본 기술은 박리된 MnO2, TiO2, RuO2 등 금속 산화물 나노시트의 양면에 메조동공 탄소층을 고정한 샌드위치형 하이브리드 2차원 나노시트를 포함하는 복층 나노시트 구조체입니다. 탄소층이 고정되면서 금속 산화물 속 금속 양이온 일부가 환원되어 전자 전달과 촉매 활성이 높아집니다.
기존에는 메조동공 탄소나 금속 산화물을 각각 단독으로 촉매로 사용했는데, 전기촉매 활성이 낮고 전자 전달 속도가 제한되었습니다. 또한 전기화학 반응이 반복되는 동안 구조가 불안정해져 내구성이 부족한 문제가 있었습니다.
본 기술은 나노시트 양면에 메조동공 실리카층을 먼저 고정하고 페놀 포름알데하이드나 리그닌 같은 탄소 전구체를 입혀 환원 분위기에서 탄화한 다음, 알칼리 용액으로 실리카를 식각해 5~30 nm 두께의 메조동공 탄소층을 남깁니다. 탄소와 산화물 사이의 강한 계면 전자 결합으로 Mn3+ 등 활성점이 생기고, 나노시트들이 카드집 형태로 쌓여 넓은 표면적과 기공 부피를 확보합니다. 금속-공기 전지 공기극, 연료전지 산소 환원 반응(ORR) 촉매, 슈퍼커패시터 전극에 적용될 수 있어 귀금속 백금을 대신할 저가 망간 기반 ORR 촉매로 활용하면서 장시간 구동 내구성을 확보할 수 있습니다.
본 발명은 과학기술정보통신부의 혼성계면화학구조연구센터 지원을 통해 개발되었습니다.
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