본교 화공생명공학과 백서인 교수 연구팀 (공동 제 1저자: 정현동 석박통합과정생)은 싱가포르 국립대학 (NUS) Lei Wang 연구팀과 공동연구를 통해 전기화학적 일산화탄소 환원 반응에서 널리 활용되는 구리-은 합금 촉매가 반응 중 상 분리와 비정질 (amorphous) 상태로의 변화를 확인하고, 이러한 무정형 상태의 구리 표면이 에탄올을 생성하는 실제 반응 중의 표면임을 밝혀냈다.

 

전기화학적 일산화탄소 환원은 일산화탄소를 메탄올, 에틸렌, 에탄올 등 고부가가치의 물질로 변화시키는 청정 반응으로 구리 기반의 합금 촉매가 주로 사용되어왔다. 하지만 촉매의 효율적인 설계를 위해서는 실제로 반응이 발생하는 촉매 표면에 대한 심층적인 이해가 필요하다.

 

 

 

본 공동연구팀은 전기화학적 일산화탄소 환원 반응에서 구리-은 합금 촉매의 실제 반응 중 표면을 밝히기 위해 실험 및 이론적 분석을 진행하였다. XRD와 EXAFS 스펙트럼 분석을 통해 반응 중 구리와 은 표면의 상 분리가 일어났으며 결정질의 구리 표면이 비정질 상태로 변화했음을 실험적으로 관찰하였다. 밀도범함수 이론 (Density Functional Theory) 계산을 통해 구리-은 합금 촉매의 실제 반응 중의 표면인 비정질 구리 표면에서 에탄올 생성 반응의 중간체인 CH₃CHO*의 흡착이 에틸렌 생성 반응의 중가체인 O*보다 더 강해 에탄올을 선택적으로 생성함을 이론적으로 규명하였다.

 

 

 

본 연구는 탄소중립산업핵심기술개발 사업과 나노소재기술개발 사업의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 국제 저명 학술지 ‘Nature Communications’ (Impact Factor: 16.6, JCR 상위 7.5%)에 게재되었다.

 

논문 제목: Revealing the Structural Evolution of CuAg Composites during Electrochemical Carbon Monoxide Reduction

논문 링크: https://www.nature.com/articles/s41467-024-49158-4

연구실 홈페이지: https://www.seoinback.com