LaCoO3 페로브스카이트 산화물의 산소발생반응 시 표면 비정질화 현상 원자단위 직접 관찰

Abstract

산소발생반응은 수전해, 금속-공기 전지 등 친환경적인 에너지 생산 및 저장 소자를 구동 시키기 위한 핵심적인 반응이다. 촉매에 높은 과전압으로 오랜 시간동안 산소발생반응이 진행되면 표면의 격자가 붕괴되어 비정질화가 되면서 촉매의 안정도가 떨어진다는 사실이 보고되고 있지만, 이러한 과정을 직접적으로 관찰하여 체계적으로 밝혀낸 연구는 아직까지 존재하지 않는다. 본 연구에서는 대표적인 페로브스카이트 산화물 촉매인 LaCoO3 박막과 투과전자현미경을 이용하여 원자단위로 산소발생반응에 의한 표면 변화를 전위와 시간에 따라 체계적으로 관찰하였다. 그 결과 산소발생반응이 발생하자 마자 표면의 코발트 양이온이 전해질에 용출되는 현상과 특정 전위와 시간에서 두꺼운 비정질층이 형성되는 것을 관찰하였고, 이 비정질층의 상이 박막 내부의 격자구조와 다르다는 것을 관찰하였다. 본 연구를 통해 산화물 촉매에서 산소발생반응 시 표면 비정질화 메커니즘을 구체적으로 제안하고, 이를 통해 안정성을 개선한 전기화학촉매의 설계가 가능할 것으로 보인다.