Translate

2018년 9월 24일 월요일

이산화탄소 전기 촉매 반응의 첫 단계가 밝혀지다.



(Visualization of a shift from air-polluting economy based on fossil fuels to clean economy based on renewable energy, which is facilitated by electrocatalytic conversion of abundant CO2 to fuels and other useful chemicals. The bottleneck of this reaction is activation of a linear CO2molecule to adsorbed carboxylate CO2? with a chair-like geometry. Credit: Irina Chernyshova & Sathish Ponnurangam/Columbia Engineering)



 과학자들이 이산화탄소를 유용한 화학 물질로 바꾸는 화학 반응의 첫 번째 단계를 알아 냈습니다. 콜롬비아 대학의 연구팀은 surface enhanced Raman scattering (SERS) 기술을 이용해서 전기 촉매 이산화탄소 변환 electrocatalytic CO2 conversion의 첫 과정이 carboxylate CO2라는 사실을 저널 PNAS에 발표했습니다. 


 흔히 생각하는 것과는 다르게 단순한 화학 반응도 사실운 여러 단계를 거쳐 일어날 수 있습니다. 하지만 워낙 쩗은 시간 동안 원자 사이에서 발생하는 일이기 때문에 이를 밝혀내기가 쉽지 않습니다. 이산화탄소 전기 촉매 반응 역시 마찬가지입니다. 


 과학자들은 이미 150년 전부터 이산화탄소와 전기, 촉매를 이용하면 더 유용한 화학 물질을 만들 수 있다는 사실을 발견했습니다. 1869년 전기촉매 반응을 이용해서 이산화탄소를 간단한 포름산으로 만들었던 것입니다. 하지만 이산화탄소 전기 촉매 반응은 비용이 많이 들기 때문에 과거에는 그렇게 적극적인 연구가 이뤄지지는 않았습니다. 상황이 바뀐 이유는 기후변화 문제로 세계 각국이 여분의 이산화탄소를 처리해야할 긴박한 이유가 생겼기 때문입니다. 


 이산화탄소는 탄소와 산소가 매우 단단하게 결합해서 이를 변형시키려면 많은 에너지가 필요합니다. 따라서 이산화탄소 변환 연구의 핵심은 낮은 에너지에서 이산화탄소를 다른 물질로 쉽게 변환시킬 수 있는 촉매 개발입니다. 하지만 이산화탄소 전기 반응 단계에 대해서 잘 모르다보니 무작위적인 실험이 진행될 수밖에 없었습니다. 


 콜롬비아 대학의 연구팀은 CO2 electroreduction의 첫 단계가 카르복실화 되는 과정임을 확인했습니다. 이를 파악하므로써 과학자들은 더 효과적인 전기 촉매 개발이 쉬워질 것으로 기대하고 있습니다. 구체적으로 어떻게 변형해야 한다는 것을 알면 저렴하고 효과가 좋은 촉매 개발도 앞당겨 질 것으로 예상됩니다. 이산화탄소처럼 현재 산업에서 풍부하게 생성되는 원료를 이용한 화학 산업은 변환 비용만 저렴하다면 앞으로 큰 가능성이 있습니다. 단순히 온실가스만 감축하는 것이 아니라 한 걸음 더 나갈 수 있다는 이야기죠. 


 참고 


Irina V. Chernyshova el al., "On the origin of the elusive first intermediate of CO2 electroreduction," PNAS (2018). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1802256115


댓글 없음:

댓글 쓰기