In this dissertation, shape- and composition-controlled noble metal nanocatalysts were synthesized for improving electrocatalytic properties toward oxygen reduction and oxygen evolution reaction in $Li-O_2$ battery and alcohol oxidation reaction in direct alcohol fuel cells. In addition, development of facile synthesis method for preparing shape- and composition-controlled noble metal nanocatalysts and their growth mechanism were also described. In chapter 2, chestnut-bur-like palladium nanocatalysts were synthesized in high yield by using cetylpyridinium chloride as stabilizer and their growth mechanism was investigated. In chapter 3, highly branched palladium nanodendrites supported on graphene were prepared and applied as cathode catalysts in Li-oxygen battery. In chapter 4, 1-dimensional Pt nanochains with enhanced electrocatalytic activity and durability were prepared through facile solution-phase synthesis method. In chapter 5, composition-controlled PtPd alloy nanocatalysts were synthesized on graphene through the introduction of bifunctional materials, which can be used to modify the GNP surface and simultaneously reduce metal ions. The prepared noble metal nanocatalysts in this dissertation were synthesized via facile solution-phase synthesis method and they exhibited enhanced electrocatalytic properties for alcohol oxidation reaction or oxygen reduction/evolution reactions.
본 학위 논문은 귀금속 나노촉매의 형태 및 조성 조절에 초점을 맞춰, 직접 알코올 연료전지의 알코올 산화반응과 리튬-산소 전지의 산소 환원 및 발생 반응에서 향상된 촉매특성을 나타내는 나노촉매 합성에 대한 내용을 다룬다. 뿐만 아니라, 귀금속 나노촉매의 형태 및 조성을 조절할 수 있는 손쉬운 합성법 개발 및 성장 메카니즘에 대한 고찰 역시 기술하고자 한다. 형태를 조절한 연구로서 2장에서는 세틸피리디늄 클로라이드를 안정제로 사용하여 손쉬운 방법을 통해 밤송이 모양의 팔라듐 나노촉매를 높은 수율로 합성하는 방법 및 성장 메커니즘에 대해 기술하였다. 3장에서는 많은 가지가 달린 모양의 팔라듐 나노덴드라이트를 그래핀 지지체 위에 합성하였고 이를 리튬-산소전지의 전극으로 응용해보았다. 4장에서는 매우 손쉬운 용액상 합성 방법을 통해 촉매특성 및 내구성이 향상된 1차원 구조의 플래티넘 나노체인을 합성하였다. 끝으로 조성을 조절한 연구로서 5장에서는 그래핀 표면 활성화 기능과 금속 이온 환원 능력을 동시에 지닌 물질을 도입하여 그래핀 표면 위에 조성이 조절된 팔라듐-플래티넘 합금 나노촉매를 합성하였다. 본 논문에서 합성된 귀금속 나노촉매들은 손쉬운 용액상 합성방법을 통해 합성되었으며 알코올 산화반응 또는 산소 환원/발생 반응에서 향상된 전기적 촉매특성을 나타냈다.
