| 중국과기대, 싱크로트론 방사광원으로 가수분해에 의한 수소 분해 최적 방안 추적 | ||
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 최근, 중국과기대 국가싱크로트론방사실험실 웨이스창(韋世強)/야오타오(姚濤) 연구팀은 화학·재료과학대학 양진룽(楊金龍) 연구팀과 공동으로 원위치 싱크로트론 방사선 XAFS(X선 흡수 미세구조)기술을 개발함과 아울러 이론 계산을 결합하여 세계 최초로 전기촉매에 의한 수소 발생 반응 과정에서 코발트 기반 촉매 소재 활성 위치의 진실한 구조 및 동적 진화 과정을 정밀하게 감별하였다. 해당 성과는 촉매반응 과정의 비밀 규명, 에너지 전환 효율 향상에 유력한 방안을 제공하였다. 해당 연구성과는 "Nature Catalysis"에 게재되었다. 고효율적이고 풍부한 청정 신에너지 개발은 전세계 관심사로 떠오르고 있다. 물을 분해하여 청정, 무오염, 재생 가능한 에너지-수소를 제조하는 방법은 실현 가능한 방안이다. 해당 과정에 촉매의 사용은 필수적이다. 촉매는 에너지 전환 가속화 및 고효율적 완성을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 에너지 전환 효율을 향상시킬 수 있는 핵심이다. 그러므로 촉매반응 과정의 비밀을 밝혀내고 실제 작용 상태에서 촉매소재의 진실한 구조 해석은 과학계 및 산업계의 관심사로 되고 있는 프런티어 핫이슈이다. 촉매반응 과정은 일반적으로 소재의 표면/계면에서 발생한다. 그러나 산업에서 실제 응용하는 전기촉매에 의한 에너지 전환 반응 환경에서 촉매와 전해질 용액이 접촉하는 고체-액체 표면/계면 위치의 활성중심 및 흡착 반응물질의 농도가 아주 낮고 또한 활성 위치 구조가 외부 전기장에 따라 동적 변화되기에 진실한 반응 활성 위치의 구조 및 중간과도 상태 탐측은 아주 큰 어려움을 가져다준다. 고휘도 기반 선진 싱크로트론 방사광원은 전기촉매에 의한 에너지 전환 메커니즘 문제를 연구하는데 수단을 제공하였다. 고민감도 싱크로트론 방사선XAFS 기술로 "작용 상태" 촉매의 "일거일동"을 원위치 실시간으로 온라인 탐측할 수 있다. 연구팀은 허페이(合肥), 베이징 및 상하이 싱크로트론 방사광원을 이용하여 테스트 장비를 구축하고 고균일 코발트 기반 단일 원자 촉매의 알칼리성 전기촉매에 의한 수소 발생 반응 환경 조건에서 원자 및 전자 구조의 변화 과정을 실시간 모니터링하였으며 코발트 원자 위치의 전기촉매에 의한 수소 발생 반응 과정에서 고유 활성 구조 및 발생한 구조 재조합을 명확하게 추적하였다. 상업용 귀금속 백금-탄소 촉매(Pt-C catalyst)는 고효율 안정적인 수소 발생 소재로 인정받고 있다. 연구 결과, 코발트 기반 촉매의 성능 및 안전성은 상업용 귀금속 백금-탄소 촉매에 접근하지만 원가는 해당 촉매의 절반도 되지 않기에 잠재적인 광범위한 응용 전망이 있다. 연구팀은 원위치 싱크로트론 방사선 분광학 기술을 이용하여 전기촉매 반응 과정에서 활성위치의 고민감성을 발견하였으며 실제 작용 상태에서 촉매의 진실한 역할을 규명하였다. 해당 기술은 또한 기타 광전기 에너지 전환 반응에서 촉매 소재 표면/계면의 동적 과정 연구에 적용되며 해당 발견은 원자 규모에서 촉매 활성 중심 구조 및 반응 메커니즘을 연구하는데 실험 기초 및 이론 지침을 제공하였을 뿐만 아니라 향후 고효율 에너지 전환 소재 설계에 새로운 아이디어를 제공하였다. 정보출처 : http://www.cas.cn/cm/201902/t20190225_4680127.shtml |
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