Among many oxygen evolution reaction catalyst candidates, NiFe layered double hydroxide (LDH) show the highest activity in alkaline medium. Unfortunately, NiFe-LDH is known to have poor electrical conductivity due to the spacings between the cationic layers, limiting its potential as an electrocatalyst. In order to improve electrical conductivity, many researches utilized carbonaceous material as support or substrate for NiFe-LDH. However, our findings point out that use of carbonaceous materials for anode can have detrimental effects on the stability of AEMWE. Instead, a facile monolayer structuring of NiFe-LDH is suggested as a strategy to overcome low conductivity of NiFe-LDH without use of carbonaceous materials. The synthesized monolayer NiFe-LDH showed higher overall water splitting performance compared to conventional bulk NiFe-LDH, achieving high energy conversion efficiency of 72.6% without carbonaceous material and an outstanding stability at current density of 1 A cm$^{-2}$ at 50°C and 80°C with 1 M KOH as electrolyte. This efficiency is one of the highest among AEMWE, suggesting monolayer structuring as an effective way to improve activity and stability at industrially relevant values.
여러 산소발생반응 촉매 중, 니켈-철 층상이중수산화물이 염기성 조건에서 가장 높은 성능을 가지는 것으로 알려져 있다. 하지만 니켈-철 층상이중수화물은 양이온 층상구조 사이의 간격으로 인해 전기 전도성이 낮고, 이로 인해 전기화학 촉매로서의 성능이 제한된다. 이전 연구들에서는 이를 해결하고자 탄소기반의 물질을 담지체나 전극으로 사용하였다. 그러나 탄소 물질을 산화극에 사용하는 것은 음이온 교환막 수전해의 안정성에 치명적인 영향을 끼친다. 따라서 본 연구에서는 니켈-철 층상이중수산화물의 간단한 단층구조화 전략을 통해 탄소기반 물질 없이 낮은 전도성을 개선하였다. 50°C 와 80°C, 1M KOH 전해질조건의 음이온 교환막 수전해 시스템에서 합성된 단층 층상이중수산화물 촉매는 보통의 층상이중수산화물보다 더 높은 수전해 성능을 보였다. 또한, 탄소 물질 없이 72.6%의 에너지 변환 효율과 1 A cm$^{-2}$ 전류밀도 조건의 장기간 구동에서 우수한 안정성을 나타냈다. 이는 탄소 물질 없이 음이온 교환막 수전해에서 얻을 수 있는 에너지 변환 효율 중 현재까지 가장 높은 수치로, 층상이중수산화물의 단층구조화 방법은 음이온 교환막 수전해 시스템의 성능과 안정성을 산업적 수준의 수치에서 높일 수 있을 것으로 사료된다.
