Morphology Controlled Synthesis of Nanostructured Cupric Oxide Electrodes for (Photo)Electrochemical Production of H₂ and NH₃

Abstract

본 연구에서는 에틸렌글리콜에틸렌글리콜(EG)과 시트르산시트르산(CA)의 몰비 변화를 하여 나노입자구조 (np-CuO), 속이 빈 구체 구조 (hs-CuO), 속이 빈 튜브 구조 (ht-CuO)의 3가지 다른 형태 를 가지 는 산화구리 전극을 손쉬운 Pechini 방법 로 합성하는데 성공하였습니다성공하였습니다. 합성된 세 개의 산화구리 전극은 광전기화학적 물 분할분할(PEC 물 분할분할) 및 전기화학적 NOx 환원반응반응(전기화학적 NOxRR)을 위해 사용되었습니다사용되었습니다. 스핀 코팅 기법을 사용하여 세 개의 산화구리 전극이 FTO 기판 위에 균일하게 증착되었습니다. 첫번째로 세 개의 산화구리 전극은 인공태양광 하에서 np-CuO 전극 은 5.44 mA/cm2, hs-CuO 전극 은 3.52 mA/cm2, ht-CuO 전극 은 은 2.87 mA/cm2 광전류 밀도를 달성하였습니다달성하였습니다. 또한 전기화학적 NOxRR은 형태별로 NOx RR의 특성을 나타냈습니다나타냈습니다. 세 개의 CuO 전극의 NOxRR에 대한 패러데이 효율효율(FE) 및 NH3 수율은 np-CuO 전극 의 FE가 29%, NH3 수율은 3.5 μμmol/h∙cm2, hs-CuO 전극 의 FE가 28%, NH3 수율은 2.4 μμmol/h∙cm2, ht-CuO 전극 의의 FE가 28%, NH3 수율은 23 μμmol/h∙cm2입니다. 따라서따라서, np-CuO는 높은 FE와 NH3 수율을 갖는 세 개의 CuO 전극 중 가장 우수하며우수하며, 형태학적 제어 효과를 나타냅니다나타냅니다. 마지막으로마지막으로, CuO 나노와이어와 가장 특성이 좋은 나노입자구조를 2단계 솔루션 방법 을 사용하여 헤테로구조 를 합성하였 으며으며, 88 % 0.33 mmol/h∙cm2의 FE 및 NH3 수율 을 크게 개선 하였습니다하였습니다. 이러한 결과는 본 연구에서 사용된 간단한 Pechini 방법 을 이용한 산화구리 가 EG와 CA의 몰비 에 따라 형 태가 변화하게 되며되며, 활성 표면적을 포함한 PEC 물분할과 전기화학적 NOxRR 활성에 중요한 역할을 하 고 다양한 분야에 적용이 가능하다는 것을 보여줍니다보여줍니다.