KR20220148753A - Electrochemical electrode including hydrogel protective layer and method for producing gas using same - Google Patents

Electrochemical electrode including hydrogel protective layer and method for producing gas using same Download PDF

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KR20220148753A
KR20220148753A KR1020220053043A KR20220053043A KR20220148753A KR 20220148753 A KR20220148753 A KR 20220148753A KR 1020220053043 A KR1020220053043 A KR 1020220053043A KR 20220053043 A KR20220053043 A KR 20220053043A KR 20220148753 A KR20220148753 A KR 20220148753A
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문주호
이형석
강병준
탄제완
강돈영
김경민
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

An electrochemical electrode according to the present invention uses a protective layer including a hydrogel to prevent aggregation and desorption even when a particulate catalyst is used, thereby securing stability to realize an electrode with long duration. The present invention includes: a gas generating electrode including a transparent electrode layer and a catalytic material layer; and a hydrogel protective layer covering the gas generating electrode.

Description

하이드로겔 보호층을 포함하는 전기화학 전극 및 이를 이용한 가스의 제조방법{Electrochemical electrode including hydrogel protective layer and method for producing gas using same}Electrochemical electrode including hydrogel protective layer and method for producing gas using same

본 발명은 촉매의 응집 및 탈착을 방지하고, 광흡수층 및 전하전달층의 광부식을 방지하여 안정성이 향상된 전기화학 전극 및 이를 전기분해에 이용하여 가스를 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrochemical electrode having improved stability by preventing aggregation and desorption of a catalyst and preventing photocorrosion of a light absorption layer and a charge transport layer, and a method for producing a gas by using the same for electrolysis.

태양광을 통한 수소 생산 기술의 실용화를 위해서는 10% 이상의 태양-수소 변환 효율(solar-to-hydrogen efficiency, STH)과 화석연료 기반 수소 생산 단가 수준의 저렴한 비용이 요구되며, 현재까지 연구되고 있는 시스템은 크게 세 가지로 구분될 수 있다. 첫 번째는 분말 타입의 광촉매(photocatalyst) 기반 시스템으로 현재까지 보고된 최고 효율이 STH 1% 수준으로 매우 낮고, 생성된 산소와 수소를 분리하기 어려워 실용화가 어렵다는 단점이 있다. 현재 가장 성숙된 기술인 태양전지에서 얻어진 전압을 활용하는 태양전지-수전해(photovoltaic-electrolysis, PV-EC) 시스템은 최고 STH 30%의 높은 효율이 달성되었지만, 복잡한 시스템으로 인한 높은 단가가 실용화의 걸림돌이 된다. 반면, 흡수층과 촉매가 하나의 소자로 통합된 광전극 기반 광전기화학(photoelectrochemical, PEC) 시스템의 경우 저가 재료를 활용하여 생산 단가를 낮출 수 있고 효율 및 복잡성 측면에서 중간단계로 여겨지고 있다.In order to put solar-powered hydrogen production technology to practical use, solar-to-hydrogen efficiency (STH) of 10% or more and a low cost comparable to the fossil fuel-based hydrogen production unit cost are required. can be broadly divided into three categories. The first is a powder-type photocatalyst-based system, and the highest efficiency reported so far is very low at the level of 1% STH, and it is difficult to separate generated oxygen and hydrogen, making it difficult to put into practical use. Currently, the most mature technology, the photovoltaic-electrolysis (PV-EC) system utilizing the voltage obtained from the solar cell achieved high efficiency of up to 30% of STH, but the high unit cost due to the complex system is an obstacle to practical use. becomes this On the other hand, in the case of a photoelectrode-based photoelectrochemical (PEC) system in which the absorption layer and the catalyst are integrated into one device, the production cost can be lowered by using low-cost materials, and it is considered an intermediate step in terms of efficiency and complexity.

광전기화학 물분해는 물과 태양 에너지를 이용하여 수소 에너지를 발생시킬 수 있는 친환경적인 방법이다. 이에 효율적인 광전기화학 시스템을 구성하기 위하여 전극의 크기 및 구조를 바꾸거나, 촉매를 전극에 함께 합성하는 등의 방법으로 효율을 증대하려는 시도가 이루어져 왔다.Photoelectrochemical water decomposition is an eco-friendly method that can generate hydrogen energy using water and solar energy. In order to construct an efficient photoelectrochemical system, attempts have been made to increase the efficiency by changing the size and structure of the electrode or synthesizing the catalyst together with the electrode.

광전기화학 물분해 과정에서 내구성이 뛰어난 전극의 설계는 비용을 결정하는 데 중요한 역할을 하기 때문에 매우 중요하다. 그러나 구성 재료의 부식 및 분리로 인해 장기적인 안정성을 달성하는 것이 매우 어려운 것이 현실이다. 촉매와 보호층 사이에 기능층을 삽입하거나, 전해질 조성을 조절하는 등 다양한 전략을 통해 장치의 안정성을 어느 정도 향상시킬 수 있었으나, 점진적인 광전류 저하는 여전히 피하기 힘든 문제이다. 또한, 단순히 적층 방식의 보호막을 사용하는 경우에는 전해질로부터 촉매로의 이온 및 물질 전달이 어렵기 때문에 초기 전류가 낮아져 구동 시간의 증가가 미미한 문제가 여전히 존재한다.In the photoelectrochemical water splitting process, the design of durable electrodes is very important as it plays an important role in determining the cost. However, the reality is that it is very difficult to achieve long-term stability due to corrosion and separation of the constituent materials. Although the stability of the device could be improved to some extent through various strategies such as inserting a functional layer between the catalyst and the protective layer or adjusting the electrolyte composition, the gradual photocurrent degradation is still a problem that cannot be avoided. In addition, in the case of simply using a layered protective film, since it is difficult to transfer ions and materials from the electrolyte to the catalyst, there is still a problem in that the initial current is lowered, so that the increase in driving time is insignificant.

이에 따라 전기화학 전극의 실용화를 위한 연구 개발이 여전히 요구되고 있는 실정이다.Accordingly, research and development for practical use of the electrochemical electrode is still required.

본 발명의 목적은 안정성을 확보하여 지속시간이 긴 전기화학 전극을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an electrochemical electrode having a long duration by ensuring stability.

또한 본 발명의 목적은 전극 안정성 저하의 주요 원인인 촉매의 탈착을 물리적으로 방지하고, 광부식을 억제할 수 있는 전기화학 전극을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an electrochemical electrode capable of physically preventing desorption of a catalyst, which is a major cause of deterioration of electrode stability, and suppressing photocorrosion.

본 발명은 투명 전극층; 상기 투명 전극층 상에 위치하는 촉매 물질층;을 포함하는 가스 발생 전극 및 상기 가스 발생 전극을 덮는 하이드로겔 보호층;을 포함하며, 상기 하이드로겔 보호층은 가스 발생 전극 상에 등각적으로 결착된 것인 전기화학 전극을 제공한다.The present invention is a transparent electrode layer; A gas generating electrode including a catalyst material layer positioned on the transparent electrode layer and a hydrogel protective layer covering the gas generating electrode, wherein the hydrogel protective layer is conformally bound on the gas generating electrode An electrochemical electrode is provided.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 전극에 있어서, 상기 투명 전극층과 촉매 물질층 사이에 광흡수층 및 전하전달층을 포함할 수 있다.In the electrochemical electrode according to an embodiment of the present invention, a light absorption layer and a charge transfer layer may be included between the transparent electrode layer and the catalyst material layer.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 전극에 있어서, 상기 광흡수층은 전이후금속, 준금속 및 전이금속으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다.In the electrochemical electrode according to an embodiment of the present invention, the light absorption layer may be selected from the group consisting of a post-transition metal, a metalloid, and a transition metal.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 전극에 있어서, 상기 전하전달층은 금속 또는 금속 산화물로 이루어질 수 있고, 상기 촉매 물질층은 금속 및 이의 산화물, 질화물, 산질화물, 카바이드, 황화물, 인화물, 및 합금으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 촉매를 포함할 수 있다.In the electrochemical electrode according to an embodiment of the present invention, the charge transport layer may be made of a metal or a metal oxide, and the catalyst material layer is a metal and its oxide, nitride, oxynitride, carbide, sulfide, phosphide, and At least one catalyst selected from the group consisting of alloys may be included.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 전극에 있어서, 상기 하이드로겔 보호층의 두께는 10 내지 2,000 μm 일 수 있고, 상기 하이드로겔 보호층의 기공 직경은 1 내지 1,000 nm 일 수 있다.In the electrochemical electrode according to an embodiment of the present invention, the thickness of the hydrogel protective layer may be 10 to 2,000 μm, the pore diameter of the hydrogel protective layer may be 1 to 1,000 nm.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 전극에 있어서, 상기 가스 발생 전극의 표면은 상기 촉매 물질층이 위치하는 제1영역과, 상기 촉매 물질층이 위치하지 않는 제2영역을 포함할 수 있고, 상기 하이드로겔 보호층은 상기 가스 발생 전극의 표면과 공유결합될 수 있으며, 상기 하이드로겔 보호층은 전하를 가지는 다량체를 포함할 수 있다.In the electrochemical electrode according to an embodiment of the present invention, the surface of the gas generating electrode may include a first region in which the catalyst material layer is located, and a second region in which the catalyst material layer is not located, The hydrogel protective layer may be covalently bonded to the surface of the gas generating electrode, and the hydrogel protective layer may include a multimer having an electric charge.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 전극에 있어서, 상기 하이드로겔 보호층은 rs 값이 0.2 mm 이하일 때, Pmax/Pf 값이 1 이하가 되는 강성 및 연성을 가질 수 있고, (여기서 rs는 하이드로겔의 초기 균열의 반지름, Pmax는 기포가 팽창함에 따라 하이드로겔에 가해지는 최대 압력, Pf는 하이드로겔의 균열을 위해 필요한 임계 압력을 의미한다.) 상기 하이드로겔 보호층과 가스 발생 전극의 결합 강도가 Pmax보다 강할 수 있다.In the electrochemical electrode according to an embodiment of the present invention, the hydrogel protective layer may have rigidity and ductility such that when the rs value is 0.2 mm or less, the P max /P f value is 1 or less, (where r s is the radius of the initial crack of the hydrogel, P max is the maximum pressure applied to the hydrogel as the bubble expands, and P f is the critical pressure required for cracking of the hydrogel.) The hydrogel protective layer and The bonding strength of the gas generating electrode may be stronger than P max .

