21세기의 뫼스바우어분광학 I
저자약력 민성욱 박사는 University of Florida 재료공학과에서 2013년 박사학위를 받은 후 LG화학 기술연구소 연구원을 거쳐 현재 한국생산기술연구원에서 선임연구원으로 재직 중이며, 수전해, 차세대 전지 재료와 소자 연구를 수 행하고 있다.([email protected])수소에너지 촉매 개발과 뫼스바우어 분석
DOI: 10.3938/PhiT.28.030민 성 욱
REFERENCES[1] M. Josué et al., Adv. Inog. Chem. 74, 241 (2019). [2] Y. Cheng et al., Pro. Nat. SCI-Mater. 25, 545 (2015). [3] F. Li et al., Nanoscale 10, 6235 (2018).
[4] Y. Wang et al., Electroanalysis 31, 1026 (2019). [5] https://www.knrec.or.kr/main/main.aspx.
[6] http://www.hani.co.kr/arti/economy/marketing/878848.html.
Electrocatalyst for the Oxygen Evolution Reaction:
Mössbauer Spectroscopy
Sungwook MIN
Increasing energy demands, excessive usage of fossil fuels and related global warming have prompted extensive research on renewable energy systems utilizing solar energy. Unfortunate- ly, large power output can only be achieved by using large solar panel due to low availability characterized by the inter-mittent nature of solar energy, which depends on the time of day, the season and the geographic location. Also, electricity scavenged from solar energy requires a storage system such as supercapacitors or secondary batteries. Alternatively, the use of solar energy to drive water electrolysis is efficient in
that hydrogen (H2) as the final product can be stored
indef-initely in the form of chemical fuels and, therefore, can be directly used in fuel cells. In this paper, the worldwide effort to develop a hydrogen economy system is introduced, and a brief summary of recent trends in hydrogen electrolysis is presented. Also, because of importance of exploring an effi-cient oxygen evolution reaction (OER) catalyst for hydrogen production via alkaline electrolysis, an investigation on the reaction mechanism of an OER catalyst by using Mössbauer spectroscopy is discussed.
들어가는 말
