초록 ▼

1. 서론



이산화탄소(CO2)의 전기화학 촉매 환원법은 신재생에너지를 고부가가치의 화학물질로 저장하기 위한 유망한 접근법으로, 최근 그 관심이 모이고 있다.[1] 원자들 간의 화학적 결합 안에 에너지를 저장하는 방법은 매우 매력적으로, 온실가스로 주목을 받던 이산화탄소를 오히려 변환하여 연료로 탈바꿈하려는 시도들이 연구된다.[2] 아직 에너지 효율 면에서 많은 장애물이 존재하는데, 반응의 선택도 및 활성을 높여야 할 필요가 있고 전극 및 구동되는 시스템의 안정성 면에 대한 연구들이 미비한 상태이

1. 서론



이산화탄소(CO2)의 전기화학 촉매 환원법은 신재생에너지를 고부가가치의 화학물질로 저장하기 위한 유망한 접근법으로, 최근 그 관심이 모이고 있다.[1] 원자들 간의 화학적 결합 안에 에너지를 저장하는 방법은 매우 매력적으로, 온실가스로 주목을 받던 이산화탄소를 오히려 변환하여 연료로 탈바꿈하려는 시도들이 연구된다.[2] 아직 에너지 효율 면에서 많은 장애물이 존재하는데, 반응의 선택도 및 활성을 높여야 할 필요가 있고 전극 및 구동되는 시스템의 안정성 면에 대한 연구들이 미비한 상태이다. 일반적으로, 이산화탄소를 전기화학적으로 환원시키는 경우 일산화탄소, 메탄, 메탄올, 에탄올, 에틸렌 등 다양한 화합물이 만들어질 수 있다.[3] 원하는 생성물을 얻기 위해서는 적합한 좋은 활성을 가지는 전기화학 촉매들이 점차 개발되어야 하고 연구가 필요하다. 최근 이산화탄소의 전기화학 환원법 연구 동향은 크게 ‘촉매물질 연구’ 및 ‘반응기 시스템 연구’로 구분된다고 할 수 있다(수계 전해질 내에 녹을 수 있는 반응물 이산화탄소의 양이 한정적이라, 고활성？고전류밀도를 얻기 위한 반응기 디자인에 대한 관심이 집중되고 있다).[4] 산업화 단계까지 가기 위해서는 앞으로 많은 발전이 필요할 것으로 판단되며, 이 보고서에서는 이산화탄소의 전기화학적 환원반응에 대해 살펴보고, 반응 메커니즘 및 적용되고 있는 다양한 종류의 전기화학 촉매 전극물질들에 대해 집중적으로 살펴보고자 한다. 특히, 이산화탄소를 환원시켜 일산화탄소(CO) 및 포름산(HCHOO) 등 탄소 1개를 포함한 생성물 외에도, 탄소 원자 2개 이상의 고에너지 및 고가의 연료(C2+ product)까지 합성해내고자 할 때 탄소-탄소 결합을 형성시킬 수 있는 촉매 능력이 필수적이다.[5] 본 보고서에서는 초기 이산화탄소 분자가 촉매 표면에 흡착하여 활성화되고, 이어서 탄소-탄소 결합이 형성되는 과정에 영향을 끼치는 1) 촉매물질의 종류 및 표면 구조,[6] 2) 전해질 효과(pH, buffer 강도, 전해질 이온 효과 등) 및 물질 전달 요인들 사이의 복잡한 상호작용에 대해 차례대로 살펴보고자 한다.[7] 이 복잡한 현상들은 현재까지 완전히 이해되지는 않고 있지만, 최근 개발되고 있는 실시간(in-situ) 분석법들과 함께 이해되고 있는 내용을 같이 논의해보고자 한다.



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