Electrocatalysis for H2, O2 & CO2   

인류의 증가와 과학의 발전으로 산업화가 진행되고 공장, 자동차 등 인류의 편리를 위해 개발한 문명화된 기술과 에너지를 사용함에 따라 불가항력으로 환경 오염이라는 단점이 생기게 되었다. 대표적으로 화석 연료의 사용은 CO2증가와 각종 대기 오염물질을 발생시켰으며, CO2증가로 인해 지구는 점점 더워지는 지구온난화가 진행중이고, 오염물질들은 자연 순환 시스템에 의해 물과 토양에도 영향을 끼치면서 여러 환경 오염 문제를 낳고 있다. 이러한 문제점을 무시하고 그대로 둔다면 지구 환경의 오염은 더욱 가속화될 것이며, 결국 지구의 일부로 살아가고 있는 인류의 미래 또한 심각한 위험에 직면할 것이다. 이미 우리는 미세먼지, 황사. 물 부족 등 으로 인한 막대한 환경 오염의 피해를 느끼고 있지 않은가? 그러므로 우리는 안전하고 깨끗한 내일을 위해 친환경적인 연구가 반드시 필요하며, 현재 우리 연구실에서는 다양한 환경 오염에 대한 기술을 연구하고 있다.

우리 연구실에서 진행하고 있는 연구는 다음과 같다.

먼저 지구온난화의 주범이자 화석 연료 사용 시 가장 많이 생산되는 CO2 가스 감축을 위한 CO2 포집 및 전환 기술이 연구되고 있다. 공장 등에서 발생하는 가스에서 CO2 가스를 흡착하는 흡착제를 개발하여 CO2의 배출을 막아 대기 중으로의 CO2 유입을 막을 수 있고, 흡착하여 확보된 CO2 가스는 흡착제에서 탈착 후 저장했다가 CO2 전환 시설로 옮겨져 에너지 연료, 탄화수소 기반 화학 약품 등의 원료로 사용할 수 있다. 이러한 기술은 CO2 이외에도 황화가스, 질산화가스 등의 여러 대기 오염물질이나 현재 굉장히 큰 사회적 이슈가 되고 있는 미세먼지에도 적용 가능한 친환경 기술로서 반드시 개발이 필요하다.

다음으로는 축전식 탈염기술인 CDI를 연구 중에 있다. 오염된 물을 사용하기 위해서는 세균이나 흙먼지의 여과 이외에도 중금속 이온 등 물에 용해된 오염물을 제거해야 하는데, 이를 위해 전기화학적 반응을 흐르는 물에 적용하여 중금속 이온을 물 속에서 포집함으로써 깨끗한 물을 얻을 수 있는 기술이다.

마지막으로 전기화학적 촉매에 대한 연구를 진행하고 있다. Activation energy를 줄여 목표하고자 하는 반응을 돕는 촉매를 이용하여 우리는 에너지 자원으로 활용할 수 있어 매우 각광받고 있는 분야인데, 앞서 언급했던 CO2 전환 기술 등에 적용하여 전환 촉매로도 활용이 가능하며, 특히 metal-air battery 등 차세대 전지 분야에도 적용이 가능하다.

이러한 친환경 소재 및 시스템에 대한 연구로서, 우선 CO2 capture 분야에서는 2차원 물질인 그래핀이나 alkanoamine을 이용하여 CO2 흡착 물질을 만들었고, CO2 흡착 용량 등 자체 성능 뿐 아니라 CO2에 대한 흡착 선택성 및 반복적 흡탈착 능력, 열적 안정성 등 흡착제로서 필요한 다양한 물성을 향상시키는 연구를 진행하였다. 이는 세계적으로 유명한 EES나 fuel등의 저널에 보고되었다. 또한 이렇게 모은 CO2를 전환하여 재사용하기 위하여 구리로 시트를 만들어서, 합성 연료의 중요 원료인 CO로 변환하는 연구를 진행하였다.

또한 오염된 물을 정화하기 위한 전기화학적 기술인 CDI에 대한 연구를 진행하였다. 매우 많은 양이 얻어지나 쉽게 버려지는 쌀겨를 이용하여 고품질의 탄소 소재를 만든 후 CDI에 적용하였다. 버려지는 물질을 이용해 오염물을 제거하는 방식은 친환경이라는 컨셉에 잘 어울리는 연구이다. 마지막으로 촉매 연구에서는 카본 나노 파이버를 이용하여 기존의 고성능 소재이나 가격이 매우 비싼 백금 촉매를 대체할 만한 친환경촉매를 제조하여 좋은 결과를 얻게 되었다.

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