이산화탄소(CO2)를 유용한 에너지로 Converting CO2 into usable energy

이산화탄소(CO2)를 유용한 에너지로

Converting CO2 into usable energy

미 브룩하벤 연구진,

CO2 → 일산화탄소(CO) 전환

전기적 촉매(electrocatalyst) 발견

   미국 과학자들이 효율적으로 이산화탄소(CO2)를  일산화탄소(CO)로 전환시킬 수 있는 전기적 촉매(electrocatalyst)를 발견했다고 보고했다. 관련 연구는 Energy & Environmental Science.에 게제되었다 (DOI: 10.1039/C7EE03245E).

연구진은 일산화탄소(CO)가 쓸모가 많다고 말했다. 예를 들어, 일산화탄소와 물이 반응하면 수소 기체가 만들어지고, 또한 수소와 반응하면 탄수화물이나 알콜 같은 유용한 화학물질을 만들 수 있다는 것이다. 이산화탄소를 일산화탄소로 저렴한 방법으로 전환시킬 수 있다면, 사회적으로도  크게 공헌하게 될 것이라고 덧붙였다.

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Converting CO2 into usable energy

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과학자들은 오랜 시간동안 이산화탄소를 일산화탄소로 전환시킬 수 있는 방법을 찾고자 노력해 왔다. 하지만, 전통적으로 사용해 온 전기적촉매는 효과적으로 반응을 시작할 수가 없었다. 그 이유로는 물-분해 또는 수소 발생 반응(HER)이라고 불리는 반응이 이산화탄소 전환 반응보다 훨씬 더 우월했기 때문이다.

따라서 HER 반응은 피하면서 이산화탄소를 일산화탄소로 전환시킬 수 있는 몇 가지 귀금속인 금과 백금은 너무 희귀하거나 가격 효율면에서 너무 비싸다는 단점이 있었다. 따라서 가격 효율면에서 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하기 위해서는 전혀 새로운 형태의 촉매를 사용할 필요가 있었다. 연구진의 선택은 귀금속 나노입자보다는 단일 원자 니켈 금속을 사용하는 것이었다고 말했다.

기존 연구에 의하면 니켈 금속이 벌크 상태에서는 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하는데 유망한 후보가 아니었다.  그 이유는 니켈 금속은 HER 반응에 매우 좋고, 이산화탄소 환원 선택성은 급속도로 떨어지기 때문이다. 그렇지만 단일 니켈 원자는 전혀 다른 결과를 보여주었다고 연구진은 말했다. 즉 단일 원자들은 HER 반응보다는 일산화탄소를 생산하는데 월등하다는 것이다. 이에 대한 이유로, 단일 원자는 표면마다 다른 에너지가 달라지기 때문에 그렇다고 연구진은 설명했다. 또한 니켈 원자가 이산화탄소가 상호작용을 일으킬 때 주변의 그라펜(graphene)의 도움이 있기 때문이라고 말했다.

자세한 정보를 얻기 위해, 연구진은 STEM 현미경을 이용해 이들의 상호작용을 조사했다. 연구팀에 의하면 단일 니켈 원자를 이용한 반응에서 이산화탄소의 전환 반응은 97% 효능을 보여주었다고 했다. 이는 이산화탄소를 유용한 에너지와 화합물질을 재활용할 수 있음을 보여주는 중요한 단계라고 주장했다.

ndsl

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