본 발명은 (a) 알콕시알코올계 용매를 포함하는 제1액을 제조하는 단계; (b) 메르캅토 산계 용매 및 알칸올아민계 용매를 포함하는 제2액을 제조하는 단계; (c) 상기 제1액 및 제2액을 혼합한 혼합액을 투명 전극층에 도포하여 광흡수층을 형성하는 단계; (d) 상기 단계 (c)에서 형성된 광흡수층 상에 전하전달층을 형성하는 단계; (e) 상기 단계 (d)에서 형성된 전하전달층 상에 촉매 물질층을 형성하는 단계; 및 (f) 상기 단계 (c) 내지 (e)에서 형성된 광흡수층, 전하전달층 및 촉매 물질층을 포함하는 가스 발생 전극을 덮는 하이드로겔 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 전기화학 전극의 제조방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of (a) preparing a first liquid containing an alkoxyalcohol-based solvent; (b) preparing a second liquid comprising a mercapto acid-based solvent and an alkanolamine-based solvent; (c) forming a light absorption layer by applying a mixture of the first liquid and the second liquid to the transparent electrode layer; (d) forming a charge transfer layer on the light absorption layer formed in step (c); (e) forming a catalyst material layer on the charge transport layer formed in step (d); and (f) forming a hydrogel protective layer covering the gas generating electrode including the light absorption layer, the charge transfer layer and the catalyst material layer formed in the steps (c) to (e). provides

본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 전극의 제조방법에 있어서, 상기 메르캅토 산계 용매는 메르캅토아세트산, 메르캅토프로피온산, 메르캅토부티릭산, 메르캅토헥사노익산, 메르캅토옥타노익산, 메르캅토데카노익산 및 메르캅토도데카노익산으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있고, 상기 알칸올아민계 용매는 NH2-(CH2)m-OH(m은 1 내지 4의 정수)의 화학식으로 표시되는 화합물일 수 있으며, 상기 제2액의 메르캅토 산계 용매 및 알칸올아민계 용매의 몰비는 18:1 내지 20:1 일 수 있다.In the method of manufacturing an electrochemical electrode according to an embodiment of the present invention, the mercapto acid-based solvent is mercaptoacetic acid, mercaptopropionic acid, mercaptobutyric acid, mercaptohexanoic acid, mercaptooctanoic acid, mercapto. It may be selected from the group consisting of todecanoic acid and mercaptododecanoic acid, and the alkanolamine-based solvent is NH 2 -(CH 2 ) m -OH (m is an integer of 1 to 4) represented by the formula compound, and the molar ratio of the mercapto acid-based solvent and the alkanolamine-based solvent of the second solution may be 18:1 to 20:1.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 전극의 제조방법에 있어서, 상기 (c) 단계는, 상기 혼합액을 투명 전극층에 코팅하고, 불활성 가스 분위기에서 어닐링하는 것일 수 있고, 상기 (d) 단계에서, 전하전달층은 원자층 증착법(Atomic layer deposition; ALD)으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 (e) 단계 후에, 3-(트리메톡시실릴)프로필메타크릴레이트 또는알콕시실란아민으로 가스 발생 전극의 표면을 개질하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 (f) 단계에서, 상기 하이드로겔 보호층은 아민기를 포함하는 중합성 단량체 및 다관능성 단량체를 중합하여 제조될 수 있다.In the method of manufacturing an electrochemical electrode according to an embodiment of the present invention, the step (c) may be to coat the mixed solution on a transparent electrode layer and annealed in an inert gas atmosphere, in step (d), The charge transport layer may be formed by atomic layer deposition (ALD). In addition, after step (e), 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate or alkoxysilaneamine may further comprise the step of modifying the surface of the gas generating electrode, in step (f), the The hydrogel protective layer may be prepared by polymerizing a polymerizable monomer and a polyfunctional monomer including an amine group.

본 발명은 상기 전기화학 전극을 사용하여 수소, 산소, 질소 및 염소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 가스를 제조하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for producing a gas selected from the group consisting of hydrogen, oxygen, nitrogen and chlorine using the electrochemical electrode.

본 발명에 따른 전기화학 전극은 촉매의 응집 및 탈착을 방지함으로써 안정성을 확보하여 지속시간이 긴 전극을 구현할 수 있다. 또한, 전기화학 전극 표면에서 생성되는 기포의 빠른 탈착을 유도하여 높은 광전류 밀도를 유지할 수 있으며 광부식 현상을 억제할 수 있는 장점이 있다. 본 발명에 따른 전기화학 전극은 기존의 전극에 비해 안정성을 100 배 이상 향상시킬 수 있어 시스템의 생산 단가를 획기적으로 낮출 수 있다.The electrochemical electrode according to the present invention secures stability by preventing aggregation and desorption of the catalyst, thereby realizing an electrode with a long duration. In addition, by inducing rapid desorption of air bubbles generated on the surface of the electrochemical electrode, high photocurrent density can be maintained, and photocorrosion phenomenon can be suppressed. The electrochemical electrode according to the present invention can improve the stability by 100 times or more compared to the conventional electrode, thereby dramatically reducing the production cost of the system.

도 1은 단량체의 농도를 서로 다르게 한 경우 전극의 전기적 특성을 나타내는 그래프이다.
도 2는 단량체의 농도를 서로 다르게 한 경우 전극의 안정성을 나타내는 그래프이다.
도 3은 중성 전해질(pH 7)에서 전극의 전기적 특성을 나타내는 그래프이다.
도 4는 염기성 전해질(pH 8)에서 전극의 전기적 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5는 제작 직후 전극의 구조를 나타내는 그림이다.
도 6은 5시간 구동 후 하이드로겔 보호층이 코팅되지 않은 전극의 구조를 나타내는 그림이다.
도 7은 100시간 구동 후 하이드로겔 보호층이 코팅된 전극의 구조를 나타내는 그림이다.
도 8은 고속 카메라를 통하여 하이드로겔 보호층이 없는 표면과 10% PAAM 표면에서 기포의 형성, 성장 및 분리를 관찰한 그림이다.
도 9는 계면 활성제의 농도를 달리한 경우 전극의 안정성을 평가한 그래프이다.
도 10은 CFR(하이드로겔/전해질 계면)에 도달한 후 분리 직전의 기포를 관찰한 그림이다.
도 11은 낮은 강성 하이드로겔 보호층이 코팅된 전극의 표면을 관찰한 그림이다.
도 12는 낮은 강성 하이드로겔 보호층이 코팅된 전극의 안정성을 평가한 그래프이다.
도 13은 하이드로겔 보호층의 두께를 달리한 경우 전극의 안정성을 평가한 그래프이다.
도 14는 두께가 100 ㎛인 하이드로겔 보호층이 코팅된 전극의 표면을 관찰한 그림이다.
도 15는 두께가 200 ㎛인 하이드로겔 보호층이 코팅된 전극의 표면을 관찰한 그림이다.
도 16은 두께가 1,200 ㎛인 하이드로겔 보호층이 코팅된 전극의 표면을 관찰한 그림이다.
도 17은 하이드로겔 보호층의 두께를 달리한 경우 전극의 안정성을 평가한 그래프이다.
도 18은 하이드로겔 보호층의 두께를 달리한 경우 전극의 안정성을 평가한 그래프이다.
1 is a graph showing electrical characteristics of an electrode when different concentrations of monomers are made.
Figure 2 is a graph showing the stability of the electrode when the concentration of the monomers are different from each other.
3 is a graph showing electrical characteristics of an electrode in a neutral electrolyte (pH 7).
4 is a graph showing electrical characteristics of an electrode in a basic electrolyte (pH 8).
5 is a diagram showing the structure of an electrode immediately after fabrication.
6 is a diagram showing the structure of an electrode that is not coated with a hydrogel protective layer after driving for 5 hours.
7 is a diagram showing the structure of an electrode coated with a hydrogel protective layer after driving for 100 hours.
8 is a diagram illustrating the formation, growth and separation of air bubbles on the surface without a hydrogel protective layer and on the surface of 10% PAAM through a high-speed camera.
9 is a graph evaluating the stability of the electrode when the concentration of the surfactant is changed.
10 is a diagram of observing bubbles immediately before separation after reaching CFR (hydrogel/electrolyte interface).
11 is a diagram observing the surface of the electrode coated with a low-rigidity hydrogel protective layer.
12 is a graph evaluating the stability of an electrode coated with a low stiffness hydrogel protective layer.
13 is a graph evaluating the stability of the electrode when the thickness of the hydrogel protective layer is changed.
14 is a view of the surface of the electrode coated with a hydrogel protective layer having a thickness of 100 μm.
15 is a diagram of observing the surface of the electrode coated with a hydrogel protective layer having a thickness of 200 μm.
16 is a view of the surface of the electrode coated with a hydrogel protective layer having a thickness of 1,200 μm.
17 is a graph evaluating the stability of the electrode when the thickness of the hydrogel protective layer is changed.
18 is a graph evaluating the stability of the electrode when the thickness of the hydrogel protective layer is changed.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 전기화학 전극 및 이의 제조방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, the electrochemical electrode of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다.The drawings introduced below are provided as examples in order to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in other forms, and the drawings presented below may be exaggerated to clarify the spirit of the present invention.

이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명을 생략한다.At this time, if there is no other definition in the technical terms and scientific terms used, it has the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs, and in the following description and accompanying drawings, the subject matter of the present invention Description of known functions and configurations that may unnecessarily obscure will be omitted.

또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다. Also, the singular forms used in the specification and appended claims may also be intended to include the plural forms unless the context specifically dictates otherwise.

본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용된다. In this specification and the appended claims, terms such as first, second, etc. are used for the purpose of distinguishing one component from another, not in a limiting sense.

본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 특별히 한정하지 않는 한, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.In this specification and the appended claims, the terms include or have means that a feature or element described in the specification is present, and unless specifically limited, one or more other features or elements are added. This does not preclude the possibility that it will be.

본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서, 막(층), 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분과 접하여 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막(층), 다른 영역, 다른 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.In this specification and the appended claims, when a part of a film (layer), region, component, etc. is said to be on or on another part, not only when it is directly on top of another part in contact with it, but also another film ( layer), other regions, and other components are also included.

본 발명에 따른 전기화학 전극은, 투명 전극층; 상기 투명 전극층 상에 위치하는 촉매 물질층;을 포함하는 가스 발생 전극 및 상기 가스 발생 전극을 덮는 하이드로겔 보호층;을 포함하며, 상기 하이드로겔 보호층은 가스 발생 전극 상에 등각적으로 결착된 것을 특징으로 한다.Electrochemical electrode according to the present invention, a transparent electrode layer; A gas generating electrode including a catalyst material layer positioned on the transparent electrode layer and a hydrogel protective layer covering the gas generating electrode, wherein the hydrogel protective layer is conformally bound on the gas generating electrode characterized.

일 구체예에 있어, 상기 투명 전극층과 촉매 물질층 사이에 광흡수층 및 전하전달층을 포함할 수 있다.In one embodiment, a light absorption layer and a charge transfer layer may be included between the transparent electrode layer and the catalyst material layer.

일 구체예에 있어, 상기 광흡수층은 전이후금속, 준금속 및 전이금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 물질을 포함할 수 있다. 상기 전이후금속의 종류는 Ga, In, Sn, Tl, Pb 및 Bi로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있고, 상기 준금속의 종류는 Ge, Sb 및 Te로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있으며, 상기 전이금속의 종류는 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb 및 Mo로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 또한 상기 광흡수층은 전이후금속, 준금속 및 전이금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 칼코겐화물 또는 이의 산화물을 포함할 수 있다. 여기서 칼코겐의 종류는 S(황), Se(셀레늄) 및 Te(텔루륨)로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 낮은 밴드갭 에너지를 가지는 광흡수층은 태양광의 흡수, 특히 장파장의 흡수에 매우 유리하다. 보다 구체적으로, 밴드갭 에너지가 1.50 eV 이하일 때 태양광의 흡수에 유리하고, 보다 바람직하게는 1.40 eV 이하, 가장 바람직하게는 1.25 eV 이하일 때 태양광의 흡수에 유리하다.In one embodiment, the light absorption layer may include a material selected from the group consisting of a post-transition metal, a metalloid, and a transition metal. The type of the post-transition metal may be selected from the group consisting of Ga, In, Sn, Tl, Pb and Bi, and the type of the metalloid may be selected from the group consisting of Ge, Sb and Te, and the transition metal The type may be selected from the group consisting of Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb and Mo. In addition, the light absorption layer may include a chalcogenide or an oxide thereof including a material selected from the group consisting of post-transition metals, metalloids and transition metals. Here, the type of chalcogen may be selected from the group consisting of S (sulfur), Se (selenium), and Te (tellurium). The light absorption layer having a low bandgap energy is very advantageous for absorption of sunlight, particularly absorption of a long wavelength. More specifically, when the bandgap energy is 1.50 eV or less, it is advantageous to absorb sunlight, more preferably 1.40 eV or less, and most preferably, when it is 1.25 eV or less, it is advantageous to absorb sunlight.

