본교 화공생명공학과 백서인 교수 연구팀 (공동 제 1저자: 김정호 석사과정생)은 상하이 교통대 Kun Jiang 연구팀과 공동연구를 통해 전기화학적 이산화탄소 환원 반응에서 널리 활용되는 촉매인 은과 니켈 단원자 촉매가 이산화탄소 활성화 반응에 서로 다른 속도 결정 단계를 가짐을 규명하였다.

 

기후 변화에 대응할 핵심적인 기술로 여겨지는 전기화학적 이산화탄소 환원은 반응 도중 수많은 중간체들이 생성되어 복잡한 반응 경로를 나타내므로 목표하는 생성물을 얻기 위해서는 각 단계에 대해 세부적인 이해가 필요하다.

 

본 공동연구팀은 은 및 니켈 단원자 촉매 전극에서 이산화탄소를 일산화탄소로 전환하는 과정의 속도 제한 단계를 밝히기 위해 실험 및 이론적 분석을 진행하였다. 이산화탄소 이동 제한을 줄이고 부분 압력을 유연하게 제어할 수 있는 MEA 전해조를 통해 두 촉매가 서로 다른 속도 제한 단계를 가지고 있음을 실험적으로 관찰하였고, 인가 전압을 모사할 수 있는 대정준 앙상블 밀도범함수 이론 (GC-DFT, Grand-Canonical Density Functional Theory) 계산을 통해 은 촉매는 이산화탄소로의 전자 전달 단계가, 니켈 단원자 촉매는 후속 양성자 전달 단계가 속도 제한 단계임을 이론적으로 규명하였다.

 

 

본 연구는 탄소중립산업핵심기술개발 사업과 이공분야 대학중점연구소지원 사업의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 국제 저명 학술지 ‘Nano Energy’ (Impact Factor: 17.6, JCR 상위 5.2%)에 게재되었다.

 

논문 제목: Understanding the first activation step of electrochemical CO2 reduction over Ag and Ni-N-C active sites

논문 링크: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285524004762

연구실 홈페이지: https://www.seoinback.com