Electrolysis can store intermittent renewable powers into stable chemical bonds through production of chemical products. Therefore, much attention has been attracted to the development of electrolysis. Especially, water electrolysis can generate pure hydrogen gas. CO$_2$ reduction can complete carbon cycle, converting the anthropogenic greenhouse gas into chemical feedstocks. However, the energy conversion efficiency of the electrolysis is limited by sluggish reaction kinetics on the electrodes. Herein, reaction kinetics for the water, and CO$_2$ electrolysis was improved by development of shape-controlled electrocatalysts. The shape controlled electrocatalysts were designed to be applicable to gas diffusion electrode, which is a commercially relevant electrode architecture. Enhanced efficiencies of the electrocatalysts were demonstrated at device levels. Specifically, Ir based oxygen evolution reaction catalysts for the anode, and Sn based CO$_2$ reduction catalysts for the cathode were developed.
전기분해는 간헐적으로 얻어지는 신재생 전력을 안정적인 화학결합에 저장하며 화학제품을 생산하는 청정 기술로써, 최근 큰 관심을 모으고 있다. 특히 물 전기분해를 통해 고순도 수소 가스를 얻을 수 있고, 이산화탄소 환원을 통해 화학연료를 생산하며 온실가스 저감 및 탄소 순환을 만들어 낼 수 있다. 하지만 전극에서의 느린 전기화학 반응속도에 의해, 전기분해의 에너지 전환 효율이 크게 제한된다. 본 논문에서는 형상 제어된 전기화학 촉매를 개발하여 물과 이산화탄소 전기분해에서의 전극 반응속도를 향상시켰다. 상용화가 가능한 전극 형태인 가스 확산 전극에 적용 가능하도록 촉매를 디자인하여, 전기화학 촉매 개발을 통한 실제 전기분해 장치의 성능향상을 이루어 냈다. 구체적으로, 산화전극에서의 산소 발생 반응용 이리듐 기반 촉매와 환원전극에서의 이산화탄소 환원 반응용 주석 기반 촉매를 개발하였다.