일 구체예에 있어, 상기 전하전달층은 금속 또는 금속 산화물로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 상기 금속 또는 금속 산화물은 4족 금속 또는 4족 금속 산화물일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 상기 4족 금속은 Ti(티타늄) 또는 Zr(지르코늄)일 수 있고, 더욱 바람직하게는 Ti 일 수 있다. 따라서, 4족 금속 산화물은 TiO2 또는 ZrO2 일 수 있고, 바람직하게는 TiO2 일 수 있다. 여기서 TiO2는 밴드갭에 해당하는 빛 에너지를 받게 되면 가전자대(VB; valence band)에서 전도대(CB; conduction band)로 전자가 여기(excited)되고, 가전자대에는 정공(hole)이 남게 된다. 가전자대에 생긴 정공은 TiO2 표면에서 OH 라디칼을 형성시켜 촉매 표면에 흡착된 기질들과 반응을 진행하여 유기물을 산화시킨다. 전도대로 여기된 전자는 정공이 촉매 표면에 흡착된 기질과 산화반응에 의해 원래의 상태로 되돌아가면 재결합할 수 있는 자리를 잃어 표면에 있는 이웃한 Ti(IV) 또는 촉매 내부에 있는 Ti에 전자를 주어 4(IV)가에서 3(III)가로 환원시키게 되고, 이러한 원리로 TiO2는 전극의 전하전달층으로 사용될 수 있다.In one embodiment, the charge transfer layer may be made of a metal or a metal oxide, preferably the metal or metal oxide may be a Group 4 metal or a Group 4 metal oxide, more preferably the Group 4 metal is It may be Ti (titanium) or Zr (zirconium), and more preferably Ti. Accordingly, the Group 4 metal oxide may be TiO 2 or ZrO 2 , preferably TiO 2 . Here, when TiO 2 receives light energy corresponding to the band gap, electrons are excited from the valence band (VB) to the conduction band (CB), and a hole is left in the valence band. The holes generated in the valence band form OH radicals on the TiO 2 surface and react with substrates adsorbed on the catalyst surface to oxidize organic matter. The electrons excited in the conduction band lose their recombination site when the holes return to their original state by oxidation reaction with the substrate adsorbed on the surface of the catalyst, and transfer electrons to neighboring Ti(IV) on the surface or Ti inside the catalyst. It is reduced from 4(IV) valence to 3(III) valence, and in this principle, TiO 2 can be used as a charge transfer layer of an electrode.

일 구체예에 있어, 상기 촉매 물질층은 금속 및 이의 산화물, 질화물, 산질화물, 카바이드, 황화물, 인화물, 및 합금으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 촉매를 포함할 수 있고, 여기서 금속은 Pt, Ti, Sn, Zn, Mn, Mg, Ni, W, Co, Fe, Ba, In, Zr, Cu, Al, Bi, Pb, Ag, Cd, Ga, Y, Mo, Rh, Pd, Sb, Cs, La, V, Si, Al 및 Sr 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. TiO2의 밴드갭은 3.0 내지 3.2 eV이므로, 이러한 밴드갭을 극복하기 위해서는 파장이 388nm보다 짧은 자외선 영역의 빛이 필요하다. 그러나, 태양광선에 포함된 자외선 영역은 5% 미만에 불과하여 태양광선의 대부분을 차지하는 가시광선 영역의 빛을 이용하기 위한 방법 중 하나로, 백금을 사용하여 TiO2의 전도대로부터 전자를 받는 물질로의 전자 전달을 용이하게 하여 전자-정공의 재결합을 줄여 전체적인 반응속도를 향상시킨다.In one embodiment, the catalyst material layer may include at least one catalyst selected from the group consisting of metal and its oxides, nitrides, oxynitrides, carbides, sulfides, phosphides, and alloys, wherein the metal is Pt, Ti, Sn, Zn, Mn, Mg, Ni, W, Co, Fe, Ba, In, Zr, Cu, Al, Bi, Pb, Ag, Cd, Ga, Y, Mo, Rh, Pd, Sb, Cs, It may include at least one of La, V, Si, Al, and Sr. Since the band gap of TiO 2 is 3.0 to 3.2 eV, light in the ultraviolet region having a wavelength shorter than 388 nm is required to overcome this band gap. However, the ultraviolet region included in the sunlight is only less than 5%, so it is one of the methods for using the light in the visible region that accounts for most of the sunlight. Platinum is used as a material that receives electrons from the conduction band of TiO 2 . By facilitating electron transport, electron-hole recombination is reduced, thereby improving the overall reaction rate.

또한, 상기 촉매 물질층은 박막 형태 또는 입자 형태의 촉매로 이루어질 수 있고, 입자 형태의 촉매는 0차원 입자 또는 0차원 입자의 응집체일 수 있다. 여기서 입자 형태의 촉매의 직경은 1 내지 20 nm로 형성될 수 있고, 바람직하게는 1 내지 10 nm의 직경으로 형성될 수 있고, 더욱 바람직하게는 1 내지 5 nm의 직경으로 형성될 수 있다.In addition, the catalyst material layer may be formed of a catalyst in the form of a thin film or particles, and the catalyst in the form of particles may be 0-dimensional particles or an aggregate of 0-dimensional particles. Here, the particle-form catalyst may have a diameter of 1 to 20 nm, preferably 1 to 10 nm, and more preferably 1 to 5 nm.

일 구체예에 있어, 상기 전하전달층의 표면은 촉매 물질층이 위치하는 제1영역과, 상기 촉매 물질층이 위치하지 않는 제2영역을 포함할 수 있다. 따라서 하이드로겔 보호층은 촉매 물질층이 위치하는 제1영역과 접촉할 수 있고, 촉매 물질층이 위치하지 않는 제2영역과 접촉할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 하이드로겔 보호층이 제1영역에서는 촉매 물질층 상에 보호층으로 위치함으로써 안정적으로 박막, 0차원 입자 또는 0차원 입자의 응집체의 촉매를 보호하고, 제2영역에서는 가스 발생 전극의 표면과 공유결합을 형성할 수 있다.In one embodiment, the surface of the charge transport layer may include a first region in which the catalyst material layer is located and a second region in which the catalyst material layer is not located. Accordingly, the hydrogel protective layer may be in contact with the first region in which the catalyst material layer is located, and may be in contact with the second region in which the catalyst material layer is not located. As will be described later, in the first region, the hydrogel protective layer is positioned as a protective layer on the catalyst material layer to stably protect the catalyst of thin films, zero-dimensional particles, or aggregates of zero-dimensional particles, and in the second region, the gas generating electrode can form covalent bonds with the surface of

여기서 제1영역과 제2영역은 100:1 내지 1:100의 면적비인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 70:1 내지 1:70의 면적비로 형성될 수 있고, 더욱 바람직하게는 40:1 내지 1:40의 면적비로 형성될 수 있고, 가장 바람직하게는 10:1 내지 1:10의 면적비로 형성될 수 있다.Here, the first region and the second region preferably have an area ratio of 100:1 to 1:100, more preferably 70:1 to 1:70, and more preferably 40:1 to 1:70. It may be formed in an area ratio of 1:40, and most preferably in an area ratio of 10:1 to 1:10.

일 구체예에 있어, 상기 가스 발생 전극을 덮는 하이드로겔 보호층은 아민기를 포함하는 중합성 단량체 및 다관능성 단량체를 중합하여 제조될 수 있다. 즉, 아민기를 포함하는 중합성 단량체 및 다관능성 단량체의 가교 결합에 의한 3차원 네트워크 구조를 형성하여 가스 발생 전극 상에 안정적으로 코팅될 수 있다. 전극에 사용되는 촉매는 박막의 형태보다 입자의 형태로 사용하는 것이 바람직하나, 입자 형태의 촉매의 경우 전극과 접착력이 떨어지는 단점이 있다. 이러한 단점을 하이드로겔 보호층을 가스 발생 전극 상에 코팅시켜, 3차원 네트워크 구조를 형성하여 물리적인 결합을 할 뿐만 아니라, 하기 설명하는 바와 같이 공유결합을 하여 화학적인 결합을 할 수 있다.In one embodiment, the hydrogel protective layer covering the gas generating electrode may be prepared by polymerizing a polymerizable monomer and a polyfunctional monomer including an amine group. That is, by forming a three-dimensional network structure by cross-linking the polymerizable monomer and the polyfunctional monomer including an amine group, it can be stably coated on the gas generating electrode. The catalyst used for the electrode is preferably used in the form of particles rather than in the form of a thin film. To overcome this disadvantage, the hydrogel protective layer is coated on the gas generating electrode to form a three-dimensional network structure to form a physical bond, as well as to chemically bond by covalent bonding as described below.

상기 하이드로겔 보호층을 제조하기 위한 중합성 단량체는 아민기를 포함하는 중합성 단량체라면 제한 없이 적용할 수 있으며, 구체적으로, 아크릴아미드 또는 메타크릴아미드 단량체를 적용할 수 있다.The polymerizable monomer for preparing the hydrogel protective layer may be applied without limitation as long as it is a polymerizable monomer including an amine group, and specifically, an acrylamide or methacrylamide monomer may be applied.

상기 하이드로겔 보호층은 10 내지 2,000 μm의 두께로 형성하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 30 내지 1,500 μm의 두께로 형성될 수 있고, 더욱 바람직하게는 50 내지 1,200 μm의 두께로 형성될 수 있다. 하이드로겔 보호층의 두께가 10 내지 2,000 μm의 두께로 형성되는 경우에는 가스 발생 전극에서 생성된 기포가 하이드로겔 보호층을 쉽게 빠져나감과 동시에 기포가 빠져나가 더욱 큰 기포를 형성하는 현상도 보이지 않아 안정성이 향상되는 장점이 있다.The hydrogel protective layer is preferably formed to a thickness of 10 to 2,000 μm, more preferably may be formed to a thickness of 30 to 1,500 μm, and more preferably formed to a thickness of 50 to 1,200 μm. . When the thickness of the hydrogel protective layer is formed to a thickness of 10 to 2,000 μm, the bubbles generated from the gas generating electrode easily escape the hydrogel protective layer, and at the same time, there is no phenomenon in which the bubbles escape and form larger bubbles. It has the advantage of improving stability.

상기 하이드로겔 보호층의 기공은 1 내지 1,000 nm의 직경으로 형성하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 2 내지 100 nm의 직경으로 형성될 수 있고, 더욱 바람직하게는 3 내지 50 nm의 직경으로 형성될 수 있고, 더욱 바람직하게는 4 내지 40 nm의 직경으로 형성될 수 있고 더욱 바람직하게는 5 내지 30 nm의 직경으로 형성될 수 있다. 하이드로겔 보호층의 기공이 상기 범위의 직경으로 형성되는 경우에는 네트워크가 치밀함과 동시에 가스 발생 전극에서 생성된 기포가 하이드로겔 보호층을 쉽게 빠져나가 안정성이 향상되는 장점이 있다.The pores of the hydrogel protective layer are preferably formed with a diameter of 1 to 1,000 nm, more preferably may be formed with a diameter of 2 to 100 nm, and more preferably be formed with a diameter of 3 to 50 nm. It may be formed, more preferably with a diameter of 4 to 40 nm, and more preferably formed with a diameter of 5 to 30 nm. When the pores of the hydrogel protective layer are formed with a diameter in the above range, the network is dense and the bubbles generated in the gas generating electrode easily escape the hydrogel protective layer, thereby improving stability.

상기 하이드로겔 보호층은 8 내지 20부피% 농도의 단량체 수용액으로부터 중합되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 8 내지 16부피% 농도의 단량체 수용액으로부터 중합되는 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 8 내지 12부피% 농도의 단량체 수용액으로부터 중합될 수 있다. 하이드로겔 보호층이 8 내지 20부피% 농도의 단량체 수용액으로부터 중합되는 경우에는 가스 발생 전극에서 생성된 기포가 하이드로겔 보호층을 쉽게 빠져나감과 동시에 기포가 빠져나가 더욱 큰 기포를 형성하는 현상도 보이지 않아 안정성이 향상되는 장점이 있다.The hydrogel protective layer is preferably polymerized from an aqueous monomer solution having a concentration of 8 to 20% by volume, more preferably from an aqueous monomer solution having a concentration of 8 to 16% by volume, and most preferably from 8 to 12% by volume. % concentration of an aqueous monomer solution. When the hydrogel protective layer is polymerized from an aqueous monomer solution having a concentration of 8 to 20% by volume, the bubbles generated from the gas generating electrode easily escape the hydrogel protective layer, and at the same time, the bubbles escape and form larger bubbles. This has the advantage of improving stability.

