$LaNiO_3$와 $LaCoO_3$의 B site 원소 치환에 따른 산소발생반응 활성도 변화

Abstract

물 분해 반응에 있어 산소발생반응은 율속단계로써, 많은 연구가 진행되어 왔다. 알칼리 용액에서의 산소발생반응에 있어 $LaMeO_3$ (Me= Sc-Cu) 중에 $LaNiO_3$는 가장 좋은 촉매로 알려져 왔다. 하지만 $e_g$ 오비탈 전자 수나, hybridization 정도가 다른 3+ 가의 이온들을 Ni 자리에 도핑함으로써 더욱 개선될 여지가 있기 때문에 졸-겔 스핀코팅 방법을 이용하여 $LaNiO_3$ (001) 박막에 7개의 원소를 도핑하며 산소발생반응 활성도 변화를 관찰하였다. 관찰결과 hybridization 정도를 높여주는 Al, Cr, Fe, Co가 $LaNiO_3$ 박막의 산소발생반응 효율을 증가시키고, Sc, Mn, In은 효율을 감소시킨다는 것을 알게 됐다. 추가적으로 $LaCoO_3$의 경우 $LaNiO_3$ 보다 떨어지는 전기전도도만 개선해줄 수 있다면 $LaCoO_3$가 $LaNiO_3$ 보다 촉매적인 측면만으로는 10배 더 우수함을 기존 연구들과 전혀 다른 결과를 얻을 수 있었다. 마지막으로 $LaCoO_3$에도 7개의 도핑 물질을 도핑함으로써 촉매 효율 변화를 관찰하였지만, 긍정적 효과를 주는 도핑 물질을 없었다.