이산화탄소를 액체 연료로 전환하는 새로운 방법 발견

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이산화탄소를 액체 연료로 전환하는 새로운 방법 발견
작성자/출처: 날짜: 2016-01-08 클릭 수: 199
2016년 1월 7일, 중국과학기술대학교 화학 및 재료과학학부, 허페이 마이크로스케일 물질과학연구소의 셰이이 교수와 쑨융펑테런 교수 연구팀은 《네이처》 저널에 “하이브리드 2차원 초박막 구조를 이용한 이산화탄소의 전기촉매적 환원”에 관한 연구 결과를 발표했습니다. 이 연구는 이산화탄소를 액체 연료로 전환하는 새로운 방법을 제시해 주었습니다. 　　과거에는 이산화탄소를 활성화시키기 위해 많은 에너지가 필요했습니다. 이 세기에 들어서면서 산업화 과정에서 이산화탄소와 같은 온실가스가 대량으로 배출되면서, 지구 온난화의 속도가 점점 빨라지고 있습니다；반면, 재생 불가능한 화석연료의 과도한 소비는 전 세계적인 에너지 위기의 경고음을 울리고 있습니다.이 두 가지 심각한 위협에 대응하기 위해, 최근 과학자들은 화석연료 연소로 인해 발생하는 이산화탄소 배출 과정을 역전시킬 수 있는 다양한 기술들을 찾고 있습니다. 이를 통해 이산화탄소 배출을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 에너지 부족 문제도 완화할 수 있습니다. 　　“이산화탄소의 촉매적 전환에는 광촉매, 전기촉매, 광전촉매 및 수소 가스 결합 등 다양한 방법이 있으며, 저희 연구팀의 이 연구는 성능을 추구하는 것이 아니라 이산화탄소의 전기촉매 환원에 관한 일부 기작 연구에 불과합니다.”어제, 셰이이는 기자와의 전화 인터뷰에서, 전기 촉매 환원 과정을 통해 이산화탄소를 다양한 탄화수소 연료 분자로 전환시켜 메탄, 포름산, 메탄올과 같은 연료를 얻을 수 있다고 말했습니다.하지만 이산화탄소는 매우 안정적이어서, 이산화탄소를 전기적으로 환원하는 과정에서의 병목 현상은 바로 이처럼 높은 안정성을 가진 이산화탄소를 어떻게 활성화시킬 것인가 하는 점입니다. 이를 위해서는 매우 높은 과전압이 필요합니다；그리고 과전위의 존재는 막대한 에너지를 낭비할 뿐만 아니라, 환원 생성물이 선택적으로 감소하는 결과를 초래하기도 한다. 　　일반적으로 귀금속으로 제조된 촉매는 높은 촉매 활성을 가지지만, 높은 가격이 그 대규모 활용을 심각하게 제한합니다.이를 위해 과학자들은 다양한 비교적 저렴한 금속 촉매를 찾고 있습니다. 　　초박막 구조와 금속 산화물의 공존이 더욱 유리하다. 과거의 연구에 따르면, 금속 산화물을 환원시켜 얻은 금속 촉매는 다른 방법으로 제조된 금속 촉매보다 촉매 활성이 높으며, 이산화탄소를 환원하는 데 필요한 전위를 열역학적 최소값까지 낮출 수도 있다.“하지만, 왜 이러한 표면 금속 산화물들이 전기 촉매 성능을 향상시킬 수 있는지는 아직 명확하게 밝혀지지 않았습니다. 그 주된 이유는 과거에 제조된 촉매들에 인터페이스나 결함과 같은 다양한 미세 구조들이 많이 포함되어 있었기 때문입니다. 이러한 미세 구조들로 인해 표면 금속 산화물이 촉매의 금속적 성능에 미치는 영향이 가려지게 되고, 각 성분들의 역할도 명확하게 판단하기 어렵습니다.”셰이이가 말했다. 　　이를 위해 연구팀은 여러 원자층 두께의 금속과 금속 산화물이 혼합된 하이브리드 초박막 구조라는 하이브리드 모델 재료 체계를 구축했으며, 이는 모델이 명확하고 재료가 매우 얇으며 표면 활성 원자가 많다는 특징을 가진다.연구에 따르면, 초박막 구조에 존재하는 표면 코발트 원자는 고체 물질 내의 표면 코발트 원자에 비해 낮은 과전위에서도 더 높은 고유 촉매 활성과 더 우수한 생성물 선택성을 보인다. 또한 코발트 원자층의 부분 산화는 그 고유 촉매 활성을 더욱 증가시킨다. 　　“즉, 금속 원자가 특정한 배열 방식과 산화수를 가질 때 더 높은 촉매 전환 활성을 나타낼 수 있으며, 즉 초박형 2차원 구조와 금속 산화물의 존재가 이산화탄소를 촉매적으로 환원하는 능력을 향상시킨다.”셰이이가 말했다. 　　하지만 이산화탄소를 ‘청정’한 탄화수소 에너지로 전환하는 것은 하루아침에 이루어질 수 있는 일이 아니며, 실용화까지는 아직 갈 길이 멀다.셰이이는 현재 국제적으로 많은 학자들이 이산화탄소의 촉매 변환에 관한 연구를 하고 있지만, 현재의 연구들은 아직 순수한 기초 연구 단계에 머물러 있다고 말했습니다.샤이이는 또한 이산화탄소의 실제적인 활용에 있어서는 촉매 변환 과정 외에도 해결해야 할 많은 어려움들이 있다고 말했습니다. 그중에는 변환 전에 공기 중의 이산화탄소를 포집하고 농축하는 것, 그리고 변환 후에 생성된 물질들을 분리하는 것 등이 포함되며, 이 모든 과정에서 여전히 많은 기술적 장벽들이 존재합니다. http://www.nmtech.com.cn/*nwen_xgyw_xx.asp?path=58&id=174708