문준혁 교수팀, 수소 생산과 메탄 자원화를 잇는 전기화학 촉매 스크리닝 전략 제시
물을 전기로 분해해 수소를 얻는 수전해(water electrolysis)는 청정 수소 생산의 핵심 기술이다. 그런데 수전해 셀에서 음극이 수소를 만드는 동안, 양극에서는 대개 산소 발생 반응(OER)이 일어난다. 이 OER은 반응 속도가 느려 전체 효율의 발목을 잡는다.
문준혁 교수 연구팀은 OER을 값싸고 풍부한 메탄(CH₄) 산화 반응으로 대체하는 연구를 수행했다. 문준혁 교수 연구팀은 우수한 촉매를 경험적으로 탐색하는 기존 방식 대신, 두 가지 명확한 기준을 세워 촉매를 선별하는 Two-criterion descriptor 전략을 제안했다. 두 기준은 첫째, 촉매 표면 산소종의 열역학적 안정성이다. 둘째, 메탄 C–H 결합 활성화 장벽이다. 연구팀은 이 두 조건을 15종의 루타일형 금속산화물에 적용해, 두 기준을 모두 만족하는 최적 촉매로 RuO₂를 도출했다.
나아가 연구팀은 반응 중간체를 실험적으로 규명하는 연구도 병행했으며, 표면 산소종 매개 메탄 활성화 및 C–C 결합 형성 메커니즘을 밝혀냈다. 이 연구를 주도한 최지윤 연구원은 "이번 연구는 전기화학적 메탄 산화 촉매의 두 핵심 기준을 제시하고, 그동안 명확히 확인되지 않았던 C–H 활성화와 C–C 결합 형성 과정을 실시간으로 추적했다는 데 의미가 크다."라며 연구의 의미와 함께 앞으로의 포부를 밝혔다. 본 연구는 국제학술지 Chemical Engineering Journal에 게재되었다 (IF: 13.2, JCR 상위 4.54%).
<전극 전위에 따른 RuO₂ 표면 산소종의 형성과 메탄 산화 반응>
<Two-criterion 촉매 스크리닝 및 Operando Raman 기반 메탄 산화 경로>
논문 링크: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894726065204 연구실 SNS 링크: https://x.com/MoonLabKU
연구실 홈페이지: http://moonlab.korea.ac.kr/
| 