SPINEL-DERIVED COBALT- MANGANESE OXIDE CATALYST FOR ELECTROCATALYTIC NITROGEN REDUCTION AND PREPARATION METHOD THEREOF

A nitrogen reduction reaction is an eco-friendly alternative to the Haber-Bosch process for production of ammonia. In general, the bottleneck of a multi-step nitrogen reduction reaction pathway has high energy in a continuous reaction, and it is difficult for the nitrogen reduction reaction to proceed smoothly by a competing reaction, a hydrogen generation reaction. In order to actively promote ammonia production, proposed is an electrochemical nitrogen reduction reaction system using a cobalt manganese oxide-carbon electrode composite using various additives, wherein urea, glucose, and ammonia water are used as additives. As a result, a cobalt-manganese oxide deposited on a carbon electrode with the addition of urea has an ammonia yield of 0.34 umol h^(-1)cm^(-2) and a Faraday efficiency of 7.28 % at -0.3 V (vs RHE) in the 0.1 M KOH electrolyte region, showing a higher value than other cobalt- or manganese-based electrochemical nitrogen reduction catalysts. In the case of a cobalt manganese oxide-carbon electrode composite manufactured by adding urea, the composite has a lower charge transfer resistance than electrodes using other additives and has the highest electrochemically active surface area. As a result, the composite has favorable conditions for the nitrogen reduction reaction. In addition, when manufacturing an electrode by adding glucose or ammonia water other than urea, a cobalt manganese oxide is not deposited smoothly. Accordingly, a catalyst-electrode composite of the present invention can be manufactured in a simple one-step process by adding urea. 질소 환원 반응은 암모니아 생산을 위한 하버-보시 공정에 대한 친환경 대안이다. 일반적으로 다단계 질소 환원 반응 경로의 병목 현상은 연속반응에서 높은 에너지를 가지며 경쟁 반응인 수소 발생 반응에 의해 질소 환원 반응이 원활하게 진행하기 어렵다. 암모니아 생산을 적극적으로 촉진하기 위해 다양한 첨가제를 활용하여 코발트망간산화물-탄소 전극 복합체를 활용한 전기화학적 질소 환원 반응 시스템을 제안한다. 첨가제로는 요소, 글루코스, 그리고 암모니아수를 활용했으며 결과적으로 요소를 첨가해 탄소 전극에 증착한 코발트망간산화물은 0.1 M KOH 전해질 영역의 -0.3V(vs RHE)에서 암모니아 수율이 0.34 umol h-1 cm-2, 그리고 페러데이 효율이 7.28%로 다른 코발트 혹은 망간 기반의 전기화학적 질소 환원 반응 촉매보다 높은 수치를 보였다. 요소를 첨가해 제작한 코발트망간산화물-탄소 전극 복합체의 경우 다른 첨가물을 활용한 전극보다 낮은 전하 이동 저항을 갖고 있으며 전기화학적 활성화 표면면적도 가장 높아 질소 환원 반응에 유리한 조건을 가지고 있다. 또한, 요소 외의 글루코스, 혹은 암모니아수를 첨가하여 전극의 제작 시 코발트망간산화물이 원활하게 증착이 되지 않음에 따라 요소를 첨가하여 간편한 원스텝으로 제작이 가능한 촉매-전극 복합체이다.