양성자 교환막 전해용 초박막 고엔트로피 산화물

양성자 교환막 수전해(PEMWE) 시스템에서 효율적인 루테늄 기반 양극 촉매 개발은 매우 중요하다. 본 연구는 나노미터 두께의 루타일 구조 고엔트로피 산화물(RuIrFeCoCrO2)을 합성하는 새로운 자가 조립 기술을 제시한다. 이 기술은 공기-용융염 계면에서 나노 이온의 자가 조립 및 산화를 통해 1 nm 두께의 RuIrFeCoCrO2를 성공적으로 제조한다. 합성된 RuIrFeCoCrO2는 10 mA cm-2에서 185 mV의 낮은 과전압을 보이며, 산성 전해질 환경에서 1000시간 이상 높은 활성을 유지한다. 이는 흡착 진화 메커니즘을 통해 이루어진다. 촉매 내 각 원소의 역할을 분석한 결과, Cr, Co, Ir 원소가 촉매 활성에 기여하며, 특히 Cr 원자는 Ru-O 결합의 공유성을 약화시켜 촉매 안정성을 향상시키는 것으로 확인되었다. 이 촉매를 적용한 PEM 전해조는 1 A cm-2의 높은 전류 밀도에서도 600시간 이상 안정적으로 작동한다. 본 연구에서 시연된 나노 이온 자가 조립 방식은 다양한 고엔트로피 물질의 정밀 제어 합성을 위한 효과적인 경로를 제공하며, 차세대 수전해 기술 발전에 크게 기여할 것으로 기대된다.