상기 하이드로겔 보호층은 단량체와 가교제의 가교 결합에 의하여 합성된다. 여기서 단량체와 가교제는 60:1 내지 100:1의 몰비로 포함되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 70:1 내지 90:1의 몰비로 포함되는 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 75:1 내지 85:1의 몰비로 포함될 수 있다. The hydrogel protective layer is synthesized by crosslinking a monomer and a crosslinking agent. Here, the monomer and the crosslinking agent are preferably included in a molar ratio of 60:1 to 100:1, more preferably in a molar ratio of 70:1 to 90:1, and most preferably 75:1 to 85 It may be included in a molar ratio of :1.

상기 하이드로겔 보호층은 가스 발생 전극 상에 등각적으로 결착된 것일 수 있다. 가스 발생 전극의 표면을 따라 하이드로겔이 치밀하게 형성되고, 하이드로겔이 상기 가스 발생 전극 상에 결착됨으로써, 하이드로겔이 가스 발생 전극에서 탈착되는 것을 방지함과 동시에 가스 발생 전극에서 생성된 기포가 하이드로겔 보호층을 쉽게 빠져나가 전기화학 전극의 안정성이 향상되는 장점이 있다.The hydrogel protective layer may be conformally bound on the gas generating electrode. A hydrogel is densely formed along the surface of the gas-generating electrode, and the hydrogel is bound on the gas-generating electrode, thereby preventing the hydrogel from being desorbed from the gas-generating electrode, and at the same time, the bubbles generated in the gas-generating electrode are generated from the hydrogel. There is an advantage in that the gel protective layer easily escapes and the stability of the electrochemical electrode is improved.

또한, 상기 하이드로겔 보호층은 상기 가스 발생 전극의 표면과 공유결합하여 코팅층을 형성할 수 있다. 상기 가스 발생 전극은 가스 발생 전극의 표면에 반응성을 가지는 화합물과 공유결합되어 자기조립 단분자층(self-assembled monolayer)을 형성할 수 있으며, 상기 화합물을 반응성 관능기를 더 포함함으로써 후술하는 바와 같이 활성화될 수 있다.In addition, the hydrogel protective layer may be covalently bonded to the surface of the gas generating electrode to form a coating layer. The gas generating electrode may be covalently bonded with a compound having a reactivity on the surface of the gas generating electrode to form a self-assembled monolayer, and may be activated as described below by further including the compound with a reactive functional group have.

구체적으로, 상기 가스 발생 전극의 표면에 반응성을 가지는 화합물은 알콕시실란아민 화합물일 수 있으며, 화학식 Si(OR)3(CH2)pNH2(p는 1 내지 4의 정수이며, R은 수소 또는 C1-C4의 알킬기)로 표시되는 화합물일 수 있고, 보다 구체적으로 (3-아미노프로필)트리에톡시실란((3-aminopropyl)triethoxysilane; APTES)일 수 있다.Specifically, the compound having reactivity on the surface of the gas generating electrode may be an alkoxysilaneamine compound, and the formula Si(OR) 3 (CH 2 ) p NH 2 (p is an integer of 1 to 4, R is hydrogen or C 1 -C 4 may be a compound represented by a), more specifically (3-aminopropyl) triethoxysilane ((3-aminopropyl) triethoxysilane; APTES).

알콕시실란아민 화합물로 가스 발생 전극의 표면이 자기조립 단분자층을 형성함에 따라 반응성 관능기인 아민기가 표면에 노출될 수 있으며, 상기 아민기는 알데하이드기로 후속적으로 활성화될 수 있다. 알데하이드기 활성화를 위해 2 내지 4개의 알데하이드기를 포함하는 화합물로 처리함으로써 상기 아민기는 알데하이드기로 활성화될 수 있다. 상기 2 내지 4개의 알데하이드기의 비한정적인 예를 들면, 글루타르알데하이드(glutaraldehyde)일 수 있으나, 이에 제한받지 않는다.As the surface of the gas generating electrode forms a self-assembled monolayer with the alkoxysilaneamine compound, an amine group, which is a reactive functional group, may be exposed on the surface, and the amine group may be subsequently activated with an aldehyde group. The amine group can be activated as an aldehyde group by treatment with a compound containing 2 to 4 aldehyde groups for aldehyde group activation. Non-limiting examples of the 2 to 4 aldehyde groups may be glutaraldehyde, but is not limited thereto.

상기 알데하이드기와 하이드로겔 보호층을 구성하는 중합성 단량체의 아민기가 서로 공유결합됨으로써, 하이드로겔 보호층이 가스 발생 전극의 표면과 안정적으로 공유결합될 수 있다. 상술한 바와 같은 공유결합을 통해 하이드로겔 보호층은 선택적으로 가스 발생 전극의 표면과 공유결합되고, 촉매 물질층과는 공유결합을 형성하지 않기 때문에 촉매 물질층 표면에서 생성되는 수소 기포의 빠른 탈착이 가능할 수 있으며, 하이드로겔 보호층이 촉매 물질층을 안정적으로 보호하기 때문에 촉매 물질층의 탈리가 효과적으로 억제될 수 있어 바람직하다.As the aldehyde group and the amine group of the polymerizable monomer constituting the hydrogel protective layer are covalently bonded to each other, the hydrogel protective layer may be stably covalently bonded to the surface of the gas generating electrode. Through the covalent bond as described above, the hydrogel protective layer is selectively covalently bonded to the surface of the gas generating electrode, and since it does not form a covalent bond with the catalyst material layer, rapid desorption of hydrogen bubbles generated on the surface of the catalyst material layer is not achieved. It may be possible, and since the hydrogel protective layer stably protects the catalyst material layer, desorption of the catalyst material layer can be effectively suppressed, which is preferable.

또한, 상기 하이드로겔 보호층은 전하를 가지는 다량체를 포함함으로써, 가스 발생 전극을 구성하는 요소가 용해되어 생성된 이온의 이동을 억제하여 전극 표면의 용해를 억제할 수 있어 바람직하다.In addition, since the hydrogel protective layer contains a multimer having an electric charge, it is possible to suppress the dissolution of the electrode surface by inhibiting the movement of ions generated by dissolving the elements constituting the gas generating electrode is preferable.

결론적으로, 하이드로겔 보호층이 가스 발생 전극 표면에 존재하는 촉매의 탈착을 방지할뿐만 아니라, 하이드로겔 보호층이 코팅된 전극 표면의 주변에서 녹아져 나온 금속 이온의 농도가 높기 때문에 르샤틀리에 원리에 의하여 추가적인 금속 이온의 용해를 억제하는 효과가 있다.In conclusion, the hydrogel protective layer not only prevents the desorption of the catalyst present on the surface of the gas generating electrode, but also the hydrogel protective layer has a high concentration of dissolved metal ions from the periphery of the coated electrode surface, so the Le Chatelier principle This has the effect of inhibiting the dissolution of additional metal ions.

일 구체예에 있어, 전기화학 전극에서 반응이 진행됨에 따라 기포가 발생하게 되고, 발생한 기포가 팽창함에 따라 하이드로겔에 가해지는 압력은 증가하게 된다. 여기서 기포가 팽창함에 따라 하이드로겔에 가해지는 최대 압력(Pmax)은 하기 식 1로 계산할 수 있다.In one embodiment, as the reaction proceeds in the electrochemical electrode, bubbles are generated, and as the generated bubbles expand, the pressure applied to the hydrogel increases. Here, the maximum pressure (P max ) applied to the hydrogel as the bubble expands can be calculated by Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

(여기서 rs는 하이드로겔의 초기 균열의 반지름, E는 하이드로겔의 탄성률, γ는 하이드로겔의 표면 에너지(0.072 J/m2)을 의미한다.)(Where r s is the radius of the initial crack of the hydrogel, E is the elastic modulus of the hydrogel, and γ is the surface energy of the hydrogel (0.072 J/m 2 ).)

또한, 하이드로겔의 균열을 위해 필요한 임계 압력은 하기 식 2로 계산할 수 있다.In addition, the critical pressure required for cracking the hydrogel can be calculated by Equation 2 below.

[식 2][Equation 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

(여기서 Gc는 하이드로겔의 임계 에너지-방출 비율을 의미한다.)(Where G c means the critical energy-release ratio of the hydrogel.)

즉, 하이드로겔 보호층에 가해지는 압력이 임계 압력보다 크면, 기포가 팽창하여 하이드로겔에 균열이 발생하게 된다.That is, when the pressure applied to the hydrogel protective layer is greater than the critical pressure, the bubbles expand and cracks occur in the hydrogel.

rs 값이 0.2 mm 이하일 때, Pmax/Pf 값이 1 이하가 되는 강성 및 연성을 가질 수 있는데, Pmax/Pf 비율이 1 이상인 경우, 생성된 기포에 의해서 하이드로겔 보호층에 균열이 발생하게 되고, 하이드로겔 보호층에 균열이 발생하면 전극 표면이 보호되지 못하고 손상되어 전류가 서서히 감소하게 된다. 따라서, 하이드로겔 보호층과 가스 발생 전극의 결합 강도가 Pmax보다 강한 경우에 하이드로겔 보호층의 탈착이 쉽게 일어나지 않는 장점이 있다.When the rs value is 0.2 mm or less, the P max /P f value may have a stiffness and ductility of 1 or less, and when the P max /P f ratio is 1 or more, the hydrogel protective layer is cracked by the generated air bubbles This occurs, and when cracks occur in the hydrogel protective layer, the electrode surface is not protected and damaged, and the current is gradually reduced. Therefore, when the bonding strength between the hydrogel protective layer and the gas generating electrode is stronger than P max , there is an advantage in that the hydrogel protective layer does not easily detach.

또한 본 발명은 상기 전기화학 전극에 광을 조사하여 수소, 산소, 질소 및 염소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 가스를 제조하는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for preparing a gas selected from the group consisting of hydrogen, oxygen, nitrogen and chlorine by irradiating light to the electrochemical electrode.

본 발명에 따른 전기화학 전극의 제조방법은 (a) 알콕시알코올계 용매를 포함하는 제1액을 제조하는 단계; (b) 메르캅토 산계 용매 및 알칸올아민계 용매를 포함하는 제2액을 제조하는 단계; (c) 상기 제1액 및 제2액을 혼합한 혼합액을 투명 전극층에 도포하여 광흡수층을 형성하는 단계; (d) 상기 단계 (c)에서 형성된 광흡수층 상에 전하전달층을 형성하는 단계; (e) 상기 단계 (d)에서 형성된 전하전달층 상에 촉매 물질층을 형성하는 단계; 및 (f) 상기 단계 (c) 내지 (e)에서 형성된 광흡수층, 전하전달층 및 촉매 물질층을 포함하는 가스 발생 전극을 덮는 하이드로겔 보호층을 형성하는 단계를 포함한다.The method for manufacturing an electrochemical electrode according to the present invention includes the steps of: (a) preparing a first liquid containing an alkoxyalcohol-based solvent; (b) preparing a second liquid comprising a mercapto acid-based solvent and an alkanolamine-based solvent; (c) forming a light absorption layer by applying a mixture of the first liquid and the second liquid to the transparent electrode layer; (d) forming a charge transfer layer on the light absorption layer formed in step (c); (e) forming a catalyst material layer on the charge transport layer formed in step (d); and (f) forming a hydrogel protective layer covering the gas generating electrode including the light absorption layer, the charge transfer layer and the catalyst material layer formed in the steps (c) to (e).

일 구체예에 있어, 단계 (a)에서 제조하는 제1액은 용매로 알콕시알코올계 용매를 함유할 수 있다. 여기서 알콕시알코올계 용매는 2-메톡시에탄올, 2-메톡시프로판올 및 3-메톡시프로판올에서 선택되는 용매일 수 있다. 이 때, 제1액은 0.02 내지 0.4M 농도로 제조하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.04 내지 0.3M 농도일 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.06 내지 0.2M 농도일 수 있고, 가장 바람직하게는 0.08 내지 0.1M 농도일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the first liquid prepared in step (a) may contain an alkoxyalcohol-based solvent as a solvent. Here, the alkoxyalcohol-based solvent may be a solvent selected from 2-methoxyethanol, 2-methoxypropanol, and 3-methoxypropanol. At this time, it is preferable to prepare the first solution at a concentration of 0.02 to 0.4M, more preferably a concentration of 0.04 to 0.3M, more preferably a concentration of 0.06 to 0.2M, and most preferably 0.08 to 0.1M concentration, but is not limited thereto.

