The technology of single atom catalysts (SACs) has received considerable attention as a means to maximize the utilization of catalysts. It is an essential technology for commercialization, as it allows for the use of expensive catalysts like platinum with much smaller quantities, leading to improved electrochemical performance. However, challenges remain in the fabrication process due to the high thermal budget and absence of facile methods for the large-scale production. In this study, the unique characteristics of dopamine, which can bond to metal catalysts at the atomic level, and adhere well to all kinds of surfaces, were utilized to enable the facile atomic dispersion of platinum catalysts on a support material without the heat treatment. This fabrication method via dopamine chelation reaction and electrostatic self-assembly is suitable for the large-scale production as all processes take place in a solution phase. Therefore, we propose an effective and universal method for the production of atomically dispersed catalysts on 2D materials, addressing the shortcomings of existing methods. More importantly, we chose Ti3C2Tx MXene as a model substrate, and conducted electrochemical analyses of hydrogen evolution reaction to confirm the effectiveness of this research.
단일원자촉매 기술은 촉매의 활용을 극대화할 수 있는 방법으로써 많은 주목을 받아온 연구 분야다. 백금과 같은 값비싼 촉매를 훨씬 적은 양을 사용하여 더 좋은 성능을 낼 수 있다는 점에서 상용화를 위해 필수적인 기술이다. 하지만 단일원자 구조를 구현하는 과정에서 소모되는 열처리 비용이 크고, 대량생산 할 수 있는 방법이 부재한다는 점이 해결해야할 과제로 남아있다. 본 연구에서는 도파민의 고유 특성인 모든 표면에 잘 달라붙는 성질과, 금속 촉매에 원자 단위로 결합이 가능한 성질을 이용하여 열처리 없이 지지물질 위에 백금 촉매를 원자 단위로 분산시켰다. 도파민의 킬레이션 반응과 정전기적 인력에 의한 자가조립 방식을 이용하여 제작했으며, 모든 공정이 용액상에서 이루어지기 때문에 대용량 생산에도 적합하다. 본 연구에서는 기존 방법들의 단점을 개선한 효과적이고 범용적인 단일원자촉매 제작 방법임을 제시하고자, 모델 기판으로 맥신을 선택해서 수소발생반응에 대한 전기화학적 성능을 확인하였다.
