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Research

탄소중립을 위한 고성능 에틸렌 생산 전기화학 이산화탄소 환원 촉매 개발

  • 조회. 124
  • 등록일. 2021.06.21
  • 작성자. 대외협력팀

DGIST 남대현 교수, 서울대 주영창 교수·이건도 교수 연구팀, 이산화탄소로 고부가가치 화학원료 제작하는 탄소중립 핵심기술 개발
Nature Communications에 논문 게재.. 향후 신재생 에너지 기반 이산화탄소 변환 기술의 상용화 가능성 기대돼

 

[크기변환][포맷변환]관련사진1.(왼쪽부터) 서울대학교 재료공학부 주영창 교수, DGIST 에너지공학전공 남대현 교수, 서울대학교 재료공학부 이건도 교수
[(왼쪽부터) 서울대학교 재료공학부 주영창 교수, DGIST 에너지공학전공 남대현 교수, 서울대학교 재료공학부 이건도 교수]

 

 DGIST 에너지공학전공 남대현 교수는 서울대학교 재료공학부 주영창 교수와 이건도 교수로 구성된 연구팀과 함께 촉매 표면 안정화 기술을 기반으로 에틸렌 생산 고성능 이산화탄소 전기환원 촉매 개발에 성공했다고 밝혔다. 

 최근 파리 기후 변화 협약과 탄소중립에 대한 에너지, 환경 이슈가 증가하면서 대기 중의 이산화탄소를 포집하여 에틸렌과 같은 고부가가치 화합물로 전환하는 전기화학 촉매의 역할이 매우 중요해지고 있다. 에틸렌은 플라스틱, 고무, 각종 건축자재 등 활용가치가 매우 높아 산업의 쌀로 불리는데, 기존 생산 방식은 석유를 정제하는 것으로 많은 온실가스를 배출한다. 구리(Cu) 촉매를 이용한 전기화학 반응을 통해 온실가스인 이산화탄소를 에틸렌으로 전환할 수 있지만 기존 보고된 구리 촉매들은 에틸렌 선택도가 낮을 뿐 아니라, 반응환경에서 표면 구조가 망가져 수명이 매우 짧은 문제가 있어 활성도와 안정성에서 모두 획기적인 개선이 필요한 상황이다.

 이에 연구팀은 금속 제련에 사용되는 부두아 반응 (Boudouard reaction)에서 핵심 원리를 착안하여 구리 나노 입자 표면에 수 나노 두께의 얇은 탄소막을 정밀하게 형성하는 기술을 개발하였고, 이를 전기화학 이산화탄소 환원 반응에 응용하여 우수한 에틸렌 생산 효율을 얻을 뿐 아니라 안정성을 획기적으로 향상시킨 전기화학 촉매 구현에 성공했다. 연구팀은 이로써 이산화탄소를 고부가가치 화합물로 전환하는 탄소중립 기술 상용화에 한걸음 다가갈 수 있을 것으로 기대된다고 밝혔다.

 한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 미래소재디스커버리사업, 유용물질 생산을 위한 Carbon to X 기술개발사업 등의 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 6월 21일(월) 게재됐다.

 

[그림 1] 구리 촉매의 탄소막 형성 메커니즘 모식도

구리 촉매의 탄소막 형성 메커니즘 모식도

 

[그림 2] 이산화탄소 전환 성능 평가

이산화탄소 전환 성능 평가

 

콘텐츠 담당 담당부서  :   대외협력팀 ㅣ 053-785-1135