나노기술 및 정책 정보

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가나자와(金沢)대학 이공학연구영역 기계공학계, 나노생명과학연구소, 오사카(大阪)대학 대학원 기초공학연구과, 츠쿠바(筑波)대학 수리물질계 등의 공동 연구그룹이 이산화탄소(CO2)의 전기 화학적 환원에 의한 포름산의 합성 과정에 있어 산화 환원 그래핀과 주석(Sn)과의 계면을 활용함으로써 고효율로 포름산을 합성하고, 그 반응 메커니즘을 규명하는 데 성공함.

연구진은 CO2를 효율적으로 흡착하는 담체로서 산화 환원 그래핀(rGO)에 주목하고 이를 취급하기 쉬운 주석 촉매의 담체로 이용함. 이 Sn/rGO 촉매와 기존의 Sn 촉매를 비교하면 담체 도입으로 인해 CO2 흡착량이 4배 정도 향상됨. 촉매 활성 사이트를 가시화 할 수 있는 주사형전기화학셀현미경에 의해, 촉매와 담체가 인접한 부분에서 담체에 흡착된 CO2가 지속적으로 촉매에 공급됨으로써 촉매 담체가 인접한 곳에서 많은 포름산이 합성되는 모습을 최초로 가시화 하는 데 성공함. 제안된 촉매는 기존 촉매와 비교하여 담체를 도입한 것만으로 1.8배의 포름산 합성 효율을 얻을 수 있음.

본 연구 결과는 포름산뿐만 아니라, CO2 흡착을 반응의 초기 단계로 공유하고 있는 메탄, 메탄올, 올레핀에도 적용할 수 있을 것으로 예상되며, CO2의 전해 환원에 의해 합성되는 모든 화학제품의 촉매 활성의 향상으로도 이어져, CO2 전기 화학 환원에 의한 유용한 화성품(化成品) 제조 프로세스의 기반 기술이 될 것으로 기대됨. 향후, 본 연구 성과를 기점으로 시간적 변동 및 지역 편재성이 재생 가능 에너지 유래 전력을, 지구 온난화 방지 관점에서 효율적인 활용이 요구되는 CO2를 이용하여 포름산으로 변환하여 수송·저장하는 기술의 확립으로 연결함으로써 에너지 문제와 지구 온난화 문제 해결에 크게 기여할 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ACS Catalysis(Acceleration of Electrochemical CO2 Reduction to Formate at the Sn/Reduced Graphene Oxide Interface)에 게재됨.