, BET(Brunauer-Emmett-Teller) isotherm과 BJH(Barrett-Joyner_halenda) pore size distribution을 통해 분석하였다. 도 8에 의하면, Co1Mo4, Co2Mo3, Co3Mo2 및 Co4Mo1-LDH의 BET 표면적은 각각 73.39, 106.93, 130.40 및 103.89 m2g-1이다. Co3MO2-LDH의 BET 표면적이 가장 크게 관찰이 되었다. 또한, 각 CoMo-LDH의 기공 분포를 도 8(b)에서 볼 수 있으며, 이 기공 구조는 주로 2D 나노 시트에 존재하는 기공으로 인하여 나타난다. 이 기공으로 전하 전달이 향상되어 OER 및 HER 성능을 월등히 향상시킬 수 있다.In order to compare the surface area and pore size distribution of four ratios of Co 1 Mo 4 , Co 2 Mo 3 , Co 3 Mo 2 and Co 4 Mo 1 -LDH, BET (Brunauer-Emmett-Teller) isotherm and BJH (Barrett- Joyner_halenda) was analyzed through pore size distribution. According to FIG. 8 , Co 1 Mo 4 , Co 2 Mo 3 , Co 3 Mo 2 and Co 4 Mo 1 -LDH have BET surface areas of 73.39, 106.93, 130.40 and 103.89 m 2 g -1 , respectively. The largest BET surface area of Co 3 MO 2 -LDH was observed. In addition, the pore distribution of each CoMo-LDH can be seen in FIG. 8(b), and this pore structure mainly appears due to the pores present in the 2D nanosheet. The improved charge transfer with these pores can significantly improve the OER and HER performance.

실험예 5. 3D 꽃 모양의 CoMo-LDH의 XPS 분석Experimental Example 5. XPS analysis of 3D flower-shaped CoMo-LDH

도 9는 4 가지 비율의 Co1Mo4, Co2Mo3, Co3Mo2 및 Co4Mo1-LDH의 표면 원소 조성과 원자가 상태를 알아보기 위해 XPS를 분석한 결과 그래프이다. 도 9의 (a)는 Co 2p의 스펙트럼, (b)는 Mo 3d 스펙트럼, (c)는 O 1s의 스펙트럼을 보여준다. 먼저, Co 2p 스펙트럼에서는 781과 797 eV의 두 개의 주요 스핀 궤도 이중선(Co 2p3/2, Co2p1/2)이 나타난다. Mo 3d 스펙트럼에서 233과 236 eV는 각각 Mo 3d5/2와 Mo 3d3/2의 피크이며, Mo6+의 특정 피크이다. 237 eV 부근의 작은 피크는 촉매 표면에서 Mo2+의 부분 산화로 인해 발생한 피크이다. O 1s 스펙트럼에서는 두 개의 피크로 분할됨을 보인다. 531.5 eV에서 보이는 메인 피크는 금속 중심(M-OH)의 표면 하이드록시 그룹의 특징이다. 532.8 eV에서 보이는 피크는 물 분자의 피크이다. 이를 통해 일반적인 LDH 물질의 구조를 가짐을 확인하였다.9 is a graph showing the results of XPS analysis to determine the surface element composition and valence state of four ratios of Co 1 Mo 4 , Co 2 Mo 3 , Co 3 Mo 2 and Co 4 Mo 1 -LDH. 9 (a) shows the spectrum of Co 2p, (b) shows the spectrum of Mo 3d, and (c) shows the spectrum of O 1s. First, in the Co 2p spectrum, two major spin-orbit doublets (Co 2p 3/2 , Co2p 1/2 ) at 781 and 797 eV appear. In the Mo 3d spectrum, 233 and 236 eV are peaks of Mo 3d 5/2 and Mo 3d 3/2 , respectively, and are specific peaks of Mo 6+ . The small peak around 237 eV is a peak caused by partial oxidation of Mo 2+ on the catalyst surface. The O 1s spectrum shows splitting into two peaks. The main peak seen at 531.5 eV is characteristic of the surface hydroxy groups of the metal center (M-OH). The peak seen at 532.8 eV is the peak of water molecules. Through this, it was confirmed that it had the structure of a general LDH material.

