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신현호 박사(지도교수: 임동권), 암모니아 합성을 위한 고효율 가시광 광촉매 개발
2023.08.17 Views 437
신현호 박사 (지도교수 임동권), 암모니아 합성을 위한 고효율 가시광 광촉매 개발
태양광을 활용한 광촉매를 통해 질소(N2)를 암모니아(NH3)로 전환하는 방법은 Haber-Bosch 공정에서 소비되는 상당량의 에너지를 줄일 수 있는 유망한 접근 방법이다. 본 연구에서는 N2의 고정 성능이 우수한 Ti3C2 MXene과 가시광선 영역의 빛을 흡수하는 금 나노입자(AuNPs)를 NH3 합성에 활용하였다. 환원된 나노 크기의 Ti3C2 MXene과 AuNPs 간의 이형접합체(AuNP-nano-Ti3C2 heterozygotes)의 형성을 확인하였으며, 기존에 보고된 마이크로 크기의 Ti3C2 MXene과 AuNPs 복합체보다 약 4.4 배 높은 광촉매 활성을 확인하였다. 이와 같이 향상된 광촉매의 성능은 AuNPs의 향상된 광 흡수 및 나노 크기의 Ti3C2 MXene에 의한 효과적인 N2 고정에서 비롯되었으며, 이는 가스 크로마토그래피 분석 및 촉매, 농도, pH, scavenger와 관련된 다양한 조건 실험의 수행을 통해 조사되었다. 그 결과 AuNP-nano-Ti3C2가 이전에 보고된 광촉매보다 최소 13배 이상 높은 양의 NH3 를 생성할 수 있음을 확인하였다.
실용적인 광촉매의 적용을 위해 다양한 재료와 설계 전략들이 연구되어 왔으나 부족한 광활성에서 기인하는 저효율의 광반응으로 인해 광촉매 성능을 개선하는데 한계가 있었다. 본 연구에서는 NH3의 최대 합성을 위한 높은 가시광 흡수와 N2 고정 효율을 위해 AuNP-nano-Ti3C2를 개발하였다. 본 연구의 결과는 기존의 보고된 TiO2 기반 광촉매 대비 약 67배, BiOBr 기반 광촉매 대비 약 51배, tungsten oxide 기반 광촉매 대비 약 27배, AuRu 합금 대비 약 52배, MOF 기반 광촉매 대비 약 15배, MXene 기반 광촉매 대비 약 158배의 상당히 높은 NH3 생성량을 보여주기 때문에, 태양광을 이용하여 N2를 NH3로 광환원하는 광촉매로써 AuNP-nano-Ti3C2는 상당한 잠재력을 가지고 있다.
본 연구 결과는 지난 2023년 8월 7일 “Gold and nanosized titanium carbide MXene heterozygotes as highly efficient visible-light responsive photocatalysts for ammonia synthesis”의 제목으로 Carbon (IF: 11.307)에 온라인 게재되었다.
실용적인 광촉매의 적용을 위해 다양한 재료와 설계 전략들이 연구되어 왔으나 부족한 광활성에서 기인하는 저효율의 광반응으로 인해 광촉매 성능을 개선하는데 한계가 있었다. 본 연구에서는 NH3의 최대 합성을 위한 높은 가시광 흡수와 N2 고정 효율을 위해 AuNP-nano-Ti3C2를 개발하였다. 본 연구의 결과는 기존의 보고된 TiO2 기반 광촉매 대비 약 67배, BiOBr 기반 광촉매 대비 약 51배, tungsten oxide 기반 광촉매 대비 약 27배, AuRu 합금 대비 약 52배, MOF 기반 광촉매 대비 약 15배, MXene 기반 광촉매 대비 약 158배의 상당히 높은 NH3 생성량을 보여주기 때문에, 태양광을 이용하여 N2를 NH3로 광환원하는 광촉매로써 AuNP-nano-Ti3C2는 상당한 잠재력을 가지고 있다.
본 연구 결과는 지난 2023년 8월 7일 “Gold and nanosized titanium carbide MXene heterozygotes as highly efficient visible-light responsive photocatalysts for ammonia synthesis”의 제목으로 Carbon (IF: 11.307)에 온라인 게재되었다.
