To create environmentally friendly green hydrogen, an efficient water splitting is necessary. Compared to the hydrogen evolution reaction at the cathode, the oxygen evolution reaction (OER) at the anode in water splitting requires significantly larger overpotential. As a result, numerous investigations have been carried out to create an effective catalyst for OER. Analysis of the electronic structure of oxides have been effective method because the oxygen evolution reaction is an oxidation/reduction reaction in which charge transfer takes place. Since the d-orbital states just below the Fermi level (0 ~ -2 eV) are directly involved in charge transfer when oxidative potential is applied to the catalyst, for efficient oxygen evolution reaction, the dense d-orbital states are really important. In this dissertation, first, to prove the correlation between the d-orbital state and the activity of oxygen evolution, the change in the d-orbital states and OER activity were observed by doping various trivalent elements to the B-site of nickel and cobalt perovskite oxides. In addition, it was confirmed for the first time that the oxygen evolution activity of LaCo$O_3$ was about 20 times greater than that of LaNi$O_3$ by compensating the poor electrical conductivity of cobalt perovskite oxide. Finally, through atomic-scale analysis and density functional theory calculations, it was revealed that structural rather than chemical effect was much more responsible for the increase of OER activity caused by electrochemical iron doping on nickel oxides.
친환경적인 그린수소 생산을 위해 효율적인 물 분해 반응이 필요하다. 물 분해 반응 산화전극에서 나타나는 산소발생반응은 환원전극에서 나타나는 수소발생반응에 비해 훨씬 더 많은 전기화학적 과전압이 요구된다. 따라서 효율적인 촉매 개발을 위해 많은 연구들이 진행됐다. 산소발생반응은 전하 이동이 나타나는 산화·환원 반응이기 때문에 전자구조 연구를 통한 접근이 매우 효과적이다. 특히 페르미 레벨 바로 밑(0 ~ -2 eV)의 d-오비탈 상태는 산화전압을 촉매에 가했을 때, 전하 이동에 직접적으로 관여하기 때문에, d-오비탈 상태가 많을수록 산소발생반응에 유리하다. 본 학위논문에서는 먼저 d-오비탈 상태와 산소발생반응 활성도 간의 상관관계를 증명하기 위해 니켈 또는 코발트 페로브스카이트 산화물 B-위치에 서로 다른 3가 원소를 도핑함으로써 나타나는 d-오비탈 상태 변화와 산소발생반응 활성도 변화를 관찰했다. 뿐만 아니라 코발트 페로브스카이트 산화물의 안 좋은 전기 전도성 보완하여, LaCo$O_3$의 산소발생반응 활성도가 LaNi$O_3$보다 20배 정도 크다는 것을 처음으로 확인했다. 마지막으로 니켈 산화물 전기화학적 철 도핑으로 인해 나타나는 활성도 증가 원인을 원자단위 분석과 범밀도함수 계산을 통해 화학적 요인보다 구조적 요인이 훨씬 더 많이 작용하고 있음을 밝혀냈다.
