새로운 접근 방식으로 한 유형의 청정 연료 생산이 66% 더 효율적이 됨

연구자들은 이산화탄소를 메탄올로 전환하는 더 효율적인 방법을 발견했습니다. 메탄올은 알코올의 일종으로, 더 깨끗한 대체 연료로 사용할 수 있습니다.

실험실에서 메탄올을 합성하는 것은 매우 어려울 수 있는데, 선택하는 데 필요한 반응 경로가 매우 복잡하기 때문입니다. 같은 팀이 이산화탄소로부터 이 귀중한 액체 연료를 제조하기 위해 이전에 시도한 것은 코발트 프탈로시아닌(CoPc) 분자와 전기를 조합한 것이었지만, 이 방법은 이산화탄소의 약 30%만이 메탄올로 전환되기 때문에 비효율적입니다.

메탄올 생산을 더 잘 확장하기 위해 이 연구의 팀은 반응이 일어나는 나노튜브 촉매에 두 번째 물질인 니켈 테트라메톡시프탈로시아닌(NiPc-OCH3)을 추가했습니다. 그들은 이 두 번째 분자를 추가하면 메탄올 생산 효율이 최대 50%까지 증가할 수 있다는 것을 발견했는데, 이는 알려진 다른 모든 공정보다 약 66% 더 나은 수치입니다.

"이 촉매 시스템은 이렇게 높은 선택성으로 메탄올을 생산할 수 있는 몇 안 되는 촉매 시스템 중 하나입니다." 오하이오 주립 대학의 화학 및 생화학 교수이자 이 연구의 공동 저자인 로버트 베이커의 말입니다.

메탄올 생산을 강화하면 과학자들이 액체를 더 빠르고 저렴하게 만들 수 있을 뿐만 아니라 원치 않는 폐기물의 양을 제한하는 데 도움이 될 것입니다. 더 중요한 것은 이러한 유연한 재생 가능 자원에 대한 꾸준한 접근성이 교통 부문을 포함한 일상 생활의 많은 측면을 변화시킬 수 있다는 것입니다.라고 베이커는 말했습니다.

"메탄올은 매우 높은 에너지 밀도를 가지고 있기 때문에 CO 2 감소 에 정말 바람직한 제품입니다 ."라고 그는 말했습니다. "그것은 훌륭한 분자입니다. CO 2 감소 의 모든 가능한 제품 중에서 메탄올은 대체 연료로 사용하기에 훌륭한 후보입니다."

해당 연구는 최근 Nature Nanotechnology 에 게재되었습니다.

과학자들은 연구 결과를 확인하기 위해 합주파수 생성 진동 분광법이라는 기술을 사용해 이산화탄소 분자가 어디에 결합되는지, 그리고 반응 중에 어떻게 움직이는지 분석했습니다.

이산화탄소가 NiPc-OCH3에 주입되면, 연구자들은 촉매 반응에 의해 메탄올로 바뀌기 전에 이산화탄소가 일산화탄소로 변하는 것을 볼 수 있습니다.

이 경우, 연구팀은 두 촉매를 제자리에 고정하고 전기가 반응을 통해 더 원활하게 흐르도록 돕는 탄소 나노튜브가 이산화탄소 분자의 움직임에 영향을 미친다는 것을 확인했습니다. 이러한 튜브는 본질적으로 이 과정에서 반응 중간체를 한 촉매 사이트에서 다음 촉매 사이트로 운반하는 고속도로 역할을 합니다.

베이커는 "나노튜브 촉매의 이중적 특성으로 인해 공정이 매우 효율적으로 진행됩니다."라고 말했습니다.

이 새로운 메탄올 생성 공정에는 많은 양의 이산화탄소가 필요하기 때문에 상업적 용도로 확장하려는 노력은 대기에서 유해한 온실 가스를 제거하고 다른 곳에 격리할 수 있는 탄소 포집 기술과 함께 사용되어야 할 가능성이 높습니다. 베이커는 "탄소를 포집하여 연료로 직접 전환하는 것은 인류가 선택할 수 있는 가장 좋은 옵션 중 하나"라고 말했습니다.

베이커는 또한 나노스케일 구성 요소로부터 이중 촉매를 생성하는 방법에 대한 이 연구를 통해 얻은 이해는 연구자들이 완전히 새로운 유형의 촉매와 화학 공정을 설계할 수 있는 기회를 포함하여 다른 유형의 지속 가능한 기술을 위한 길을 열 수 있는 가능성이 높다고 말했습니다.

"이제 우리는 다양한 나노스케일 구성 요소를 적절한 아키텍처에 함께 배치하면 새롭고 더 효율적인 시스템을 만들 수 있는 방법을 이해할 수 있는 도구를 갖게 되었습니다."라고 그는 말했습니다. "이런 종류의 연구에 있어서 정말 흥미로운 시기입니다."

이 연구는 National Science Foundation과 Yale Center for Natural Carbon Capture의 지원을 받았습니다.

공동 저자로는 Ohio State의 Quansong Zhu, Oregon State University의 Alvin Chang과 Zhenxing Feng, Southern University of Science and Technology의 Huan Li, Zhan Jiang, Yongye Liang, Yale University의 Jing Li, Seonjeong Cheon, Yuanzuo Gao, Bo Shang, Conor L. Rooney, Longtao Ren, Shize Yang, Hailiang Wang이 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250328112550.htm