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페로브스카이트 산화물로부터의 금속 나노입자를 용리하여 금속-산화물 복합촉매를 형성하는 기술은 산화물 표면에 금속 나노 입자가 균일하게 분포된 전기화학적 촉매를 설계하는데 활용되어 왔다. 본 연구에서는 페로브스카이트 형상에 따른 Ni 나노입자의 용리 및 산소발생반응 촉매 활성에미치는 영향을 조사하기 위해 정육면체 및 구형 Ni-doped CaTiO3를 합성하였다. 이전 연구를 통해 용매열 합성법에 의해 합성된 Ni-doped CaTiO3는 A-site에 Ni 이온들이 위치하는 것으로 나타났으며, 형성된 A-site 빈자리에 의해 OH–이 직접 치환되어 수화됨을 확인하였다. Ni 나노입자가 용리된 구형 입자는 Ni 나노 입자가 무작위로 분포되어 있는 반면, 큐브형상 입자는 가장자리를 따라 Ni 나노 입자가 용리되는 차이를 보여주었다. 소량의 Ni 함량(~4 mol%)을 가지는 구형및 큐브형상 촉매의 전류 밀도는 각각 1.7 V에서 ~10 mA cm–2 및 ~7 mA cm–2로 확인되었다. Tafel slope로부터 CaTiO3지지체의 A-site 빈자리 및 산소 화학량론비가 산소발생반응 중 양성자전도 측면에서 탈양성자 단계에 영향을 미칠 수 있다고 사료된다.
Metal exsolution from perovskite oxides has been used to produce well-designed electro-catalysts where metal nanoparticles are homogeneously distributed on the surface of perovskites. In this study, we prepare cuboidal and spherical Ni-doped CaTiO3 to investigate the effects of the different perovskite morphologies on Ni exsolution and catalytic activity for OER. Ni ions seem to be incorporated into the A-site of CaTiO3 with structural OH ions via solvothermal route, and the stoichiometry of spheres and cubes were confirmed as (Ca0.82Ni0.04)Ti1O2.63(OH)0.46 and (Ca0.90Ni0.04)Ti1O2.88(OH)0.12, respectively. The spheres show random distribution of Ni nanoparticles along grain boundaries, whereas Ni nanoparticles are exsolved along the edges in the cubes. With the small amount of Ni contents (~4 mol%), geometric current density of each sphere and cube exhibits comparable OER activities of ~10 mA cm–2 and ~7 mA cm–2 at 1.7 V to previously reported catalysts such as transition metals or perovskites. We suppose from Tafel slope that different A-site and oxygen stoichiometry of the CaTiO3 may affect deprotonation step during OER in terms of proton conduction.