에너지 소비 증가로 인한 과도한 화석연료 사용은 환경문제 를 야기할 수 있는 온실 가스 배출이라는 문제점을 낳고 있 다.[1-3] 이러한 문제를 해결하기 위해 친환경·청정 에너지원이자 기존 화석연료를 대체할 수 있는 신재생 에너지의 중요성이 부각되고 있다.[4] 신재생 에너지란 신에너지와 재생에너지를 포함하는 용어로서 신재생에너지 개발 및 이용·보급촉진법 제2 조에 의해 태양열, 태양광발전, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지 열, 해양에너지 및 폐기물에너지의 8개 분야와 연료전지, 석탄 액화·가스화 및 수소에너지 3개 분야로 이루어져 있다.[5] 신재 생에너지 분야 중 수소에너지는 자원적인 제약이 없고 무해하 며 수소의 형태로 에너지 저장 및 사용이 용이하여 이를 기반 으로 하는 산업생태계 조성을 위해 세계 각국이 공격적 투자 를 확대하고 있다. 일본은 2011년 후쿠시마 원자력 발전소 사 고 뒤 ‘자립형 에너지’ 공급을 내세우며 수소경제 육성을 시작 하여 2017년에 채택된 ‘수소 기본전략’을 바탕으로 2030년까 지 수소차 80만 대 생산, 수소충전소 900곳 설치를 계획하고 있고 미국은 캘리포니아주 정부를 중심으로 풍력발전을 통한 잉여전력과 천연가스 인프라를 활용하여 수소를 생산/공급하는 ‘Wind2H2’ 프로젝트를 통해 2030년까지 수소차 100만 대 생 산과 수소충전소 1천 곳 설치를 목표로 하고 있다. 독일은 태 양광풍력을 통한 잉여전력을 이용하여 수전해 기반 수소생산을 할 수 있는 세계 최대 규모 시설을 2020년까지 건설할 계획을 세우고 있으며 2030년까지 수소차 180만 대와 수소충전소 1000여 곳을 설치한다는 목표를 가지고 있으며, 중국 역시 제 조업 프로젝트 ‘중국 제조 2025’에 신에너지 자동차를 육성 산 업으로 지원하고 2030년까지 수소차 100만 대와 수소충전소 1천 곳을 세우는 목표를 하고 있다.[6] 국내에서는 제3차 에너 지기본계획을 발표를 통해 수소경제 활성화 정책을 통해 수소 를 중요한 에너지원으로 활용해, 산업혁신과 온실가스 감축을 위한 새로운 모멘텀을 확보한다는 계획으로 중장기 수전해 및Fig. 1. Conceptual diagram of hydrogen economy.[7] REFERENCES [7] http://www.gasnews.com/news/articleView.html?idxno= 87482. [8] http://www.korea.kr/special/policyCurationView.do?newsId= 148857966. [9] http://www.epnnews.com/news/articleView.html?idxno= 1931. [10] http://www.korea.kr/news/pressReleaseView.do?newsId= 156313559.
[11] YongKeun Kwon et al., Trends in Metals & Materials Engi- neering 28(4), 4 (2015).
[12] Sang-beom Han, Prospectives of Industrial Chemistry 21(3), 1 (2018). 해외 수소생산수입 등 수소생산 공급체계를 구축한다는 목표를 가지고 있다.[8] 이처럼 각국은 온실가스 감축, 일자리 창출 및 미래의 먹거리 창출을 위해 수소경제시장 선점을 위한 치열한 경쟁을 진행하고 있다. 수소경제사회의 활성화 및 상업화의 촉 진을 위해서는 수소생산·저장·수송·활용 등의 면밀한 기술검토 진행과 함께 경제성 확보가 필요하다.[9] 이를 위해 저렴한 비 용으로 수소를 생산해, 소비지역까지 수소를 운송하고 다양한 활용 처에 공급할 수 있는 것에 초점을 맞추고 있다. 국내 수소경제 활성화 로드맵에 따르면, 수소생산의 경제성 확보 및 그린수소 산유국 도약을 위해 MW급 재생에너지 연계 수전해 기술 확보 및 태양광풍력 발전 연계 수소 대량생산 추 진 계획을 발표하였으며 대량 안정적 공급으로 수소 가격을 3,000원/kg 이하를 목표로 제시하고 있다.[10] 상기 언급된 수 전해(water electrolysis)는 물의 전기 분해반응으로 반응식은 다음과 같다. 산화 전극: H2O → 2H＋ 2e‒ 1/2 O2 (1.1) 환원 전극: 2H＋ 2e‒ → H2 (1.2) 전체 반응: H2O → H2 1/2 O2, o 1.23 V (1.3) 상기 식 (1)과 같이 산화전극(1.1)에서는 산화 반응이 일어나 산소가 발생하고, 환원전극(1.2)에서는 환원반응이 일어나 수소 가 발생하는 메커니즘을 갖는다.