World widely, investigation of alternative energy has been performed aggressively because of the depletion issue of fossil fuel and environmental pollution. One of the most practical substitutes is fuel cell, which uses only eco-friendly source like oxygen and hydrogen gas. However, for popularization of fuel cell, improvement of efficiency is needed. Especially, oxygen redox reaction in alkaline medium should be researched more to enhance its low reactivity and reveal complicate reaction mechanism. Therefore, since electrocatalyst is a main key for reducing energy barrier and improving efficiency, various research methods to investigate on electrocatalyst are being developed.
In this thesis, overall protocol of liquid-phase transmission electron microscopy of oxygen redox reaction using electrocatalyst is suggested. This protocol is focusing on the possibility of revealing accurate participating mechanism of catalyst during oxygen redox reaction by using real-time imaging. Through enlarging working electrode of conventional E-chip, it becomes successful to obtain enough size of electrical signal to distinguish. In the aspect of analysis, two different image processing ways are proposed which are suitable for each magnification, and correlation between two methods is also suggested in order to overcome demerits and emphasize each merit. Additionally, liquid dynamics during oxygen redox reaction is observed.
전세계적으로 화석 연료의 고갈 문제와, 지구 온난화와 같은 환경 문제가 대두됨에 따라, 이를 해결하기 위해 친환경적인 대체 에너지에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그 중, 가장 대표적인 것이 연료전지로, 연료전지는 수소와 산소 같은 환경 친화적인 원료를 이용하여 환경 오염 문제 없이 사용 가능한 전지이다. 하지만 연료전지가 더욱 대중화되기 위해서는 아직 효율성에 대한 개선이 필요하다. 특히 산소의 산화 환원 반응, 그 중에서도 알칼리성 전해질 내에서의 산소의 산화 환원 반응은 그 복잡한 메커니즘과 낮은 반응성 때문에 더욱 더 많은 발전이 필요하다.
본 학위 논문에서는 전기화학적 촉매를 이용한 산소의 산화 환원 반응에 대한 액상전자현미경 연구를 다룸으로써 연료전지 연구에 사용할 수 있는 연구 방법을 제시하고자 한다. 기존의 액상전자현미경용 칩의 전극 부분을 개선하여 좀 더 명확한 신호를 측정할 수 있는 칩을 제작하였으며, 여러 배율에서의 실시간 액상전자현미경 동영상을 객관적으로 분석할 수 있는 지표를 검증하였다. 또한 각 배율에서의 장단점을 조합해 이를 효과적으로 연관 짓는 방법을 제시하였다. 추가적으로 실시간 전자현미경의 특징을 살려 산소의 산화 환원 반응 하에서의 액체의 역학을 관찰하는 데에 성공하였다.
