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이달의 우수논문 (JCR상위 1%이내)-박현웅 교수

등록일
2020-04-03 11:32
작성자
관리자
조회수
913
게시기간
2020-04-06 ~ 2025-04-30
□ Electrocatalytic arsenic oxidation in bicarbonate solutions combined with CO2 reduction to formate
    (중탄산염 용액에서의 전기화학적 비소 산화와 이산화탄소 전환 동시구동 시스템)

- 교신저자: 박현웅 교수(에너지공학부)
- 제1저자: 최원정 박사과정(에너지공학부)
- 공동저자: 김민주(에너지공학부), 김병주(에너지공학부)-경북대학교 / 박이슬(부경대학교), 한동석(카타르대학교), M.R. Hoffmann(캘리포니아공과대학교)
- JCR 상위 0.959%, IF=14.229
- Applied Catalysis B: Environmental 게재예정(2020. 5. 15.)

* 자료제공: 경북대 IR센터
* Web of Science 및 SCOPUS DB에 새롭게 등록된 논문

본 연구는 태양광을 전원으로 하는 전기화학적 비소산화-이산화탄소환원반응 동시구동시스템에 대한 연구를 목적으로 하고 있다. 서로 다른 조건에서 최적화되어 있는 두 고부가가치성 반응을 동시구동하기 위해 각각의 반응에 대한 실험을 먼저 진행하였고 이후에 최적화된 반응과 비교하여 성능 저하 없이 두 반응을 동시구동하는데 성공하였다.

이산화탄소를 환원하여 부가가치가 높은 탄소화합물로 전환하는 기술은 대기 중의 이산화탄소를 저감할 뿐만 아니라 이를 이용해 유용한 화학물질을 생산한다는 측면에서도 주목 받고 있어 광전환, 광전기화학적 전환, 전기화학적 전환 등 다양한 방법을 이용해 연구가 진행 중이다.
본 연구에서는 전기화학적 방법으로 이산화탄소에서 개미산만을 선택적으로 생산하기 위한 전기촉매를 개발하였으며 해당 촉매를 이용하여 전류효율 100%로 이산화탄소를 개미산으로 전환하는데 성공하였다. 또한 이산화탄소전환반응의 상대 반응으로 이산화탄소 전환반응에 널리 쓰이는 중탄산염 전해질에 적용하기 적합하고 환경적으로 큰 이슈인 독성물질인 비소산화반응을 선택하였다.

비소 산화 반응의 효율을 향상시키기 위해 전해질에 염소이온을 첨가하였고 염소이온이 산화한 RCS(Reactive Chlorine Species)가 용액 중에서 비소 산화를 매개하고 염소이온으로 환원되는 산화제 역할을 함을 증명하였다. 이때 전해질 내에 염소이온이 포함되지 않았을 때와 비교하여 비소 산화의 전류 효율은 2배 향상되었다.

두 반응을 동시구동하기위해 셀 저항과 전기촉매의 성능차이 등 다양한 요소를 고려하여 결합 이후에도 이전의 반쪽 반응과 비교하여 성능의 차이가 거의 없는 산화환원 시스템을 구성하였으며 이를 태양전지를 이용해 외부 전원 없이 성공적으로 구동하였다.

이번 연구를 통해 비소 산화와 이산화탄소 전환에 대한 각각의 기술 뿐만 아니라 서로 다른 두 반응을 성능 저하 없이 동시구동하는 기술을 확보하여 다양한 고부가가치성 산화환원 반응에 적용이 가능할 것으로 기대된다.

경북대 에너지공학부 박현웅 교수 연구실에서는 태양광을 주요한 에너지원으로 하여 물 산화와 이산화탄소 전환을 이용해 친환경 연료 및 화학물질을 생산하기 위한 촉매연구와 함께 수중 환경 내 독성물질의 독성 완화 및 제거를 위한 촉매 연구를 진행중이다.

<왼쪽부터 박현웅 교수, 최원정 박사>