[11] 수전해는 현재의 수소 수요 생하는 부생가스, 바이오 매스 가스화, 신재생에너지를 이용한 수전해 등의 다양한 방법이 있다. 국내에서는 석유화학공정에 서 발생하는 부생가스가 비교적 많은 편이지만, 청정에너지 관 점에서 태양 및 풍력에너지를 연계할 수 있는 수전해 기술 개 발이 필수적이다. 수전해 기술은 전해질의 종류에 따라 알칼라 인 수전해, 고체 산화물 수전해 및 고분자 전해질막 수전해로 분류된다.[12] 고분자전해질 수전해법은 수소이온이 이동할 수 있는 듀퐁사의 나피온과 같은 양이온 교환막을 전해질로 이용 하여 물을 전기분해하는 방법이다. 양이온 교환수지는 수소이 온이 잘 해리될 수 있는 구조로써, 강한 산성분위기의 전해질 이다. 이때 전해질의 강한 산성으로 인해 저가의 전이금속은 안정하지 못해 사용하기 어렵기 때문에 환원전극은 주로 카본 블랙에 백금을 담지한 촉매, 그리고 산화전극은 주로 이리듐산 화물 촉매가 사용되고 있다. 고분자 전해질 수전해법은 고가의 귀금속 촉매를 사용하기 때문에 초기 투자비용이 알칼리 수전 해보다 많이 든다는 단점이 있다. 고체산화물 수전해법은 산소 음이온이 고체결함 등을 통해 이동할 수 있는 고체산화물을 전해질로 사용한다. 기체 상태의 수증기를 분해하기 때문에 상 변화로 인한 잠열이 필요 없어서 에너지 효율이 80% 이상으 로 높고, 전류밀도도 1 A/cm2로 비교적 높은 편이다. 하지만 시동시간이 수시간 이상으로 길고, 단위셀이나 소형 스택을 이 용한 연구수준으로 아직까지 상용화에 성공하지 못했다. 알칼 라인 수전해(Alkaline Electrolysis)는 다공질 격막에 의해 산화
21세기의 뫼스바우어분광학 I
Fig. 2. Roadmap towards a hydrogen economy.[10]
구분 고분자전해질막 수전해 알칼리 수전해 고체산화물 수전해 전해질 양이온교환막(Nafion 등) 알칼리 용액 (격막+25~30% KOH 등) 이온전도성 고체산화물 (YSZ 등) 촉매 Pt, Ir 등 Ni/Fe 등 Ni 도핑 세라믹 등 작동온도 (℃) 50~80 60~90 700~1,000 작동압력 (bar) 20~448 10~30 1~15 전류밀도 (A․cm-2) 2~3 0.25~0.45 0.3~1.0 시동 소요시간 ＜ 10 s 1~5 min 15 min 스택효율 (%, LHV) 60~68 63~71 100 시스템효율 (%, LHV) 46~60 51~60 76~81 에너지소비 (kWh ․Nm-3) 5.0~6.5 5.0~5.9 3.7~3.9 최대전력 (kW, 스택당) 6,000 2,000 ＜ 10 내구성 (×1,000 h) 60~100 55~120 8~20 초기비용 (€․kW-1) 1,400~2,100 800~1,500 2,000 유지비용 (%/yr) 3~5 2~3 n/a
Table 1. Different types of water electrolysis.[12]
전극과 환원전극이 분리되며, 일반적으로 수산화나트륨이나 수 산화 칼륨 수용액을 전해질로 사용한다. 알칼라인 수전해는 비 교적 높은 이온전도도로 인해 전류밀도가 최대 0.45 A/cm2이 고 알칼리 전해질의 혼합으로 수소의 순도가 상대적으로 낮은 편이다.[12] 하지만, 알칼리 전해질에는 안정한 전이금속(니켈, 코발트, 은 등)이 전극촉매로 사용할 수 있는 장점이 있다. 이 로 인해 표 1과 같이 알칼리 수전해는 초기비용이 가장 적다 는 장점이 있어 20세기 초부터 MW급 수소발생장치에 적용되 어 왔으며 이를 통해 상업화 제품을 판매하고 있는 안정화된 기술이다.[12] 현재 상용화에 돌입한 알칼라인 수전해는 향후 대 용량 수소저장, 수소충전소 등 상업적 발전가능성이 높아 생산 단가를 낮추고 안정성을 높이는 연구가 활발히 진행되고 있 다.[12] 이러한 알칼라인 수전해법의 생산단가를 낮추기 위해서 는 최대한 낮은 전기에너지로 많은 양의 산소를 발생하는 것 이 필요하다. 따라서 인가하는 전기에너지를 최소화할 수 있는 산소발생 촉매(Oxygen Evolution Reaction, OER)의 개발이 필요하다.
