고엔트로피 금속간 화합물 촉매 활성 증진

고효율 산소 환원 반응(ORR)을 위한 고활성, 저비용, 고내구성 촉매 개발은 양성자 교환막 연료전지(PEMFC)의 상용화를 저해하는 난제로 남아있습니다. 특히 효율적인 ORR 촉매의 제한적인 가용성은 PEMFC의 실질적인 적용을 가로막고 있습니다. 본 연구는 이러한 문제 해결을 위해 고엔트로피 금속간 화합물 촉매의 잠재력을 탐구합니다. 본 연구에서는 Pt 역위점 결함(antisite point defects)을 포함하는 정렬된 PtZnFeCoNiCr 고엔트로피 금속간 전기촉매(PD-PZFCNC-HEI)를 합성했습니다. 이 촉매는 ORR에서 상용 Pt/C 대비 33배 높은 4.12 A mgPt-1의 질량 활성을 보였습니다. PD-PZFCNC-HEI를 음극으로 사용한 PEMFC는 1.9 W cm-2의 최대 전력 밀도와 0.9 V에서 3.0 A mgPt-1의 높은 질량 활성을 나타냈습니다. 이론 계산과 현장 X-선 흡수 미세 구조 분석 결과, 결함 공학(defect engineering)이 Pt의 전자 구조를 최적화하고 비귀금속 활성 중심을 활성화하여 탁월한 ORR 촉매 활성을 달성함을 확인했습니다. 이는 Pt 기반 고엔트로피 금속간 화합물의 촉매 활성이 역위점 결함 조절을 통해 크게 향상될 수 있음을 시사합니다. 본 연구는 나노구조 정렬 고엔트로피 금속간 촉매 개발에 중요한 지침을 제공하며, PEMFC의 상용화를 위한 고효율 ORR 촉매 개발에 기여할 것으로 기대됩니다.