실험예 6. 3D 꽃 모양의 CoMo-LDH의 OER 전기촉매 성능 평가Experimental Example 6. OER electrocatalyst performance evaluation of 3D flower-shaped CoMo-LDH

도 10은 4 가지 비율의 Co1Mo4, Co2Mo3, Co3Mo2 및 Co4Mo1-LDH의 전기 촉매 성능을 1.0 M KOH 전해액에서 평가한 결과 그래프를 나타낸 것이다. 상용 RuO2도 같은 조건에서 테스트했다. 모든 샘플은 0.1mg cm-2의 일정한 질량으로 GC(glassy carbon)전극에 코팅하여 working 전극으로 사용했다.10 is a graph showing the results obtained by evaluating the electrocatalytic performance of four ratios of Co 1 Mo 4 , Co 2 Mo 3 , Co 3 Mo 2 and Co 4 Mo 1 -LDH in a 1.0 M KOH electrolyte. Commercial RuO 2 was also tested under the same conditions. All samples were coated on a GC (glassy carbon) electrode with a constant mass of 0.1 mg cm -2 and used as a working electrode.

도 10(a)의 LSV 곡선에서 Co1Mo4 Co2Mo3 Co3Mo2 및 Co4Mo1-LDH와 RuO2가 10 mA cm-2의 전류를 얻을 수 있는 전압은 각각 1.542, 1.516, 1.496, 1.531과 1.63V(vs. RHE)이다. 도 10(b)에서 Co3Mo2-LDH는 10mA cm-2의 전류 밀도를 구동하기 위한 과전압이 266 mV로 Co1Mo4(312mV), Co2Mo3(286mV)과 Co4Mo1(301mV)에 비해 낮음을 보인다. 또한 RuO2(400mV)보다 상당히 낮음을 나타난다.In the LSV curve of FIG. 10(a), the voltages at which Co 1 Mo 4 Co 2 Mo 3 Co 3 Mo 2 and Co 4 Mo 1 -LDH and RuO 2 can obtain a current of 10 mA cm -2 are 1.542, 1.516, 1.496, 1.531 and 1.63V (vs. RHE). In FIG. 10(b), Co 3 Mo 2 -LDH has an overvoltage of 266 mV for driving a current density of 10 mA cm -2 , which is Co 1 Mo 4 (312mV), Co 2 Mo 3 (286mV) and Co 4 Mo 1 ( 301mV) is lower than that of It is also significantly lower than RuO 2 (400 mV).

OER 전체 과정에서 CoMo-LDH의 Co는 더 빠른 속도로 활성 사이트를 재생성한다. 따라서 3D 꽃과 같은 CoMo-LDH의 모든 비율은 촉매 표면에 높은 -OH기 흡착으로 인해, RuO2보다 낮은 전압을 나타낸다. 특히, Co3Mo2-LDH는 다른 비율의 CoMo-LDH보다 10mA cm-2에서 266 mV의 낮은 과전압을 가진다.During the entire OER process, Co in CoMo-LDH regenerates the active site at a faster rate. Therefore, all proportions of 3D flower-like CoMo-LDH show lower voltages than RuO 2 , due to the high adsorption of -OH groups on the catalyst surface. In particular, Co 3 Mo 2 -LDH has a lower overvoltage of 266 mV at 10 mA cm -2 than CoMo-LDH with other ratios.

OER에서 촉매 활성을 예측하는 중요한 요소는 도 10(c)에 나타난 Tafel 기울기이다. Tafel 기울기는 촉매의 효율을 나타내는데, 값이 낮을수록 높은 효율을 보인다. 따라서, Co3Mo2-LDH가 49 mV dec-1로 Co1Mo4(120mVdec-1), Co2Mo3(64mVdec-1), Co4Mo1(117mVdec-1)과 RuO2(121mVdec-1)보다 높은 촉매 효율을 가진다.An important factor predicting catalytic activity in OER is the Tafel slope shown in Fig. 10(c). The Tafel slope represents the efficiency of the catalyst, and the lower the value, the higher the efficiency. Therefore, Co 3 Mo 2 -LDH is 49 mV dec -1 , Co 1 Mo 4 (120mVdec -1 ), Co 2 Mo 3 (64mVdec -1 ), Co 4 Mo 1 (117mVdec -1 ) and RuO 2 (121mVdec -1) 1 ) has higher catalytic efficiency.

도 10(d)는 CV(Cyclic Voltammetry) 스캔 속도에 따른 전류 밀도값을 나타낸 그래프로, 전기화학적 표면 반응 면적(electrochemical surface area, ECSA)을 보여준다. 여기서도 Co3Mo2-LDH가 151.8 μF cm-2로 높은 이중층 정전 용량(Capacitance double-layer, Cdl)을 가진다.10(d) is a graph showing current density values according to cyclic voltammetry (CV) scan rates, and shows an electrochemical surface area (ECSA). Here, Co 3 Mo 2 -LDH also has a high double-layer capacitance (Capacitance double-layer, C dl ) of 151.8 μF cm -2 .

