Hydrogen has been recognized as an essential gas for the past few decades, and various methods for hydrogen production have been studied. Hydrogen production through electrolysis of water is one of the excellent methods of hydrogen production in that it uses electricity, which is an eco-friendly energy, and uses water as a material. Until now, there have been studies using various metals and carbon structures as catalysts, but this requires hightemperature heat treatment after synthesis and an environmentally friendly process such as emission of greenhouse gas during carbonization. This is contrary to the purposes of water electrolysis which is eco-friendly. The development of catalysts that minimize heat treatment and contain non-carbon is a research goal that must be achieved in water electrolysis. Therefore, in this study, a substance called MXene to which a transition metal is decorated was used as a catalyst. MXene is a two-dimensional material with terminal functional group. So, it is possible to attach various metal nanoparticle. In addition, it is possible to create a partial oxide due to intentional oxidation, and it is possible to create a porous two-dimensional structure by etching the partial oxide. This study aims to analyze the MXene, the intentional oxidation method, optimization of transporting gas and ion with porous structures, and catalytic ability of transition metals decorated to MXene.
지난 수십년간 수소는 필수적인 기체로 인식되어 왔으며 수소 생산을 위한 다양한 방법이 연구되어 오고 있다. 물의 전기분해를 통한 수소 생산은 친환경 에너지인 전기를 이용한다는 점, 물을 재료로 사용한다는 점에 있어서 훌륭한 수소 생산 방법 중 하나이다. 지금까지 다양한 금속과 탄소구조체를 촉매로서 사용하는 연구가 있어왔으나 이는 합성 후 고온 열처리를 필수적으로 요구하며 탄화 과정에서 온실 가스 배출이라는 친환경적이지 않은 공정을 요구한다. 물의 전기분해가 가지는 친환경성이라는 장점과 배치되는 부분이다. 열처리를 최소화하고 비탄소를 함유한 촉매개발은 물 전기분해에 있어 반드시 달성해야하는 연구 목표이다. 이에 본 학위논문에서는 전이금속을 부착시킨 맥신이라는 물질을 촉매로 활용했다. 맥신은 세라믹 층상구조 중 한 조성을 식각하여 박리하여 합성된 2 차원 물질이다. 표면에는 말단 기능기가 존재하여 다양한 금속 나노입자를 부착시키는 것이 가능하다. 또한 의도적 산화로 인해 부분적인 산화물을 만드는 것이 가능하며 이를 식각하여 다공성 2 차원 구조를 만드는 것이 가능하다. 본 학위논문에서는 맥신이라는 2 차원 물질과 이런 2 차원 물질의 의도적 산화방법, 다공성 구조의 물질 수송 원활도 및 맥신에 부착된 전이금속이 보여주는 촉매능에 대하여 분석하고자 한다.