철계 화합물 기반 산소 발생 촉매 및 뫼스바우어 분석
물 전기분해를 통해 전기에너지를 물 분자에 인가하면 수소 와 산소 분자가 생성되는데 이들의 전체 반응은 식 (1)에서 보 는 바와 같이 수소발생반응(Hydrogen Evolution Reaction,REFERENCES
[13] http://rnd.compa.re.kr/web/saleTech/saleTechSearchView. do?itgrtTechNo=14675.
[14] M. Wohlfahrt-Mehrens et al., J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem. 237, 251 (1987).
[15] R. Kötz et al., Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem.
172, 211 (1984).
[16] https://www.mpie.de/2973230/Oxygen-Reduction-Reaction. [17] P. Rüetschi et al., J. Chem. Phys. 23, 556 (1955). [18] S. Trasatti, Electrochim. Acta 29, 1503 (1984).
[19] S. Trasatti, J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem. 111, 125 (1980).
[20] S. Anantharaj et al., Mater. Today Energy 6, 1 (2017). [21] M. S. Burke et al., J. Am. Chem. Soc. 137, 3638 (2015). [22] D. A. Corrigan, J. Electrochem. Soc. 134, 377 (1987). [23] M. S. Burke et al., Chem. Mater. 27, 7549 (2015). [24] H. Bandal, J. Power Sources 395, 106 (2018). Fig. 3. Comparing ideal and real currents for oxygen evolution and
oxygen reduction reaction.[16]
HER)과 산소발생반응의 두 가지 반쪽 반응으로 이루어져 있 다.[13] 각 반쪽 반응의 전위의 차는 표준수소전극(Normal
Hydrogen Electrode, NHE) 기준으로 이상적으로 1.23 V에서 일어난다. 하지만 1.23 V의 전압 인가 시 전기분해 반응의 반 응속도가 매우 느리기 때문에 그림 3에서 보는 바와 같이 실 제 물의 전기분해를 통한 수소 생산을 위해서는 1.23 V 이상 의 과전압(Overpotential)이 필요하다. 따라서, 인가되는 전기 에너지 비용을 줄이기 위해서라도 과전압을 줄일 수 있는 촉 매가 필요하다. 과전압이 클수록 수소와 산소의 발생량이 기하 급수적으로 증가하고 전기화학적으로 물분해 시 환원전류와 산 화전류가 에너지 보존의 법칙에 따라 같아야 하는데 각 전극 에 걸리는 과전압은 전극 재료의 특성에 따라 달라질 수 있다. 수소 발생 반응의 경우 반응 메카니즘이 비교적 단순하여 10 mA/cm2의 전류밀도에 도달하기 위해 낮은 수준의 과전압 (∼100 mV)이 가능한 촉매가 다수 존재하는데 반해, 산소발생 반응은 반응메커니즘이 복잡하고 반응 간 다양한 중간물들이 형성되기 때문에 10 mA/cm2의 전류밀도에 도달하기 위해 높 은 과전압을 갖는 촉매들이 일반적이다. 또한, 현재 최고의 산 소발생 촉매로 알려져 있는 귀금속 기반의 IrO2와 RuO2는 산 화전위 인가 시 상변화로 인한 장기 신뢰성의 문제도 가지고 있다.[14,15] 따라서 수소발생 촉매에 견줄만한 낮은 과전압, 우 수한 전기화학 특성 및 장기수명을 가지면서도 경제적인 산소 발생 촉매의 개발이 시급하다. 산소발생 촉매의 선정은 촉매재료와 산소 간의 화학적 흡착 에너지를 고려하여야 한다. 이상적으로, 산소와 촉매 간의 화 학적 흡착에너지가 매우 클 경우 산소가스의 탈착을 방해하고 반대로 매우 낮을 경우 산소와 촉매 간 반응을 지연시킨다. 따 라서, 산소발생 촉매 간 활동도 경향을 비교하기 위해 많은 연 구가 진행되고 있다. 촉매의 성능을 활동도와 산소-금속 결합 강도의 관계를 나타내는 볼케이노 플롯을 통해 비교했을 때 전이금속 간 활동도 경향은 CoFeCuNi이고 산화물 간 활동도 경향은 RuO2IrO2MnO2NiOCo3O4≫
