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에너지활용연구실

1. 연구실 소개

 

신재생에너지 (연료전지, 태양전지, 가스화 등) 발생 촉진 및 대기중의 환경오염물 (VOCs, NOx, SO2 등)의 경감을 위한 촉매의 개발과 그 기작과정의 원리를 규명합니다.

2. 연구분야

 

물리화학 > 표면 및 계면 > 촉매

 

3. 연구활동

 

화석연료나 태양 빛 등으로부터 우리의 실생활에 이용되는 에너지를 얻는 변환 과정에는 기본적으로 여러 가지 물리적, 화학적 반응이 관여하게 된다. 이러한 반응들이 일어나는 과정에서 이용되는 촉매는, 반응 생성물에는 영향을 주지 않으나, 반응속도 및 생성물의 수득량에 큰 영향을 끼친다. 촉매의 표면 및 계면에서 일어나는 반응은 일반적으로 여러 단계의 기작과정을 거치며, 이 중 특정 단계는 에너지 변환 효율에 직접적으로 관여한다.
 
특히 알코올 (메탄올, 에탄올 등)의 부분적 산화 생성물인 수소는 매우 적은 양으로도 많은 에너지를 발생시킬 수 있고, 무엇보다도 부가적인 환경오염물을 수반하지 않기 때문에 차세대 에너지원으로 각광을 받고 있으며, 대기의 주 오염원 배기가스인 NOx나 SO2, 그리고 휘발성 유기물 (VOCs)과 같은 기체 분자들의 분해는 환경오염 방지 차원에서 큰 관심을 받고 있다. 따라서 신재생 에너지의 발생과 유해물질 분해시 촉매 표면에서는 어떠한 일이 일어나고, 또한 어떤 과정이 반응속도나 발생 및 분해 효율에 가장 큰 영향을 미치는지를 밝혀내는 것이 매우 중요하다.
 
본 연구실에서는 이와 같은 현상을 관찰 및 규명해내기 위하여, Temperature Programmed Desorption (TPD), Temperature Programmed Reduction (TPR), X-ray photoemission spectroscopy (XPS) 등의 표면분석 기법을 통한 이형 금속 산화물 촉매인 TiO2, ZnO, VOx, WOx 등의 1) 표면 및 계면에서의 기체상 반응시 일어나는 산화와 환원 기작 분석, 2) 금속 이온 혹은 비금속 이온의 도핑 혹은 수소와의 반응으로 환원된 표면과 같은 개질 변화 혹은 모양 변형, 3) 광반응을 통한 신재생 에너지원 발생 효율 향상 및 환경오염물 경감 등의 연구를 수행하고 있고 아래의 예시들과 같은 소기의 성과를 거두고 있다.
 

 

(Boseong Kim et al., Phys. Chem. Chem., Phys., 2012, 14, 15060.)

(Boseong Kim et al., J. Phys. Chem. C, 2012, 116, 1145.)

(Yu Kwon Kim et al., J. Phys. Chem. C, 2011, 115, 18618.)

(모양이 변형된 촉매의 SEM 이미지. 좌: ZnO nanorods, 우: TiO2 {001} nanosheets)

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