일 구체예에 있어, 단계 (b)에서 제조하는 제2액은 용매로 알칸올아민계 용매 및 메르캅토 산계 용매를 함유할 수 있다. 여기서 알칸올아민계 용매는 NH2-(CH2)m-OH(m은 1 내지 4의 정수)의 화학식으로 표시되는 화합물일 수 있으며, 바람직하게는 상온 및 1기압에서 액체인 NH2-(CH2)m-OH(m은 1 내지 4의 정수)의 화학식으로 표시되는 화합물 수 있으며, 가장 바람직하게는 에탄올아민일 수 있다.In one embodiment, the second liquid prepared in step (b) may contain an alkanolamine-based solvent and a mercapto acid-based solvent as a solvent. Here, the alkanolamine-based solvent may be a compound represented by the formula of NH 2 -(CH 2 ) m -OH (m is an integer of 1 to 4), and preferably NH 2 -( CH 2 ) m -OH (m is an integer of 1 to 4) may be a compound represented by the formula, most preferably may be ethanolamine.

또한 메르캅토 산계 용매는 메르캅토아세트산, 메르캅토프로피온산, 메르캅토부티릭산, 메르캅토헥사노익산, 메르캅토옥타노익산, 메르캅토데카노익산 및 메르캅토도데카노익산에서 선택되는 용매일 수 있다.In addition, the mercapto acid-based solvent may be a solvent selected from mercaptoacetic acid, mercaptopropionic acid, mercaptobutyric acid, mercaptohexanoic acid, mercaptooctanoic acid, mercaptodecanoic acid and mercaptododecanoic acid. .

제2액의 메르캅토 산계 용매:알칸올아민계 용매의 몰비는 15:1 내지 20:1 일 수 있고, 바람직하게는 16:1 내지 20:1 일 수 있고, 더욱 바람직하게는 17:1 내지 20:1 일 수 있고, 가장 바람직하게는 18:1 내지 20:1 일 수 있다. 이 때, 제2액은 0.2 내지 1.0M 농도로 제조하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 0.9M 농도일 수 있고, 더욱 바람직하게는 0.4 내지 0.8M 농도일 수 있고, 가장 바람직하게는 0.5 내지 0.7M 농도일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The molar ratio of the mercapto acid solvent of the second liquid: the alkanolamine solvent may be 15:1 to 20:1, preferably 16:1 to 20:1, more preferably 17:1 to 20:1, and most preferably 18:1 to 20:1. At this time, it is preferable to prepare the second solution at a concentration of 0.2 to 1.0M, more preferably a concentration of 0.3 to 0.9M, more preferably a concentration of 0.4 to 0.8M, and most preferably 0.5 to 0.7M concentration, but is not limited thereto.

일 구체예에 있어, 단계 (c)에서 상기 제1액 및 제2액을 혼합한 혼합액을 투명 전극층에 코팅하고, 불활성 가스 분위기에서 어닐링하여 하여 광흡수층을 형성할 수 있다. In one embodiment, the light absorption layer may be formed by coating a mixture of the first liquid and the second liquid in step (c) on the transparent electrode layer and annealing in an inert gas atmosphere.

코팅은 반도체 분야에서 용액을 도포하여 막을 형성하는데 통상적으로 사용되는 방법으로 수행되면 무방하다. 일 예로, 스핀 코팅, 롤 코팅, 스프레이 코팅, 블레이드 코팅, 바 코팅, 딥코팅 등에 의해 수행될 수 있으나, 본 발명이 구체적인 코팅 방법에 의해 한정되는 것은 아니다.The coating may be performed by a method commonly used in forming a film by applying a solution in the semiconductor field. For example, spin coating, roll coating, spray coating, blade coating, bar coating, dip coating, etc. may be performed, but the present invention is not limited by a specific coating method.

어닐링은 용액 도포에 의해 생성되는 광흡수막의 결정성을 향상시키기 위한 것으로, 제1어닐링 또는 제2어닐링시 온도는 150 내지 400℃구체적으로 200 내지 350℃일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 어닐링시 불활성 가스 분위기는 질소, 아르곤, 헬륨, 또는 이들의 혼합 가스 분위기일 수 있다.The annealing is to improve the crystallinity of the light absorption film generated by application of the solution, and the temperature during the first annealing or the second annealing may be 150 to 400° C., specifically 200 to 350° C., but is not limited thereto. During annealing, the inert gas atmosphere may be nitrogen, argon, helium, or a mixed gas atmosphere thereof.

또한, 어닐링 전, 도포된 액에서 용매를 제거하기 위한 건조가 수행될 수 있다. 구체적으로 건조는 180 내지 300℃의 온도에서 수행될 수 있으며, 1 내지 10분 동안 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 건조는 150 내지 200℃의 온도에서 수행되는 1차 건조 및 280 내지 320℃의 온도에서 수행되는 2차 건조를 포함하는 다단 건조일 수 있다. 다단 건조시 1차 건조 및 2차 건조는 서로 독립적으로 1 내지 5분 동안 수행될 수 있으나, 본 발명이 건조 시간에 의해 한정되는 것은 아니다.In addition, before annealing, drying to remove the solvent from the applied liquid may be performed. Specifically, the drying may be carried out at a temperature of 180 to 300 ℃, it may be carried out for 1 to 10 minutes. More specifically, the drying may be a multi-stage drying including primary drying carried out at a temperature of 150 to 200 ℃ and secondary drying carried out at a temperature of 280 to 320 ℃. In multi-stage drying, primary drying and secondary drying may be performed independently of each other for 1 to 5 minutes, but the present invention is not limited by the drying time.

일 구체예에 있어, 단계 (d)에서, 전하전달층은 원자층 증착법(Atomic layer deposition; ALD)으로 형성될 수 있다. 원자층 증착법은 원자층 수준의 얇은 박막을 증착할 수 있는 기술로, 유입된 소스 가스를 기판 표면에 화학 흡착시키고 나머지 소스 가스를 퍼지한 후 상기 흡착된 소스 가스로부터 물질층을 형성하는 방법이다. 이 방법에 의하면, 원자층 단위로 물질층의 두께를 조절할 수 있으므로 우수한 단차 피복성을 가진 물질층을 형성할 수 있으며, 물질층 내에 함유된 불순물의 농도도 매우 낮게 된다.In one embodiment, in step (d), the charge transport layer may be formed by atomic layer deposition (ALD). Atomic layer deposition is a technique capable of depositing a thin film at the level of an atomic layer, and is a method of chemically adsorbing an introduced source gas to the substrate surface, purging the remaining source gas, and then forming a material layer from the adsorbed source gas. According to this method, since the thickness of the material layer can be adjusted in units of atomic layers, a material layer having excellent step coverage can be formed, and the concentration of impurities contained in the material layer is also very low.

일 구체예에 있어, 금속 산화물로 TiO2가 사용될 수 있고, 상기 원자층 증착법의 Ti 공급원으로서의 전구체로는 테트라이소프로폭시티타늄(tetraisopropoxytitanium), 테트라프로폭시티타늄(tetrapropoxytitanium), 테트라키스(디메틸아미도)티타늄(tetrakis(dimethylamido)titanium; TDMAT)로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있고, 바람직하게는 TDMAT 일 수 있다. 또한, O 공급원으로는 H2O를 사용하여 원자층 증착법을 통해 TiO2 전하전달층을 광흡수층 상에 증착시킬 수 있다.In one embodiment, TiO 2 may be used as the metal oxide, and as a precursor as a Ti source of the atomic layer deposition method, tetraisopropoxytitanium, tetrapropoxytitanium, tetrakis (dimethylamido) ) may be selected from the group consisting of titanium (tetrakis(dimethylamido)titanium; TDMAT), preferably TDMAT. In addition, the TiO 2 charge transport layer may be deposited on the light absorption layer through an atomic layer deposition method using H 2 O as an O source.

일 구체예에 있어, 단계 (e)에서 촉매 물질층을 형성하는 단계는 촉매를 스퍼터링을 통하여 형성할 수 있다. 또한, 상기 단계 (e) 후에, 3-(트리메톡시실릴)프로필메타크릴레이트 또는 알콕시실란아민으로 가스 발생 전극의 표면을 개질하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the step of forming the catalyst material layer in step (e) may be formed through sputtering of the catalyst. In addition, after step (e), the step of modifying the surface of the gas generating electrode with 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate or alkoxysilaneamine may be further included.

상기 전극의 제조방법에 있어서, 단계 (f)에서 상기 하이드로겔 보호층은 아민기를 포함하는 중합성 단량체 및 다관능성 단량체를 중합하여 제조할 수 있다. 상기 하이드로겔 보호층을 제조하기 위한 중합성 단량체는 아민기를 포함하는 중합성 단량체라면 제한 없이 적용할 수 있으며, 구체적으로, 아크릴아미드 또는 메타크릴아미드 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 단계 (e)에서 활성화된 알데하이드기와 하이드로겔 보호층을 구성하고 있는 아민기를 포함하는 중합성 단량체의 아민기가 서로 공유결합하여 물리적인 결합뿐만 아니라 화학적으로도 결합할 수 있다.In the method of manufacturing the electrode, the hydrogel protective layer in step (f) may be prepared by polymerizing a polymerizable monomer and a polyfunctional monomer containing an amine group. The polymerizable monomer for preparing the hydrogel protective layer may be applied without limitation as long as it is a polymerizable monomer including an amine group, and specifically, may be acrylamide or methacrylamide, but is not limited thereto. The amine group of the polymerizable monomer including the aldehyde group activated in step (e) and the amine group constituting the hydrogel protective layer is covalently bonded to each other so that it can be chemically bonded as well as a physical bond.

이하 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명한다. 다만, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples. However, these are for describing the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited by the following examples.

<실시예> 전기화학 전극의 제조<Example> Preparation of electrochemical electrode

1. 가스 발생 전극의 제조1. Fabrication of the gas generating electrode

Sb2Se3 전극은 70 nm 두께의 Au 코팅된 FTO 유리 위에서 스핀 코팅을 통하여 제작하였다. Sb2Se3는 최대 1050 nm 파장의 태양 광자를 수집할 수 있는 저가형 물질이므로 광흡수층으로 선택하였다.The Sb 2 Se 3 electrode was fabricated through spin coating on 70 nm thick Au-coated FTO glass. Since Sb 2 Se 3 is a low-cost material capable of collecting solar photons with a wavelength of up to 1050 nm, it was selected as a light absorption layer.

먼저, 0.258g의 SbCl3를 12mL의 2-메톡시에탄올(2-methoxy ethanol)에 용해시켰다. 또한, 0.385g의 Se 분말을 티오글리콜산(Thioglycolic acid; TGA)과 에탄올아민(Ethanol amine; EA)의 몰비율이 TGA:EA = 95:5로 혼합된 용액 8mL 에 용해시켰다. 상기 두 가지 용액을 혼합하여 20mL Sb-Se 용액을 얻은 후, Sb-Se 용액을 80℃에서 밤새 자기적으로 교반하였다.First, 0.258 g of SbCl 3 was dissolved in 12 mL of 2-methoxyethanol (2-methoxy ethanol). In addition, 0.385 g of Se powder was dissolved in 8 mL of a solution in which the molar ratio of thioglycolic acid (TGA) and ethanol amine (EA) was TGA:EA = 95:5. After mixing the above two solutions to obtain a 20 mL Sb-Se solution, the Sb-Se solution was magnetically stirred at 80° C. overnight.

