초록 ▼

연구개요
본 연구는 구리 (Cu) 합금으로 이루어진 이산화탄소 (CO₂) 환원 촉매를 광전극과 일체화하여 빛 에너지로 CO₂를 일산화탄소 (CO) 또는 포름산 (HCOOH) 등 고부가가치 화합물로 변환하는 소자를 개발하는 것이다.

연구 목표대비 연구결과
<연구 1> Cu 기반 합금 촉매 소재 개발
연구 1은 낮은 과전압과, 높은 선택도를 갖는 Cu 합금 촉매를 개발 하고, 반응 매커니즘을 규명하는 것이다. 당초 목표했던 CO₂ 합금 촉매의 목표

연구개요
본 연구는 구리 (Cu) 합금으로 이루어진 이산화탄소 (CO₂) 환원 촉매를 광전극과 일체화하여 빛 에너지로 CO₂를 일산화탄소 (CO) 또는 포름산 (HCOOH) 등 고부가가치 화합물로 변환하는 소자를 개발하는 것이다.

연구 목표대비 연구결과
<연구 1> Cu 기반 합금 촉매 소재 개발
연구 1은 낮은 과전압과, 높은 선택도를 갖는 Cu 합금 촉매를 개발 하고, 반응 매커니즘을 규명하는 것이다. 당초 목표했던 CO₂ 합금 촉매의 목표 특성은 faradaic efficiency > 80%, 과전압 < 0.5 V 이다.
결과: (1) Cu-Ag 촉매를 이용해서 faradaic efficiency ~80%, 과전압 ~0.4V를 달성했다. (2) Cu-Sn 촉매를 이용해서 faradaic efficiency ~90%, 과전압 ~0.4V를 달성했다.
<연구 2> 광전기화학적 이산화탄소 환원 소자 개발
연구 2는 광전기화학적 CO₂ 환원 소자를 구현하여 onset-potential > 0 V_RHE 을 달성하는 것이다.
결과: GaN 나노와이어가 성장된 Si 광전극과 CuS 촉매를 사용해서 onset-potential (-0.2 V_RHE)을 구현했다. 또한, 동일한 광전극 위에 Bi 촉매를 사용해서 onset-potential (0.2 V_RHE)를 달성했다.

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 전기화학적 CO₂ 환원 반응을 위해서는 외부에서 생성된 전기를 사용해야 하고 시스템의 복잡성에 의한 설치의 제약과 에너지 변환 손실이 발생한다. 이러한 문제점들은 본 연구에서 제안하는 구리 합금 촉매의 설계 및 메커니즘 규명 연구와 광전극 일체화 공정 개발로 해결할 수 있다.

- 본 과제수행 연구개발결과는 향후 광전기화학적 소자에 적용 가능한 촉매 구조와 에너지 변환 과정에서 오염 물질이나 에너지 손실이 없는 청정에너지 기술 발전에 기여할 수 있다.

- 본 과제수행을 통해서 발표된 연구논문은 우수한 faradaic efficiency와 과전압의 특성을 보이고 있음이 인정되어 유수의 SCI저널에 출판되었다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• (1) 연구개발의 필요성 ... 3
• (2) 연구 목표 및 범위 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• (1) 구리(Cu)-주석(Sn) CO2 환원 촉매 연구 (ACS Appl. Energy Mater. 2020, 3, 10568) ... 4
• (2) 구리(Cu)-은(Ag) CO2 환원 촉매 연구 (ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 18905) ... 5
• (3) 갈륨질화물/실리콘(GaN/Si)과 구리 황화물(CuS) 광전극 개발 (SCI 저널 논문 투고/수정중) ... 6
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 7
• 4. 참고문헌 ... 8
• 5. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 8