와 같은 전해질 불순물이 혼재되어 있는 조건 하에 관찰되었 다는 점과 전기화학적 표면 면적, 표면조성 및 전기 전도도가 실험 조건에 고려되어 있지 않다는 점에서 정확한 촉매 활성 도를 이해하는데 어려움이 있었다.[20-22] 이러한 문제점을 환기 시키기 위해 Burke 박사는 Fe 불순물을 제거한 전해질 내에 서 전이금속 기반 옥시 수산화물들의 촉매 활동도를 다양한 산화 전압 하에서 비교한 결과, 철계 옥시 수산화물인 FeOxHy 가 타 전이금속 기반 옥시 수산화물보다 높은 활동도를 가지 고 있음을 제시하였다.[23] 이는 산소발생 촉매로서 활성자리
(active site)인 Fe의 중요성을 부각시키는 한편, 철계 화합물 관련 연구가 급속히 증가하는 계기가 되고 있다.[24] 현재 철계 산소발생 촉매의 활성도를 향상시키기 위해 산화물, 수화산화 물, 이종금속, 탄소나노튜브와의 복합체 등 다양한 형태로 진 행되고 있는 반면, 산소발생 메커니즘과 관련이 있는 촉매의 구조와 활성자리에 대해서는 아직 밝혀지지 않은 것이 많 다.[15,16] 따라서, 비교적 많은 연구가 진행된 NiFe 산화물 기반 산소발생 촉매를 예시로 촉매 반응 메커니즘 규명을 위한 뫼 스바우어 분석에 대해 소개하려고 한다. Fe는 지구에 가장 풍부한 자원 중 하나이며 다른 전이금속 에 비해 유해성이 적을 뿐만 아니라, 산화-환원 특성이 우수 하여 경제적인 산소발생 촉매 재료로서 잠재성을 가지고 있
21세기의 뫼스바우어분광학 I
REFERENCES
[25] S. Zou et al., Chem. Mater. 27, 8011 (2015). [26] G. Młynarek, MJ. Appl. Electrochem. 14, 145 (1984). [27] M. Balasubramanian, Phys. Chem. B 104, 4300 (2000). [28] L. Trotochaud et al., J. Am. Chem. Soc. 136, 6744 (2014). [29] S. H. Kim et al., J. Phys. Chem. 98, 10269 (1994). [30] D. A. Corrigan et al., J. Phys. Chem. 91, 5009 (1987). [31] Y. W. Chen, J. Electrochem. Soc. 131, 1447 (1984). Fig. 4. (a) CV of the composite hydroxide (solid curve) compared to that for nickel hydroxide (dashed curve) both on Ni foil substrates in 1 M KOH electrolyte. Scan rate was 10 mV/s, (b) In situ Mössbauer spectrum of a film of the composite oxide polarized at 0.5 V vs. Hg/HgO in 1 M KOH, (ｃ) In situ Mössbauer spectrum of a film of the composite oxide polarized at 0.0 V vs. Hg/HgO in 1 M KOH. (Solid line is com-puter-calculated best fit to experimental data. Component curves to fit are also shown.)