스핀 코팅은 10 사이클 수행하였다. 각 사이클은 Sb-Se 용액을 2000rpm으로 30초 동안 스핀 코팅한 다음 180℃와 300℃에서 각각 3분 동안 2단계로 순차적으로 건조하는 것으로 구성된다. 그 후 샘플을 350℃에서 20분 동안 열처리하였다. 불필요한 산화 반응을 방지하기 위해 N2 조건에서 스핀 코팅 및 열처리를 진행하였다. 마지막으로 잔류 유기물을 태우기 위해 공기 중에서 30분 동안 200℃에서 열처리하였다.Spin coating was performed for 10 cycles. Each cycle consisted of spin-coating the Sb-Se solution at 2000 rpm for 30 seconds, followed by sequential drying in two steps at 180°C and 300°C for 3 minutes, respectively. The sample was then heat treated at 350° C. for 20 minutes. In order to prevent unnecessary oxidation reaction, spin coating and heat treatment were performed under N 2 conditions. Finally, heat treatment was carried out at 200° C. for 30 minutes in air to burn off residual organic matter.

TiO2 층은 Ti 및 O의 소스로 각각 테트라키스(디메틸아미도)티타늄(tetrakis(dimethylamido)titanium; TDMAT) 및 물을 사용하여 Sb2Se3 층에 증착하였다. 증착 과정은 600 사이클이 수행되었으며, 각 사이클은 0.3초의 TDMAT 펄스, 15초의 N2 퍼징, 0.2초의 H2O 펄스 및 15초의 N2 퍼징으로 구성된다. TiO2의 대략적인 성장 속도는 0.58Åle이었다.The TiO 2 layer was deposited on the Sb 2 Se 3 layer using tetrakis(dimethylamido)titanium (TDMAT) and water as sources of Ti and O, respectively. The deposition process was performed for 600 cycles, each cycle consisting of 0.3 sec of TDMAT pulse, 15 sec of N 2 purging, 0.2 sec of H 2 O pulse and 15 sec of N 2 purging. The approximate growth rate of TiO 2 was 0.58 Åle.

Pt 조촉매는 120초 동안 10mA의 인가 전류 하에서 TiO2/Sb2Se3 전극에 스퍼터링하였다.The Pt promoter was sputtered on the TiO 2 /Sb 2 Se 3 electrode under an applied current of 10 mA for 120 seconds.

2. 가스 발생 전극의 표면 처리2. Surface treatment of gas generating electrode

Pt/TiO2/Sb2Se3 전극의 표면은 폴리아크릴아미드(Polyacrylamide; PAAM) 하이드로겔과 PEC 장치 사이의 화학적 결합을 위해 수산화나트륨(NaOH), (3-아미노프로필)트리에톡시실레인((3-aminopropyl)triethoxysilane; APTES) 및 글루타르알데히드(glutaraldehyde)를 처리하였다.The surface of the Pt/TiO 2 /Sb 2 Se 3 electrode was coated with sodium hydroxide (NaOH), (3-aminopropyl)triethoxysilane ( (3-aminopropyl)triethoxysilane; APTES) and glutaraldehyde were treated.

1N NaOH 용액과 50부피% 글루타르알데히드 용액은 탈이온수(DI)로 희석하여 0.1N NaOH 및 0.5부피% 글루타르알데히드 용액을 제조하였고, APTES 용액은 에탄올 용액으로 희석하여 0.5부피% APTES 용액을 제조하였다. 제조된 Pt/TiO2/Sb2Se3 전극을 0.1N NaOH 용액에 5분 동안 담근다. NaOH 용액을 제거한 후 0.5부피% APTES 용액을 5분 동안 전극 위에 부었다. APTES 용액을 제거한 후 전극을 에탄올 용액으로 6회 세척하였다. 세척 단계 후 0.5부피% 글루타르알데히드 용액을 전극에 30분 동안 부었다. 전극에서 글루타르알데히드 용액을 제거하고 전극을 탈이온수로 6회 세척한 후, 60℃에서 30분간 건조시켰다.A 1N NaOH solution and a 50 vol% glutaraldehyde solution were diluted with deionized water (DI) to prepare a 0.1N NaOH and 0.5 vol% glutaraldehyde solution, and the APTES solution was diluted with an ethanol solution to prepare a 0.5 vol% APTES solution. did. The prepared Pt/TiO 2 /Sb 2 Se 3 electrode was immersed in 0.1N NaOH solution for 5 minutes. After removing the NaOH solution, 0.5 vol% APTES solution was poured over the electrode for 5 minutes. After the APTES solution was removed, the electrode was washed 6 times with an ethanol solution. After the washing step, 0.5 vol% glutaraldehyde solution was poured onto the electrode for 30 minutes. The glutaraldehyde solution was removed from the electrode, and the electrode was washed with deionized water 6 times, and then dried at 60° C. for 30 minutes.

3. 가스 발생 전극에 PAAM 하이드로겔 보호층 증착3. Deposition of PAAM hydrogel protective layer on gas generating electrode

PDMS 몰드는 실리콘 고무 박막을 절단하여 준비했다. PDMS 몰드를 에탄올을 사용하여 세척하고 양면 테이프를 사용하여 먼지를 제거한 후 표면 처리한 전극 위에 놓았다. 100% w/v 아크릴아미드(Acrylamide; AAM) 용액은 아크릴아미드 분말 1g을 DI 1mL에 용해시켜 제조하였다. 2% w/v N,N'-메틸렌비스아크릴아미드(N,N'-Methylenebisacrylamide; 비스-아크릴아미드)는 20mg의 비스-아크릴아미드 분말을 1mL DI에 용해시켜 제조하였다. 10% w/v 과황산암모늄(Ammonium persulfate; AP) 용액은 100 μL DI에 10 mg의 AP 분말을 용해하여 제조하였다. 표 1에 따라 아크릴아미드 용액, 비스-아크릴아미드 용액, 탈이온수를 혼합하여 겔 용액을 제조한 후 1시간 이상 탈기하였다.The PDMS mold was prepared by cutting a thin film of silicone rubber. After washing the PDMS mold with ethanol and removing dust using double-sided tape, it was placed on the surface-treated electrode. A 100% w/v acrylamide (AAM) solution was prepared by dissolving 1 g of acrylamide powder in 1 mL of DI. 2% w/v N,N'-methylenebisacrylamide (N,N'-Methylenebisacrylamide; bis-acrylamide) was prepared by dissolving 20 mg of bis-acrylamide powder in 1 mL DI. A 10% w/v ammonium persulfate (AP) solution was prepared by dissolving 10 mg of AP powder in 100 μL DI. According to Table 1, an acrylamide solution, a bis-acrylamide solution, and deionized water were mixed to prepare a gel solution, and then degassed for at least 1 hour.

Volume (μL)Volume (μL) Monomer concentration(%)Monomer concentration(%) 6%6% 10%10% 30%30% DI waterDI water 888888 817.4817.4 464464 100% AAm100% AAm 65.265.2 108.6108.6 326326 2% Bis-acrylamide2% Bis-acrylamide 40.840.8 6868 204204 10% AP10% AP 55 55 55 TEMEDTEMED 1One 1One 1One TotalTotal 10001000 10001000 10001000

단량체와 가교제의 농도 비율은 80:1로 고정하였다. AP 용액과 N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민(N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine; TEMED) 용액을 pre-gel 용액과 함께 첨가하여 겔화를 시작하였다. AP와 TEMED의 최종 농도는 각각 0.05wt%와 0.1wt%였다. 30분의 겔화 후 커버 글래스와 PDMS 몰드를 조심스럽게 제거하였다.The concentration ratio of the monomer and the crosslinking agent was fixed at 80:1. The AP solution and N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine (N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine; TEMED) solution were added together with the pre-gel solution to start gelation. The final concentrations of AP and TEMED were 0.05wt% and 0.1wt%, respectively. After 30 minutes of gelation, the cover glass and the PDMS mold were carefully removed.

<비교예><Comparative example>

단계 2 및 단계 3을 수행하지 않는 것을 제외하고는, 실시예의 제조방법과 동일한 제조방법으로 제조하였다.Except that steps 2 and 3 were not performed, it was prepared in the same manner as in the preparation method of Examples.

<실험예 1> 전기화학 전극의 전기적 특성 분석<Experimental Example 1> Analysis of electrical properties of electrochemical electrodes

도 1은 하이드로겔 보호층을 구성하는 단량체의 농도를 서로 다르게 한 경우 전기화학 전극의 전기적 특성을 나타내는 그래프이다. 전극에 하이드로겔 코팅시, 0VRHE에서 초기 광전류 밀도(Jph) 및 개시 전위 측면에서는 큰 변화를 보이지 않았다.1 is a graph showing the electrical characteristics of an electrochemical electrode when the concentration of the monomer constituting the hydrogel protective layer is different from each other. When the electrode was coated with the hydrogel, there was no significant change in the initial photocurrent density (J ph ) and the onset potential at 0 V RHE .

그러나, 전극의 수명은 하이드로겔 보호층을 사용한 경우에 현저하게 연장되는 것을 알 수 있었다.However, it was found that the lifetime of the electrode was significantly extended when the hydrogel protective layer was used.

도 2는 하이드로겔 보호층을 구성하는 단량체의 농도를 다르게 한 경우, 산성(pH 1) 전해질에서 전극의 안정성을 나타내는 그래프이다. 10% 하이드로겔 보호층을 사용한 경우, 초기 광전류 밀도의 약 70%를 유지하면서 90시간 이상의 안정성을 보인 반면, 비교예에 따른 전기화학 전극의 경우는 빠른 광전류 저하를 보였고, 3시간 이내에 거의 완전히 손상되었다. 이를 통하여, 하이드로겔 보호층을 사용한 전극은 초기 광전류 밀도나 개시 전위 측면에서는 보호층을 사용하지 않은 경우 대비 유의미한 차이가 없었으나, 안정성 측면에서는 100배 이상 향상된 것을 확인할 수 있었다.Figure 2 is a graph showing the stability of the electrode in an acidic (pH 1) electrolyte when the concentration of the monomer constituting the hydrogel protective layer is different. In the case of using a 10% hydrogel protective layer, while maintaining about 70% of the initial photocurrent density and showing stability for more than 90 hours, the electrochemical electrode according to the comparative example showed a rapid photocurrent decrease, and was almost completely damaged within 3 hours became Through this, the electrode using the hydrogel protective layer did not have a significant difference compared to the case where the protective layer was not used in terms of initial photocurrent density or onset potential, but it was confirmed that it was improved by more than 100 times in terms of stability.

또한, 도 3 및 도 4에서 확인할 수 있듯이, 중성(pH 7) 전해질 또는 염기성(pH 8) 전해질을 사용하여 전극의 안정성을 실험한 결과, 산성 전해질을 사용한 경우와 마찬가지로 하이드로겔 보호층을 사용한 전극에서 초기 광전류 밀도를 장시간 유지하는 것을 확인하여 본 발명의 전극 및 하이드로겔 보호층이 다양한 전해질에서 사용 가능한 것을 확인할 수 있었다.In addition, as can be seen in FIGS. 3 and 4 , as a result of testing the stability of the electrode using a neutral (pH 7) electrolyte or a basic (pH 8) electrolyte, an electrode using a hydrogel protective layer as in the case of using an acidic electrolyte It was confirmed that the electrode and hydrogel protective layer of the present invention can be used in various electrolytes by confirming that the initial photocurrent density is maintained for a long time.

<실험예 2> 전극의 구조 분석<Experimental Example 2> Structural analysis of electrodes

Sb2Se3 전극의 표면 구조를 관찰하여 하이드로겔 보호층이 PEC 소자에 구조적 안정성을 부여함을 확인하였다.By observing the surface structure of the Sb 2 Se 3 electrode, it was confirmed that the hydrogel protective layer provided structural stability to the PEC device.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 비교예에 따른 전기화학 전극의 경우에는 5시간 구동 후에 Pt의 일부가 분리되거나 응집되는 현상이 관찰되었고, TiO2 층이 완전히 용해된 것을 확인할 수 있었다. 대조적으로, 10% 하이드로겔 보호층을 코팅한 경우에는 100 시간 구동 후에도 Pt가 잘 부착된 채로 유지되었을 뿐만 아니라, TiO2 층도 거의 손상되지 않을 것을 확인할 수 있었다. 즉, 하이드로겔 보호층이 전극 표면에 존재하는 백금 입자의 탈착을 방지할뿐만 아니라, 하이드로겔 보호층이 코팅된 전극 표면의 주변에서 녹아져 나온 금속 이온의 농도가 높기 때문에 르샤틀리에 원리에 의하여 추가적인 금속 이온의 용해를 억제하는 효과가 있는 것을 확인하였다.5 to 7 , in the case of the electrochemical electrode according to the comparative example, a phenomenon in which part of Pt was separated or agglomerated was observed after driving for 5 hours, and it was confirmed that the TiO 2 layer was completely dissolved. In contrast, when the 10% hydrogel protective layer was coated, not only Pt remained well attached even after 100 hours of operation, but also it was confirmed that the TiO 2 layer was hardly damaged. That is, the hydrogel protective layer not only prevents the desorption of platinum particles present on the electrode surface, but also has a high concentration of metal ions dissolved from the periphery of the hydrogel protective layer-coated electrode surface. It was confirmed that there is an effect of inhibiting the dissolution of additional metal ions.

