고분자 전해질막 연료전지의 효율을 높이기 위해서는 활성과 내구성이 높은 산소 환원 반응용 촉매의 개발이 필요하다. 또한, 연료전지 스택의 전체 비용 중 상당한 부분을 차지하는 백금의 양을 줄인 촉매를 개발해야 한다.
본 연구에서는 두 가지 종류의 금속-유기 구조체 기반의 탄소 지지체를 이용하여 초저백금-코발트 합금 촉매를 합성하였다. 하나는 ZIF-67 기반의 탄소 지지체로부터 초저백금-코발트 합금을 합성하는 방법이다. 700 ℃의 합금화 열처리로 형성된 백금-코발트 합금으로 인해 산소 기체의 흡착 에너지가 낮아져 산소 환원 반응에 대한 활성이 높아졌을 뿐만 아니라, 탄소 지지체의 결정성이 높아져 내구성이 크게 향상되었다. 단위 전지 평가 결과, 20 wt% Pt/C보다 약 8배 높은 질량당 활성을 가지는 것을 확인하였다. 다른 하나는 ZIF-8@ZIF-67 기반의 탄소 지지체로부터 초저백금-코발트 합금을 합성하는 방법이다. ZIF-8@ZIF-67 내에 존재하는 코발트의 함량에 따라 지지체의 특성이 달라졌고, 최종 촉매에서 서로 다른 형태의 합금이 형성되어 촉매의 활성에 영향을 미쳤다. 단위 전지 평가 결과, 최적화된 초저백금-코발트 합금 촉매가 20wt% Pt/C보다 약 9배 높은 질량당 활성을 보였으며, 특히, 높은 기공도를 가져 두꺼운 전극에서도 고전류 밀도 구간에서 향상된 성능을 보였다.
따라서 금속 유기 구조체 내의 코발트를 백금과 합금하는 방법이 적은 양의 백금만으로 산소 환원 반응에 대한 활성과 내구성을 모두 높일 수 있는 방법이라고 결론 내렸다. 그리고, 초저백금 촉매에서는 촉매 층이 두꺼워지기 때문에 커다란 기공을 만들어주거나 기체의 투과도가 높은 구조를 설계하여 산소 기체가 활성점까지 도달할 수 있는 환경을 만들어주는 것이 중요하다고 결론을 지었다.