sample , mm/s , mm/s , mm/s Composite Hydroxide (in Situ Measurements)
reduced 0.32 0.44 0.47 oxidized 0.22 0 0.97 Iron Hydroxide Compounds (ex Situ Measurements) -FeOOH 0.35 0 -FeOOH 0.29 0.70 -FeOOH 0.30 0.59 -FeOOH 0.29 0.48 FeOOH gel 0.27 0.80 0.49 passive Fe 0.35 1.01 0.9 Fe(OH)2 1.1 2.9
Table 2. Mössbauer parameters.[30]
다.[25] Fe의 첨가로 NiO와 Ni(OH)
2 등의 산소발생 반응이 촉진 된다는 논문이 발표된 이후, NiFe 산화물의 구조 및 촉매 활 성장소에 Fe가 미치는 영향에 대한 많은 연구가 진행되었 다.[22,26] Corrigan은 그림 4에서 나타낸 것처럼 순환전압전류 법(cyclic voltammetry)과 실시간 뫼스바우어 분석을 수행하여 FeNi(OH)2 촉매의 경우 Ni2+/3+의 산화전위가 산소발생 반응과 연관이 없음을 관찰하였고 이를 통해 Fe가 산소발생을 위한 활성장소이고 동시에, FeNi(OH)2의 이성질체 이동값(isomer shift)이 0.32 mm/s로 기존 문헌(표 2)에서 보고된 다양한 형 태의 FeOOH와 비교 시 Fe는 3가라고 제시했다.[27] 이는 그동 안 논란의 여지가 많았던 NiFe 산화물의 산소 발생을 위한 활 성장소에 대한 직접적인 증거를 제시한 사례이다.[28-31] 더 나아가, 좀 더 명확한 촉매 구조 및 반응 메커니즘 해석 을 위해 Chen은 FeOOH와 NiFeOOH 촉매의 operando 뫼스 바우어 분석을 통해 NiFeOOH에 산화전압이 인가되면서 Fe3+
뿐만 아니라 Fe4+가 생성된다는 것을 관찰하여 촉매 반응 메카
니즘에 있어 Ni와 Fe 간 시너지 효과를 설명하였다.[31] 그림 5
에서 나타낸 것처럼 FeOOH와 NiFeOOH 촉매는 순환전압전류
법과 뫼스바우어 분석을 이용해 산소발생 반응 동안 Fe를 관 찰하였다. 그림 5(a)는 FeOOH와 NiFeOOH의 순환전압전류법 을 이용하여 인가 전압 대비 생성되는 전류밀도를 나타낸 곡 선으로 수소표준전위 대비 촉매의 산소발생을 위한 전압의 범 위를 알 수 있다. 전압을 인가하기 전 NiFeOOH의 뫼스바우어 스펙트럼은 0.34 mm/s의 이성질체 이동값과 0.46 mm/s의 전기 4중극자 분열치(quadrupole splitting)를 가지는 2개의 공명흡수선으로 구성되어 있다(그림 5(b)). 이러한 양상은 전압 을 1.49 V까지 인가하였을 때까지 일치하다가(그림 5(c)), 산소 발생이 일어나는 구간인 1.62 V 전압 인가 시 Fe의 공명흡수 선에 이성질체 이동값이 0.27 mm/s인 구간에서 새로운 공 명흡수선이 관찰되기 시작하여 더 높은 전압(1.76 V)을 인가 시 증가하는 양상을 확인하였다(그림 5(d)와 (e)). 전압 인가를 산소발생 전압(1.49 V) 이하로 감소 시 산소발생이 일어나지 않아 전류밀도 값이 관찰되지 않았으나 그림 5(f)에서 알 수 있듯이 뫼스바우어 스펙트럼에서 Fe의 새로운 공명흡수선이 여전히 존재하는 것을 확인할 수 있었다. 실험에 활용했던 촉 매를 48시간 방치 후 뫼스바우어 분석을 한 결과, Fe의 새로 운 공명흡수선은 더 이상 관찰되지 않았다(그림 5(g)). 비교군 인 FeOOH의 뫼스바우어 스펙트럼은 그림 5(h), (i), (j)에서 확 인할 수 있듯이 NiFeOOH와 마찬가지로 산소발생 전압 전후로 2개의 Fe 공명 흡수선이 확인되었으며 0.34 ‒ 0.37 mm/s로 NiFeOOH와 유사한 이성질체 이동값을 보이는데 이는 기존 문 헌에서 확인할 수 있는 high-spin의 Fe3+와 일치한다.[7,8,13] 두
Fig. 5. CVs of NiFe layered oxyhydroxide (blue) and hydrous Fe-oxide (green) electrocatalysts (a) used for the operando experiments with Mössbauer spectra collected at open circuit (gray), at 1.49 V (purple), 1.62 V (yellow), and 1.76 V (red). CV data were recorded in the Mössbauer-electrochemical cell with a scan rate of 25 mV/s prior to Mössbauer measurements.[31]