CoMo-LDH 촉매 전극의 저항을 보기 위해, (a) EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy)를 측정해보았다. Co3Mo2-LDH에서 전자 이동 저항(Rct)값이 가장 작게 측정되었다. 도 10(f)는 CV 사이클 전후의 LSV를 비교한 그래프이다. 삽입된 그래프는 10 mA cm-2의 전류를 12 시간 동안 흘려주어 일정한 전압 값을 얻음을 보아, 전극 안정성이 높다고 증명되었다. 또한, CV 1000 사이클 이후에 LSV의 변화가 거의 없음을 보여 안정성이 우수하다고 볼 수 있다.To see the resistance of the CoMo-LDH catalyst electrode, (a) EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) was measured. Co 3 Mo 2 -LDH had the lowest electron transfer resistance (R ct ) value. 10(f) is a graph comparing LSV before and after a CV cycle. In the inserted graph, a constant voltage value was obtained by flowing a current of 10 mA cm -2 for 12 hours, and it was proved that the stability of the electrode was high. In addition, it can be seen that the stability is excellent since there is almost no change in LSV after 1000 cycles of CV.

실험예 7. 3D 꽃 모양의 CoMo-LDH의 HER 전기촉매 성능 평가Experimental Example 7. Evaluation of HER electrocatalyst performance of 3D flower-shaped CoMo-LDH

HER 성능 평가는 OER에서와 마찬가지로 1.0 M KOH 전해액에서 평가되었다. 4 가지 비율의 Co1Mo4, Co2Mo3, Co3Mo2 및 Co4Mo1-LDH와 상용 Pt/C의 촉매를 같은 조건에서 테스트했으며, 결과 그래프를 도 11에 나타내었다.HER performance was evaluated in 1.0 M KOH electrolyte as in OER. Four ratios of Co 1 Mo 4 , Co 2 Mo 3 , Co 3 Mo 2 and Co 4 Mo 1 -LDH and commercially available Pt/C catalysts were tested under the same conditions, and the graphs of the results are shown in FIG. 11 .

도 11(a)와 (b)를 보면, Pt/C는 다른 CoMo-LDH에 비해 -10 mA cm-2의 전류를 얻는 전압이 62 mV (vs. RHE)로 매우 낮음을 보인다. CoMo-LDH 중에서 Co3Mo2-LDH가 165 mV로 Co1Mo4(322mV), Co2Mo3(260mV)와 Co4Mo1-LDH(304mV)에 비해 낮음을 보인다. 또한, 100 mA cm-2의 전류에서 Co3Mo2-LDH는 325 mV의 과전압으로 Pt/C(455 mV)보다 낮게 측정되었다.11(a) and (b), Pt/C shows a very low voltage of 62 mV (vs. RHE) for obtaining a current of -10 mA cm -2 compared to other CoMo-LDH. Among CoMo-LDH, Co 3 Mo 2 -LDH is 165 mV, which is lower than Co 1 Mo 4 (322mV), Co 2 Mo 3 (260mV) and Co 4 Mo 1 -LDH (304mV). In addition, Co 3 Mo 2 -LDH at a current of 100 mA cm -2 was measured as an overvoltage of 325 mV lower than that of Pt/C (455 mV).

도 11(c)는 Tafel 그래프로서, HER에서 촉매 활성을 예측할 수 있다. Co3Mo2-LDH이 57 mV dec-1로 Pt/C(44 mV dec-1)보다는 높지만, 다른 CoMo-LDH보다 낮게 나왔다. 이는 다른 비율의 CoMo-LDH보다 높은 촉매 효율을 가진다는 것을 증명한다.11(c) is a Tafel graph, and the catalytic activity in HER can be predicted. Co 3 Mo 2 -LDH was 57 mV dec -1 , higher than Pt/C (44 mV dec -1 ), but lower than other CoMo-LDHs. This proves that it has a higher catalytic efficiency than other ratios of CoMo-LDH.

도 11(d)는 EIS를 통해 촉매의 저항을 측정한 결과 그래프이다. Co1Mo4, Co2Mo3, Co3Mo2 및 Co4Mo1-LDH 중에서 Co3Mo2-LDH가 전자 이동 저항(Rct)값이 약 10Ω으로 가장 작게 측정되었다.11(d) is a graph showing the result of measuring the resistance of the catalyst through EIS. Among Co 1 Mo 4 , Co 2 Mo 3 , Co 3 Mo 2 and Co 4 Mo 1 -LDH, Co 3 Mo 2 -LDH had the smallest electron transfer resistance (R ct ) value of about 10Ω.