<실험예 3> 전극에서 기포의 발생 및 분리<Experimental Example 3> Generation and separation of air bubbles in the electrode

도 8은 고속 카메라를 통하여 하이드로겔 보호층이 없는 표면과 10% 하이드로겔 보호층이 있는 전극 표면에서 기포의 형성, 성장 및 분리를 관찰한 그림이다.8 is a diagram illustrating the formation, growth and separation of air bubbles on the surface without a hydrogel protective layer and on the electrode surface with a 10% hydrogel protective layer through a high-speed camera.

비교예에 따른 전기화학 전극 표면에서는 200 ms 이내에 기포가 구형으로 성장하였다. 이에 반하여, 10% 하이드로겔 보호층이 있는 전극 표면의 경우, 기포는 타원형이고 하이드로겔의 두께와 유사한 크기로 성장하여 8초 이내에 'confinement-free region'(CFR)에 도달하였고, 성장한 기포가 하이드로겔 보호층에서 분리됨에 따라 전극 표면에 수직 방향으로 타원형의 'bubble path'가 형성됨을 확인할 수 있었다. bubble path 이외의 영역으로 기포가 이동하는 것은 거의 관찰하지 못했고, 이는 전극 표면에서 생성된 수소 가스 분자가 모여 bubble path를 통해 빠져나가는 것을 의미한다. 즉, 10% 하이드로겔 보호층을 사용하는 경우, 전극 표면에서 생성되는 수소 기포의 빠른 탈착을 유도할 수 있음을 확인하였다.On the surface of the electrochemical electrode according to the comparative example, bubbles grew in a spherical shape within 200 ms. In contrast, in the case of the electrode surface with a 10% hydrogel protective layer, the bubble was oval and grew to a size similar to the thickness of the hydrogel, reaching the 'confinement-free region' (CFR) within 8 seconds, and the grown bubble was As the gel was separated from the protective layer, it was confirmed that an elliptical 'bubble path' was formed in the direction perpendicular to the electrode surface. The movement of bubbles to areas other than the bubble path was hardly observed, which means that the hydrogen gas molecules generated on the electrode surface gather and escape through the bubble path. That is, it was confirmed that, when a 10% hydrogel protective layer was used, it was possible to induce rapid desorption of hydrogen bubbles generated on the electrode surface.

또한, 전극의 안정성에 대한 하이드로겔 보호층의 역할을 이해하기 위해 전해질에 계면 활성제를 추가하여 기포 분리의 효과를 분석하였다.In addition, in order to understand the role of the hydrogel protective layer on the stability of the electrode, the effect of bubble separation was analyzed by adding a surfactant to the electrolyte.

도 9는 계면 활성제의 농도를 달리한 경우, Pt/TiO2/Sb2Se3 전극의 안정성을 평가한 그래프이다. 미세 기포로부터 합쳐진 큰 기포의 형성 및 분리로 인해 광전류의 변화를 관찰할 수 있다. 큰 기포는 들어오는 빛을 산란시키거나 전기 화학적 활성 영역을 차단하여 광전류 밀도를 일시적으로 낮출 수 있다. 전해질에 계면 활성제를 첨가하여 큰 기포의 형성을 방지하고 광전류의 변화를 줄였지만, 안정성은 거의 향상시키지 않았으며, 이를 통하여 단순히 기포 분리만으로는 안정성을 향상시키기에 불충분하다는 것을 알 수 있었다.9 is a graph evaluating the stability of the Pt/TiO 2 /Sb 2 Se 3 electrode when the concentration of the surfactant is changed. Changes in the photocurrent can be observed due to the formation and separation of large bubbles that coalesce from microbubbles. Large bubbles can temporarily lower the photocurrent density by scattering incoming light or blocking the electrochemically active area. Although surfactant was added to the electrolyte to prevent the formation of large bubbles and reduce the change in photocurrent, the stability was hardly improved.

결론적으로, 10% 하이드로겔 보호층을 사용하는 경우, 표면에서 생성되는 수소 기포의 빠른 탈착을 유도할 수 있을 뿐만 아니라, 단순히 기포 분리만으로는 높은 안정성을 얻기가 어려운 상황에서, 기포 분리뿐만 아니라 하이드로겔 네트워크가 부과하는 구조적, 물리적 효과에 기인하여 안전성이 향상된 것을 확인하였다.In conclusion, in the case of using a 10% hydrogel protective layer, not only can it induce rapid desorption of hydrogen bubbles generated on the surface, but also in a situation where it is difficult to obtain high stability by simply separating the bubbles, not only the bubble separation but also the hydrogel It was confirmed that the safety was improved due to the structural and physical effects imposed by the network.

<실험예 4> 하이드로겔 보호층의 농도에 따른 안정성 평가<Experimental Example 4> Stability evaluation according to the concentration of the hydrogel protective layer

전극의 안정성은 하이드로겔 보호층을 제조하기 위한 단량체의 농도에 따라 달라진다. 하이드로겔의 기계적 특성이 bubble path 형성에 어떻게 기여하는지 설명하기 위해, 6%, 10% 및 30% 하이드로겔 보호층을 사용하는 경우, 각각의 수소 기포 생성을 관찰하였다.The stability of the electrode depends on the concentration of the monomer for preparing the hydrogel protective layer. In order to explain how the mechanical properties of the hydrogel contribute to the bubble path formation, when using 6%, 10%, and 30% hydrogel protective layers, each hydrogen bubble generation was observed.

도 10은 CFR(하이드로겔/전해질 계면)에 도달한 후 분리 직전의 기포의 이미지를 보여준다. 6% 하이드로겔 보호층의 경우 인접한 bubble path가 서로 합쳐져서 하이드로겔 네트워크 내부에서 큰 기포로 합쳐지게 되고, 비정상적으로 커진 기포가 전체 표면을 덮는 것을 확인할 수 있었다. 30% 하이드로겔 보호층의 경우, 수소 기포는 고밀도 하이드로겔 네트워크에 의해 전극/하이드로겔 보호층 계면 근처에 갇히거나 작은 기포의 형태로 분출되었다. 전극 근처에 갇힌 기포는 추가로 생성된 수소 가스에 의해 팽창되고 서로 합쳐져서 큰 기포를 형성하였다. 이러한 큰 기포는 입사광의 대부분을 산란시키기 때문에, 안정성 테스트에서 광전류가 급격히 떨어지는 것을 확인하였다. 이와 대조적으로, 10% 하이드로겔 보호층에서는 bubble path를 따라 기포가 빠져나가게 되고, 6% 또는 30% 하이드로겔 보호층과는 달리 비정상적으로 큰 기포가 생성되지 않아 안정성 테스트에서 광전류가 상대적으로 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있었다.Figure 10 shows an image of the bubble just before separation after reaching the CFR (hydrogel/electrolyte interface). In the case of the 6% hydrogel protective layer, adjacent bubble paths merge with each other to form a large bubble inside the hydrogel network, and it was confirmed that the abnormally large bubble covered the entire surface. In the case of the 30% hydrogel protective layer, hydrogen bubbles were either trapped near the electrode/hydrogel protective layer interface by the high-density hydrogel network or ejected in the form of small bubbles. Bubbles trapped near the electrodes were expanded by the additionally generated hydrogen gas and coalesced to form large bubbles. Since these large bubbles scatter most of the incident light, it was confirmed that the photocurrent rapidly dropped in the stability test. In contrast, in the 10% hydrogel protective layer, bubbles escape along the bubble path, and unlike the 6% or 30% hydrogel protective layer, abnormally large bubbles are not generated, so that the photocurrent is relatively constant in the stability test. was confirmed to be maintained.

또한, 낮은 농도의 하이드로겔 보호층을 사용하여 낮은 강성의 하이드로겔 보호층을 사용하는 경우, 도 11 및 도 12에서 확인할 수 있는 바와 같이, 초기 수 시간 내에 하이드로겔 내에서 기포가 팽창하여 전극 전체를 덮게 되는 문제가 발생하였고, 이로 인하여 전류가 0에 가까워지는 것을 확인하였다.In addition, when using a low rigidity hydrogel protective layer using a low concentration hydrogel protective layer, as can be seen in FIGS. It was confirmed that the current was close to 0 due to the problem of covering the .

결론적으로, 하이드로겔 보호층의 농도를 조절하여 특정 범위의 강성을 가지는 하이드로겔 보호층을 코팅하는 경우, 우수한 안정성을 가지는 전극을 제조할 수 있다.In conclusion, when the hydrogel protective layer having a specific range of rigidity is coated by controlling the concentration of the hydrogel protective layer, an electrode having excellent stability can be prepared.

<실험예 5> 하이드로겔 보호층의 두께에 따른 안정성 평가<Experimental Example 5> Stability evaluation according to the thickness of the hydrogel protective layer

도 13은 하이드로겔 보호층의 두께를 달리한 경우, Pt/TiO2/Sb2Se3 전극의 안정성을 평가한 그래프이다. 하이드로겔 보호층의 두께가 2,000 μm 이상이면 초기에 성장하는 기포가 CFR에 거의 도달하지 않아 표면 근처에 큰 기포가 축적된다. 반대로 하이드로겔 보호층의 두께를 10 μm로 줄이면 기포가 CFR에 빠르게 도달하므로 상대적으로 큰 bubble path가 형성된다. 따라서, 전체 PEC 소자를 덮을 수 있을 만큼 큰 기포가 형성된다. 큰 기포가 형성됨에 따라 다른 조건에서는 발견되지 않았던 보호층의 박리가 관찰되었다. 그 결과, 100 μm 두께의 10% 하이드로겔 보호층을 사용하는 경우에는 보호층이 없는 것과 유사한 정도의 낮은 안정성을 나타냈다.13 is a graph evaluating the stability of the Pt/TiO 2 /Sb 2 Se 3 electrode when the thickness of the hydrogel protective layer is changed. If the thickness of the hydrogel protective layer is more than 2,000 μm, the initially growing bubbles hardly reach the CFR, resulting in the accumulation of large bubbles near the surface. Conversely, if the thickness of the hydrogel protective layer is reduced to 10 μm, a relatively large bubble path is formed because the bubbles reach the CFR quickly. Thus, a bubble large enough to cover the entire PEC element is formed. As large bubbles were formed, peeling of the protective layer, which was not found under other conditions, was observed. As a result, when using a 10% hydrogel protective layer with a thickness of 100 μm, it exhibited low stability similar to that without a protective layer.

