MXene 기반 NiFe 황화물 해수 전기분해
음이온 교환막 해수 전기분해(AEMSE)는 미래의 대규모 청정 수소 생산에 필수적이지만, 고안정성 산소 발생 반응(OER) 촉매 부재라는 큰 난관에 직면해 있습니다. 특히 해수 환경에서는 촉매의 안정성 확보가 매우 중요합니다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하기 위해 고성능 OER 전기촉매를 개발했습니다. 본 연구에서는 MXene(Ti3C2)과 NiFe 황화물((Ni,Fe)S2)을 통합한 (Ni,Fe)S2@Ti3C2 복합체를 개발했습니다. (Ni,Fe)S2와 Ti3C2 간의 강한 상호작용은 전자 분포를 유도하여 격자 산소 메커니즘을 활성화하고 고유 활성을 향상시킵니다. 특히, Ti-O-Fe 결합을 통해 OER 과정 중 Fe 종의 용해를 효과적으로 억제하여 뛰어난 안정성을 확보했습니다. (Ni,Fe)S2@Ti3C2는 해수 시스템에서 1.598 V@2 A cm-2의 높은 OER 활성과 1000시간의 장기 내구성을 달성했습니다. 또한, 황산염의 우수한 유지력과 Ti3C2의 풍부한 작용기는 Cl- 저항성을 효과적으로 제공합니다. 이를 통해 산업 전류 밀도(0.5 A cm-2) 및 내구성(500시간)을 갖춘 AEMSE를 구현했으며, 70%의 전기분해 효율과 48.4 kWh kg-1 H2의 에너지 소비를 보였습니다. 이 연구는 해수 전기분해를 통한 청정 수소 생산 기술 발전에 중요한 기여를 합니다. MXene과 NiFe 황화물의 통합은 OER 효율과 안정성을 크게 향상시켜 에너지 부족 문제를 해결하는 데 기여할 것으로 기대됩니다.