물을 분해하여 수소를 생성하는 새로운 방법 -- 깨끗한 연료원

과학자들은 탄소 중립을 향해 나아가기 위해 수소와 같은 깨끗한 연료원을 긴급히 찾고 있습니다. 물을 수소로 분해하는 광촉매 반응의 효율성을 개선하기 위한 획기적인 진전이 도호쿠 대학, 도쿄 과학 대학, 미쓰비시 머티리얼 주식회사의 연구진에 의해 이루어졌습니다.

"물 분해 광촉매는 햇빛과 물에서만 수소(H2)를 생산할 수 있습니다. " 이 프로젝트의 수석 연구원인 유이치 네기시 교수(도호쿠 대학)가 설명했습니다. "하지만 이 과정은 실용적인 응용 분야에 충분히 최적화되지 않았습니다. 활동을 개선할 수 있다면 수소를 활용해 차세대 에너지 사회를 실현할 수 있습니다."

연구팀은 약 1nm의 입자 크기를 가진 초미립자 로듐(Rh)-크롬(Cr) 혼합산화물(Rh 2-x Cr x O 3 ) 조촉매(실제 반응 부위이자 산소와 H 2 개질하여 다시 물을 만드는 것을 멈추는 핵심 성분)를 사용하는 새로운 방법을 확립했습니다. 그런 다음 광촉매(햇빛과 물을 사용하여 반응 속도를 높임)에 결정 면 선택적으로 적재합니다. 이전 연구에서는 이 두 가지 업적을 단일 반응으로 달성할 수 없었습니다. 광촉매의 특정 영역에도 배치할 수 있는 작은 조촉매입니다.

더 작은 입자 크기가 중요한데, 그 이유는 공촉매의 비표면적이 증가하여 적재된 공촉매 양에 따른 활성이 크게 향상되기 때문입니다.

또한 면 선택적 로딩도 중요한데, 그렇지 않으면 무작위로 배치된 조촉매가 원하는 반응이 일어나지 않는 결정 면에 위치하게 될 수 있기 때문입니다.

F-NCD법으로 제조된 광촉매(Rh 2-x Cr x O 3 /18-STO (F-NCD))에서 공촉매의 입자 크기, 로딩 위치, 전자 상태를 기존법으로 제조된 공촉매와 비교하였습니다.

전반적으로 새로운 방법으로 제조된 광촉매는 2.6배 더 높은 물 분해 광촉매 활성을 달성했습니다.

그 결과 생성된 광촉매는 현재까지 스트론튬 티타네이트에 대해 달성된 것 중 가장 높은 겉보기 양자 수율을 보였습니다.

이 놀라운 방법은 이산화탄소와 같은 유해한 부산물 없이 수소를 생성하는 우리의 능력을 향상시켰습니다. 이를 통해 우리는 수소를 더 풍부하고 녹색 에너지원으로 활용하여 모두가 조금 더 편안하게 호흡할 수 있게 될 것입니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241007115442.htm