이산화탄소를 에탄올로 선택적으로 광전기환원시키는 새로운 촉매

2023년 3월 17일

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작성자: Li Yuan, 중국과학원

햇빛을 사용하여 이산화탄소(CO2)로부터 귀중한 화학 물질과 연료를 생산하는 인공 광합성(AP)은 태양 에너지 저장과 음의 탄소 순환을 달성하기 위한 유망한 전략입니다.

그러나 인공 광합성은 매우 복잡하며 여러 순차적 및 병렬 단계를 포함합니다. 게다가 열역학적으로 유리한 C1 제품은 여러 AP 중간체에서 생산될 수 있으므로 CC 결합을 포함하는 대상 화학 물질을 선택적으로 생산하기가 어렵습니다.

최근에는 교수가 이끄는 연구팀이 있습니다. 중국과학원 상하이 고등연구소(SARI)의 Chen Wei와 Wei Wei는 효율적인 CO2 광전기환원을 위한 새로운 그래핀/탄화규소(SiC) 촉매를 개발했습니다.

결과는 Angewandte Chemie International Edition에 게재되었습니다.

SiC 기판, 계면층(IL) 및 몇 층의 그래핀 오버레이로 구성된 제안된 복합 촉매는 CC 커플링을 위한 활성 중간체의 정밀한 제어를 달성하는 데 도움이 될 수 있습니다.

최적의 IL 구조는 SiC 기판에서 생성된 광전자가 그래핀 오버레이의 활성 사이트로 쉽게 전달되도록 합니다. 반응 중간체는 활성 부위에서의 강력한 흡착과 그래핀 표면의 높은 전자 밀도로 인해 효율적으로 형성되고 안정화될 수 있습니다.

연구진은 CC 결합을 선호하여 CH3OH 형성이 크게 억제된다는 사실을 발견했습니다. 따라서 C2H5OH는 작은 바이어스(-50mV 바이어스 vs. Ag/AgCl) 및 주변 조건으로 시뮬레이션된 태양광 조사 하에서 >99%의 선택성과 17.1mmol gcat-1h-1의 CO2 전환율로 독점적으로 생성되었습니다.

따라서 CO2로부터 C2 생성물을 생성하는 최적 촉매의 광전기촉매 성능은 최신 AP 촉매의 광전기촉매 성능보다 최소 2배 이상 높았습니다.

추가 정보: Guanghui Feng 외, 그래핀/탄화규소 복합재에 대한 이산화탄소의 에탄올로의 고도로 선택적 광전기 환원, Angewandte Chemie International Edition(2023). DOI: 10.1002/anie.202218664

저널 정보:응용화학 국제판

중국과학원 제공