나노기술 및 정책 정보

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나고야(名古屋)공업대학, DENSO의 공동 연구그룹이 헤테로 원자인 황 원자가 존재하는 조건에서 구리 전극을 이용한 이산화탄소의 자원화 반응에 대해 표면증강적외분광법을 비롯한 표면분석 기법을 이용하여, 이산화탄소 환원 반응에서의 헤테로 원자의 역할에 대해 분석함. 연구진은 메테인싸이올(methanethiol) 분자가 수식된 구리 전극 표면에서 전기 화학 측정 등과 조합하여 표면 분석 측정(표면증강적외분광측정, 전자현미경측정, 미소각입사X선회절측정, X선광전자분광분석)을 실시함으로써, 환원 반응에서의 전극의 이산화탄소 및 메테인싸이올의 거동을 관찰함. 아무것도 수식되지 않은 구리 전극에 의한 이산화탄소 환원 반응과의 비교 및 DFT 계산에 의한 해석을 통해, 음(-) 전위에서의 메테인싸이올의 전극 표면으로부터의 이탈이 전극 표면의 거칠기를 증가시키고, 구리 전극 표면에 Cu+ 형성을 촉진하는 것을 발견함. 이 영향으로 구리 전극에서 생성된 이산화탄소의 환원 생성물의 하나인 일산화탄소(CO)가 전극에서 이량화하여 에틸렌, 에탄올 등의 C2 화합물로 변환되기 쉬워지는 것을 확인함. 구리 전극을 이용한 이산화탄소의 C2 화합물로의 변환은 이산화탄소의 삭감·자원화라는 세계적으로 매우 중요한 과제를 해결하는 수단의 하나로서, 주목을 받고 있는 연구 분야임. 본 연구에서 얻어진 결과는 이산화탄소를 효율적으로 C2 화합물로 변환하기 위한 전극 촉매 설계에 있어서 중요한 지침이 될 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘ACS Catalysis’ (“Methanethiol SAMs Induce Reconstruction and Formation of Cu+ on a Cu Catalyst under Electrochemical CO2 Reduction”) 지에 게재됨.