페로브스카이트 산화물로부터의 금속 나노입자를 용리하여 금속-산화물 복합촉매를 형성하는 기술은 산화물 표면에 금속 나노 입자가 균일하게 분포된 전기화학적 촉매를 설계하는데 활용되어 왔다. 본 연구에서는 페로브스카이트 형상에 따른 Ni 나노입자의 용리 및 산소발생반응 촉매 활성에 미치는 영향을 조사하기 위해 정육면체 및 구형 Ni-doped CaTiO₃를 합성하였다. 이전 연구를 통해 용매열 합성법에 의해 합성된 Ni-doped CaTiO₃는 A-site에 Ni 이온들이 위치하는 것으로 나타났으며, 형성된 A-site 빈자리에 의해 OH^–이 직접 치환되어 수화됨을 확인하였다. Ni 나노입자가 용리된 구형 입자는 Ni 나노 입자가 무작위로 분포되어 있는 반면, 큐브형상 입자는 가장자리를 따라 Ni 나노 입자가 용리되는 차이를 보여주었다. 소량의 Ni 함량(~4 mol%)을 가지는 구형 및 큐브형상 촉매의 전류 밀도는 각각 1.7 V에서 ~10 mA cm^–2 및 ~7 mA cm^–2로 확인되었다. Tafel slope로부터 CaTiO₃지지체의 A-site 빈자리 및 산소 화학량론비가 산소발생반응 중 양성자 전도 측면에서 탈양성자 단계에 영향을 미칠 수 있다고 사료된다.

Abstract : Metal exsolution from perovskite oxides has been used to produce well-designed electro-catalysts where metal nanoparticles are homogeneously distributed on the surface of perovskites. In this study, we prepare cuboidal and spherical Ni-doped CaTiO₃ to investigate the effects of the different perovskite morphologies on Ni exsolution and catalytic activity for OER. Ni ions seem to be incorporated into the A-site of CaTiO₃ with structural OH ions via solvothermal route, and the stoichiometry of spheres and cubes were confirmed as (Ca_0.82Ni_0.04)Ti₁O_2.63(OH)_0.46 and (Ca_0.90Ni_0.04)Ti₁O_2.88(OH)_0.12, respectively. The spheres show random distribution of Ni nanoparticles along grain boundaries, whereas Ni nanoparticles are exsolved along the edges in the cubes. With the small amount of Ni contents (~4 mol%), geometric current density of each sphere and cube exhibits comparable OER activities of ~10 mA cm^–2 and ~7 mA cm^–2 at 1.7 V to previously reported catalysts such as transition metals or perovskites. We suppose from Tafel slope that different A-site and oxygen stoichiometry of the CaTiO₃ may affect deprotonation step during OER in terms of proton conduction.