도 11(e)는 Co3Mo2-LDH촉매의 CV 1000 사이클 전후 LSV를 비교한 그래프이며, 사이클 전과 이후에 거의 같음을 볼 수 있다. 이는 촉매 안정성이 매우 높은 것을 의미한다.11(e) is a graph comparing the LSV of the Co 3 Mo 2 -LDH catalyst before and after 1000 CV cycles, and it can be seen that they are almost the same before and after the cycle. This means that the catalyst stability is very high.

도 11(f)는 일정한 -10 mA cm-2의 전류를 12 시간 동안 가하였을 때, 전압을 나타낸 그래프이다. 이 또한, 12시간 동안 일정한 전압 값을 나타내어, 전극 촉매의 안정성이 매우 높음을 알 수 있다.11(f) is a graph showing voltage when a constant current of -10 mA cm -2 is applied for 12 hours. This also showed a constant voltage value for 12 hours, indicating that the stability of the electrode catalyst was very high.

이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.In the above, specific parts of the present invention have been described in detail, and for those skilled in the art, it is clear that these specific descriptions are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (6)

(a) 전구체로서, 질산코발트 수화물 및 몰리브덴산나트륨 수화물과 헥사메틸렌테트라민(hexamethylenetetramine, HMTA)을 준비하는 단계;
(b) 증류수에 용해하는 단계;
(c) 수열합성 단계로서, 오토클레이브(autoclave)에서 80 내지 100 ℃의 온도에서 5 내지 7 시간 동안 가열하는 단계;
(d) 실온으로 냉각한 후, 상기 (c)단계에서 생성된 침전물을 증류수와 에탄올로 세척하는 단계; 및
(e) 75 내지 85 ℃의 온도에서 건조시키는 단계;를 포함하고,
상기 (a) 단계에서, 상기 질산코발트 수화물은 30 mM의 Co(NO3)2·6H2O이고, 상기 몰리브덴산나트륨 수화물은 20 mM의 Na2MoO4.2H2O이고, 상기 헥사메틸렌테트라민은 60 mM 농도이고,
상기 (b) 단계에서, 상기 증류수는 60 mL의 부피인 것을 특징으로 하는, 3차원 계층적 나노 구조의 코발트-몰리브덴 이중층 수산화물의 제조방법.
(a) preparing cobalt nitrate hydrate, sodium molybdate hydrate and hexamethylenetetramine (HMTA) as precursors;
(b) dissolving in distilled water;
(c) as a hydrothermal synthesis step, heating for 5 to 7 hours at a temperature of 80 to 100 ° C. in an autoclave;
(d) after cooling to room temperature, washing the precipitate produced in step (c) with distilled water and ethanol; and
(e) drying at a temperature of 75 to 85 ° C; includes,
In step (a), the cobalt nitrate hydrate is 30 mM Co(NO 3 ) 2 6H 2 O, the sodium molybdate hydrate is 20 mM Na 2 MoO 4 .2H 2 O, and the hexamethylenetetra Min is at a concentration of 60 mM;
In the step (b), the distilled water is a method for producing a three-dimensional hierarchical nanostructured cobalt-molybdenum double layer hydroxide, characterized in that the volume is 60 mL.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서, 상기 오토클레이브는 테플론(teflon) 라이닝(lining)된 스테인리스 스틸(steel) 오토클레이브인 것을 특징으로 하는 3차원 계층적 나노 구조의 코발트-몰리브덴 이중층 수산화물의 제조방법.
According to claim 1,
In step (c), the autoclave is a teflon-lined stainless steel autoclave, characterized in that the three-dimensional hierarchical nanostructured cobalt-molybdenum double layer hydroxide manufacturing method.
제1항 및 제4항 중 어느 한 항의 3차원 계층적 나노 구조의 코발트-몰리브덴 이중층 수산화물의 제조방법을 이용하여 제조된 3차원 계층적 나노 구조의 코발트-몰리브덴 이중층 수산화물.A three-dimensional hierarchical nanostructured cobalt-molybdenum double layer hydroxide prepared using the method of preparing the three-dimensional hierarchical nanostructured cobalt-molybdenum double layer hydroxide according to any one of claims 1 and 4. 제5항에 있어서,
상기 3차원 계층적 나노 구조의 코발트-몰리브덴 이중층 수산화물은 Co3Mo2-LDH인 것을 특징으로 하는 3차원 계층적 나노 구조의 코발트-몰리브덴 이중층 수산화물.
According to claim 5,
The three-dimensional hierarchical nanostructured cobalt-molybdenum double layer hydroxide is Co 3 Mo 2 -LDH, characterized in that the three-dimensional hierarchical nanostructured cobalt-molybdenum double layer hydroxide.
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