보다 구체적으로, 두께가 얇은 하이드로겔 보호층에서는 기포 팽창에 의한 압력이 하이드로겔 보호층과 소자의 계면에 집중된다. 따라서, 기포 팽창에 의한 최대 압력(Pmax)이 하이드로겔 보호층과 전극 계면의 결합 강도보다 큰 경우에 하이드로겔 보호층이 탈착되는 문제가 있다. 이러한 경우, 전극 표면이 수 시간 내에 손상되고, 전류도 급격히 감소하는 문제가 있다. 도 14 및 도 15를 참조하면, 100 ㎛ 두께의 하이드로겔 보호층을 포함하는 경우, Jph/J0이 약 80%인 경우부터 하이드로겔 보호층이 탈착되는 것을 확인할 수 있으나, 200 ㎛ 두께의 하이드로겔 보호층을 포함하는 경우, Jph/J0이 약 50%인 경우부터 하이드로겔 보호층이 탈착되는 것을 확인하였다.More specifically, in a thin hydrogel protective layer, the pressure due to bubble expansion is concentrated on the interface between the hydrogel protective layer and the device. Therefore, when the maximum pressure (P max ) due to bubble expansion is greater than the bonding strength between the hydrogel protective layer and the electrode interface, there is a problem in that the hydrogel protective layer is detached. In this case, there is a problem in that the electrode surface is damaged within a few hours, and the current also rapidly decreases. 14 and 15, when including a hydrogel protective layer having a thickness of 100 μm, it can be confirmed that the hydrogel protective layer is detached from when J ph /J 0 is about 80%, but the thickness of 200 μm In the case of including a hydrogel protective layer, it was confirmed that the hydrogel protective layer was desorbed from when J ph /J 0 was about 50%.

또한, 두께가 두꺼운 하이드로겔 보호층에서는 소자에서 생성된 기포가 하이드로겔에 갇힌 상태로 축적된다. 이렇게 갇힌 기포에 크기가 증가함에 따라 전류가 감소하는 문제가 있다. 도 16을 참조하면, 하이드로겔 보호층의 두께가 약 1,200 ㎛인 경우, Jph/J0이 약 80%인 경우부터 표면에 기포가 축적되는 것을 확인할 수 있다.In addition, in the thick hydrogel protective layer, the bubbles generated in the device are accumulated in the hydrogel trapped state. There is a problem in that the current decreases as the size of the trapped bubble increases. Referring to FIG. 16 , when the thickness of the hydrogel protective layer is about 1,200 μm, it can be confirmed that air bubbles are accumulated on the surface from when J ph /J 0 is about 80%.

결론적으로, 도 17 및 도 18을 참조하면, 하이드로겔 보호층의 두께가 일정 범위 내에 있을 때, 하이드로겔 보호층의 탈착을 방지함과 동시에 표면에 기포가 축적되는 것을 방지하여 우수한 안정성을 가지는 전극을 제조할 수 있다.In conclusion, referring to FIGS. 17 and 18 , when the thickness of the hydrogel protective layer is within a certain range, the electrode having excellent stability by preventing the desorption of the hydrogel protective layer and at the same time preventing bubbles from accumulating on the surface can be manufactured.

요약하면, 본 발명에서 제안한 전극은 표면에서 생성되는 수소 기포의 빠른 탈착을 유도함과 동시에 구조적, 물리적인 보호를 통하여 안정성이 향상된 전극을 구현하여 그 성능을 입증하였으며, 기존 발명보다 더 우수한 성능을 가짐을 확인할 수 있다.In summary, the electrode proposed in the present invention has demonstrated its performance by implementing an electrode with improved stability through structural and physical protection while inducing rapid desorption of hydrogen bubbles generated from the surface, and has better performance than the existing invention. can confirm.

Claims (21)

투명 전극층;
상기 투명 전극층 상에 위치하는 촉매 물질층;을 포함하는 가스 발생 전극 및
상기 가스 발생 전극을 덮는 하이드로겔 보호층;을 포함하며,
상기 하이드로겔 보호층은 가스 발생 전극 상에 등각적으로 결착된 것인, 전기화학 전극.
transparent electrode layer;
A gas generating electrode comprising; a catalyst material layer positioned on the transparent electrode layer; and
Includes; hydrogel protective layer covering the gas generating electrode;
The hydrogel protective layer is conformally bound on the gas generating electrode, the electrochemical electrode.
제1항에 있어서,
상기 투명 전극층과 촉매 물질층 사이에 광흡수층 및 전하전달층을 포함하는, 전기화학 전극.
According to claim 1,
An electrochemical electrode comprising a light absorption layer and a charge transport layer between the transparent electrode layer and the catalyst material layer.
제2항에 있어서,
상기 광흡수층은 전이후금속, 준금속 및 전이금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는, 전기화학 전극.
3. The method of claim 2,
The light absorption layer comprises a material selected from the group consisting of post-transition metals, metalloids and transition metals, electrochemical electrode.
제2항에 있어서,
상기 전하전달층은 금속 또는 금속 산화물을 포함하는, 전기화학 전극.
3. The method of claim 2,
The charge transport layer comprises a metal or metal oxide, electrochemical electrode.
제1항에 있어서,
상기 촉매 물질층은 금속 및 이의 산화물, 질화물, 산질화물, 카바이드, 황화물, 인화물 및 합금으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 촉매를 포함하는, 전기화학 전극.
According to claim 1,
The catalytic material layer is an electrochemical electrode comprising at least one catalyst selected from the group consisting of metals and their oxides, nitrides, oxynitrides, carbides, sulfides, phosphides, and alloys.
제1항에 있어서,
상기 하이드로겔 보호층의 두께는 10 내지 2,000 μm 인, 전기화학 전극.
According to claim 1,
The thickness of the hydrogel protective layer is 10 to 2,000 μm, the electrochemical electrode.
제1항에 있어서,
상기 하이드로겔 보호층의 기공 직경은 1 내지 1,000 nm인, 전기화학 전극.
According to claim 1,
The pore diameter of the hydrogel protective layer is 1 to 1,000 nm, the electrochemical electrode.
제1항에 있어서,
상기 가스 발생 전극의 표면은 상기 촉매 물질층이 위치하는 제1영역과, 상기 촉매 물질층이 위치하지 않는 제2영역을 포함하는, 전기화학 전극.
According to claim 1,
The surface of the gas generating electrode comprises a first region in which the catalytic material layer is located and a second region in which the catalytic material layer is not located.
제1항에 있어서,
상기 하이드로겔 보호층은 상기 가스 발생 전극의 표면과 공유결합된, 전기화학 전극.
According to claim 1,
The hydrogel protective layer is covalently bonded to the surface of the gas generating electrode, electrochemical electrode.
제1항에 있어서,
상기 하이드로겔 보호층은 전하를 가지는 다량체를 포함하는, 전기화학 전극.
According to claim 1,
The hydrogel protective layer is an electrochemical electrode comprising a multimer having an electric charge.
제1항에 있어서,
상기 하이드로겔 보호층은 rs 값이 0.2 mm 이하일 때, Pmax/Pf 값이 1 이하가 되는 강성 및 연성을 가지는, 전기화학 전극.
(여기서 rs는 하이드로겔의 초기 균열의 반지름, Pmax는 기포가 팽창함에 따라 하이드로겔에 가해지는 최대 압력, Pf는 하이드로겔의 균열을 위해 필요한 임계 압력을 의미한다.)
According to claim 1,
The hydrogel protective layer has a rigidity and ductility such that when the rs value is 0.2 mm or less, the P max /P f value is 1 or less, the electrochemical electrode.
(Where rs is the radius of the initial crack of the hydrogel, P max is the maximum pressure applied to the hydrogel as the bubble expands, and P f is the critical pressure required for cracking of the hydrogel.)
제11항에 있어서,
상기 하이드로겔 보호층과 가스 발생 전극의 결합 강도가 Pmax보다 강한, 전기화학 전극.
12. The method of claim 11,
The bonding strength of the hydrogel protective layer and the gas generating electrode is stronger than P max , the electrochemical electrode.
(a) 알콕시알코올계 용매를 포함하는 제1액을 제조하는 단계;
(b) 메르캅토 산계 용매 및 알칸올아민계 용매를 포함하는 제2액을 제조하는 단계;
(c) 상기 제1액 및 제2액을 혼합한 혼합액을 투명 전극층에 도포하여 광흡수층을 형성하는 단계;
(d) 상기 단계 (c)에서 형성된 광흡수층 상에 전하전달층을 형성하는 단계;
(e) 상기 단계 (d)에서 형성된 전하전달층 상에 촉매 물질층을 형성하는 단계; 및
(f) 상기 단계 (c) 내지 (e)에서 형성된 광흡수층, 전하전달층 및 촉매 물질층을 포함하는 가스 발생 전극을 덮는 하이드로겔 보호층을 형성하는 단계;를 포함하는 전기화학 전극의 제조방법.
(a) preparing a first liquid containing an alkoxyalcohol-based solvent;
(b) preparing a second liquid comprising a mercapto acid-based solvent and an alkanolamine-based solvent;
(c) forming a light absorption layer by applying a mixture of the first liquid and the second liquid to the transparent electrode layer;
(d) forming a charge transfer layer on the light absorption layer formed in step (c);
(e) forming a catalyst material layer on the charge transport layer formed in step (d); and
(f) forming a hydrogel protective layer covering the gas generating electrode including the light absorption layer, the charge transfer layer and the catalyst material layer formed in the steps (c) to (e); .
제13항에 있어서,
상기 메르캅토 산계 용매는 메르캅토아세트산, 메르캅토프로피온산, 메르캅토부티릭산, 메르캅토헥사노익산, 메르캅토옥타노익산, 메르캅토데카노익산 및 메르캅토도데카노익산으로 이루어지는 군으로부터 선택되는, 전기화학 전극의 제조방법.
14. The method of claim 13,
The mercapto acid-based solvent is selected from the group consisting of mercaptoacetic acid, mercaptopropionic acid, mercaptobutyric acid, mercaptohexanoic acid, mercaptooctanoic acid, mercaptodecanoic acid and mercaptododecanoic acid, A method for manufacturing an electrochemical electrode.
제13항에 있어서,
상기 알칸올아민계 용매는 NH2-(CH2)m-OH(m은 1 내지 4의 정수)의 화학식으로 표시되는 화합물인, 전기화학 전극의 제조방법.
14. The method of claim 13,
The alkanolamine-based solvent is a compound represented by the formula of NH 2 -(CH 2 ) m -OH (m is an integer of 1 to 4), a method of manufacturing an electrochemical electrode.
제13항에 있어서,
상기 제2액의 메르캅토 산계 용매 및 알칸올아민계 용매의 몰비는 18:1 내지 20:1인, 전기화학 전극의 제조방법.
14. The method of claim 13,
The molar ratio of the mercapto acid-based solvent and the alkanolamine-based solvent of the second liquid is 18:1 to 20:1, the method of manufacturing an electrochemical electrode.
제13항에 있어서,
상기 (c) 단계는, 상기 혼합액을 투명 전극층에 코팅하고, 불활성 가스 분위기에서 어닐링하는 것인, 전기화학 전극의 제조방법.
14. The method of claim 13,
In the step (c), the mixed solution is coated on the transparent electrode layer and annealed in an inert gas atmosphere, the method of manufacturing an electrochemical electrode.
제13항에 있어서,
상기 (d) 단계에서, 전하전달층은 원자층 증착법(Atomic layer deposition; ALD)으로 형성되는, 전기화학 전극의 제조방법.
14. The method of claim 13,
In the step (d), the charge transport layer is formed by atomic layer deposition (ALD), the method of manufacturing an electrochemical electrode.
제13항에 있어서,
상기 (e) 단계 후에, 3-(트리메톡시실릴)프로필메타크릴레이트 또는 알콕시실란아민으로 가스 발생 전극의 표면을 개질하는 단계를 더 포함하는, 전기화학 전극의 제조방법.
14. The method of claim 13,
After the step (e), 3- (trimethoxysilyl) propyl methacrylate or alkoxysilane amine further comprising the step of modifying the surface of the gas generating electrode, the electrochemical electrode manufacturing method.
제13항에 있어서,
상기 (f) 단계에서, 상기 하이드로겔 보호층은 아민기를 포함하는 중합성 단량체 및 다관능성 단량체를 중합하여 제조된, 전기화학 전극의 제조방법.
14. The method of claim 13,
In the step (f), the hydrogel protective layer is prepared by polymerizing a polymerizable monomer and a polyfunctional monomer containing an amine group, the method for producing an electrochemical electrode.
제1항에 따른 전기화학 전극을 사용하여 수소, 산소, 질소 및 염소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 가스를 제조하는 방법.A method for producing a gas selected from the group consisting of hydrogen, oxygen, nitrogen and chlorine using the electrochemical electrode according to claim 1 .
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