수소생산과 바이오매스 경제성이 조합된 광전기화학전지

전문가 제언

○ 전형적 수소 생성 광전기화학전지(PEC)에서, 음극에서 물의 환원으로 수소의 생성은 양극에서 물의 산화로 산소의 생성이 수반된다. 그렇지만 이 양극반응은 반응속도론적으로 유리하지 못하다. 저자들은 한 PEC의 양극에서 5-수산화메틸푸루푸랄(HMF)을 2,5-푸란디카복실산(FDCA)으로 산화를 수행하여 바이오매스전환을 위한 태양에너지활용의 가능성을 연구했다. HMF는 바이오매스전환의 주된 중간생성물이고, FDCA는 많은 폴리머들의 생성을 위한 중요한 단량체이다.

 

○ 저자들은 한 매개체와 촉매로서 TEMPO를 사용하여 HMF의 FDCA로 전기화학적 산화는 귀금속촉매들의 사용 없이 주위환경에서 거의 100% 수율과 FE로 달성할 수 있었다. 이 반응은 열역학적/ 반응속도론적으로도 물산화보다 더욱 유리하다. 그들의 결과는 태양 추진 바이오매스전환은 태양 연료생성을 위하여 제작된 PECs의 효율성과 활용성모두를 증가시키는 실행 가능한 양극반응이 될 수 있었다. 이 PEC에서, n-형 BiVO4는 전자 홀 쌍들을 발생/분리하도록 광-양극으로서 사용되었다.

 

○ 국내에서는 대학들에서 물 전기분해용 촉매인 귀금속 프리 “망간인산염”을 개발하고, 태양광수소발생반응에서 실리콘나노구조도 연구하고 있다. 그렇지만 저렴한 촉매개발로 실용화는 미진한 상태이다. 국내외를 막론하고 이연구의 TEMPO 매개 HMF의 산화가 저렴한 탄소 펠트전극들로 효율적으로 성취된 연구는 최초이다. 탄소 펠트전극의 높은 표면적은 단위면적당 발생된 전류밀도를 증가시키는 광전기화학전지의 양극반응에 유리하며 광-양극의 응용성도 대단히 크다.

 

○ HMF의 TEMPO로 중재된 산화가 태양 연료생성을 위하여 제작된 PECs의 유용성뿐만 아니라 효율성도 증가시킬 수 있는 PECs의 양극반응에 대한 실행가능성을 확정했다. 더 우수한 광-전극들이 개발될 때, HMF의 광산화와 물의 광환원은 외부적인 바이어스 전위 없이 가능할 것이다. 이들 고무적인 결과들에 기초하여, 더욱 다양한 바이오매스전환과 유기합성반응들은 획기적인 PECs의 양극반응들의 연구 개발로 그 실용화를 극대화해야만 할 것이다.

 

저자

Hyun Gil Cha and Kyoung-Shin Choi

자료유형

학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

화학·화공

연도

2015

권(호)

7()

잡지명

Nature Chemistry

과학기술
표준분류

화학·화공

페이지

328~333

분석자

여*현

분석물

• 수소생산과 바이오매스 경제성이 조합된 광전기화학전지.pdf [488,241 byte]

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