| 저장대학, 새 촉매 개발로 수소제조 원가를 80% 절감 | ||
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 최근, 저장(浙江)대학 화학공학·생물공학학원 허우양(侯陽) 프로젝트팀은 고분산 니켈 단일원자를 질소-황 도핑 다공성 나노탄소 기질에 "정착"시키는 방법을 통하여 단일원자 산소 발생 반응(Oxygen Evolution Reaction, OER) 촉매를 설계·개발함으로써 고효율적인 전기/광전기 촉매작용에 의한 물분해 산소 발생 반응을 달성함과 아울러 수소 제조 효율을 향상시켰다. 해당 새 촉매는 수소 제조 원가를 80% 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 OER 반응의 안정성을 대폭 향상시킬 수 있다. 해당 연구성과는 "Nature Communications"에 온라인으로 게재되었다. 물분해에 의한 산소 발생을 통한 수소 제조는 가장 일반적인 수소 제조 방법이다. 해당 과정에서 발생하는 전기/광전기 촉매작용 OER 반응은 전체적인 에너지 전환 효율을 제한한다. 기존에 금속 이리듐을 촉매로 반응 효율을 향상시키는 방법을 연구하였지만 원가가 아주 높다. 그러므로 촉매작용 효과를 보증하고 원가가 낮은 촉매 개발은 학술계의 어려움으로 되고 있다. 프로젝트팀은 생체공학적 방법을 통하여 재료의 원자 구조를 분석하였다. 분석 결과, 엽록체에 금속-질소 배위 포르피린 구조가 존재하여 태양에너지를 수집할 수 있기에 광합성의 산화반응을 이용하여 물을 분해함과 아울러 산소를 발생함을 발견하였다. 프로젝트팀은 또한 분석을 통하여 니켈-질소 배위 도핑된 탄소재료를 발견하였다. 해당 특수한 구조에서 4개 질소 원자는 금속 니켈 원자를 "끌어당기"고 하이드록시기 이온을 흡착하기에 다양한 중간 절차의 전환 어려움을 감소시킴과 아울러 산소 발생을 가속화시킨다. 프로젝트팀은 독창적으로 1개 황 단일원자로 1개 질소 원자를 치환시켜 재료 표면의 전하 분포를 심층적으로 최적화함과 아울러 특수 공법을 이용하여 니켈-질소 재료를 탄소 기질에 "정착"시켜 재료의 불안정성을 개선시킴으로써 최종적으로 해당 새 촉매 전극이 알칼리성 조건에서 뛰어난 전기 촉매작용에 의한 물분해 산소 발생 활성 및 안정성을 나타냈다. OER 산소 발생 반응은 물분해 소자 및 금속-공기 배터리의 핵심 과정이다. 해당 연구성과는 차세대 수소연료자동차의 대규모적 연료 원가절감에 도움이 될 전망이다. 정보출처 : http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2019-05/14/content_421023.htm?div=-1 |
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