better p-donation significant e--e -drepulsion weaker p-donation reduced e--e -drepulsion
Fig. 6. (a) Electronic effects that ould rationalize the observation of Fe4+ in NiFe- but not Fe-oxide catalysts, (b) CVs of 3:1 Ni:Fe- (blue), Fe- (green) oxyhydroxide catalysts; carbon pa-per (CP) background scan in gray. (c) Schematic representation of a layered NiOOH lattice containing Fe ions in different sites (orange-brown).[31]
촉매의 뫼스바우어 분석에서 가장 흥미로운 점은 FeOOH와 달 리, NiFeOOH가 산소발생 전압에서 새로운 공명흡수선이 관찰 되는데 이는 Fe4+와 일치한다는 것이다.[14,15] 다시 말해, 뫼스 바우어 분석은 NiFeOOH 촉매의 산소발생 전압 인가 시 Fe 이온이 3가뿐만 아니라, 4가로도 존재한다는 직접적인 증거를 제시하고 있는 것이다. 동시에, 산소발생 전압(1.49 V) 이하에 서 Fe4+가 촉매 활동도에 직접적인 영향을 끼치지는 않는다는 결론을 추론할 수 있다. 또한, 그림 6(a)에서 보듯이 NiFeOOH는 Fe3+에 비해 Ni3+가 d 오비탈( symmetry d orbital)의 전자밀도가 더 높기 때문 에 산소 원자의 전자공여능(electron donating ability)이 높아 Fe4+와 같이 산화수가 높은 금속 이온들도 NiOOH 격자 내에 안정적으로 존재할 수 있다. 이러한 NiOOH 격자의 안정화는 그림 6(b)에서 보는 바와 같이 Fe3+ 이온 첨가가 NiOOH와 비 교 시 Ni2+/3+의 산화/환원 전위를 양의 값으로 증가시킨다는 것을 통해서도 설명이 가능하다. 그림 6(c)에서 보는 바와 같 이 뫼스바우어 분석을 통해 산소발생 반응 동안 구조적으로 면 Fe 이온이 격자의 모서리, 결점 장소 (defect site) 등에 존재한다면 산소 발생 반응이 훨씬 빨라질 수 있다.[31] 결론적으 로, NiFeOOH 촉매의 상대적으로 낮은 과 전압은 NiOOH 격자의 모서리 및 결점 장 소에 존재하는 Fe3+/Fe4+의 산화/환원 전 위에 기인한다라는 추론을 해볼 수 있다. 하지만 이를 뒷받침할 실험적 근거가 확 보되지 않아 촉매 반응 메커니즘 규명에 있어 여전히 많은 연구가 필요하다.
![Fig. 1. Conceptual diagram of hydrogen economy. [7] REFERENCES [7] http://www.gasnews.com/news/articleView.html?idxno= 87482](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dokinfo/4987678.56173/2.936.89.456.150.534/conceptual-diagram-hydrogen-economy-references-gasnews-articleview-idxno.webp)
![Fig. 2. Roadmap towards a hydrogen economy. [10]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dokinfo/4987678.56173/3.936.139.796.148.585/fig-roadmap-towards-a-hydrogen-economy.webp)
![Table 2. Mössbauer parameters. [30]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dokinfo/4987678.56173/5.936.159.785.138.311/table-mössbauer-parameters.webp)
