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Research Highlights

Electric Field Mediated Selectivity Switching of Electrochemical CO2 Reduction from Formate to CO on Carbon Supported Sn
  • Year

    2020

  • Author

    AIMS-E

  • Professor

    Prof. Stefan Ringe

  • Journal

    ACS Energy Lett.(IF=19.0)

  • Abstract

    In this joint work with Prof. Youngkook Kwon (UNIST) and Prof. Seoktae Kang and Hyungjun Kim (KAIST), a Tin (Sn) catalyst was developed converting the greenhouse gas CO2 electrochemically into carbon monoxide (CO). The conversion to CO broke a 50 years-old electrochemical rule that Sn reduces CO2 preferably to formic acid instead of CO. The results were published in ACS Energy Letters (IF: 19.0) on August 12, 2020, and selected as cover article. [ACS Energy Lett. 2020, 5, 2987.]
    The developed Sn nanoparticle catalyst was deposited on a carbon nanotube support which was arranged in a nanofiber, cylindrical fashion. The researchers found this special support to lead to a unique product selectivity inversion induced by a strong interfacial electric field. This enhanced interfacial field was found from theoretical simulations to enhance the CO production pathway, while the formic acid or hydrogen evolution pathways remained field insensitive. The study shows for the first time how support-induced field tuning could be utilized in the future to control product selectivity and conversion rate of electrochemical processes.

    온난화를 일으키는 이산화탄소(CO2)를 일산화탄소(CO)로 바꾸는 주석 (Sn) 촉매가 개발됐다. 이는 주석 촉매가 CO 생산에 불리하다는 50년 넘는 규칙을 뒤집은 것이다. 본 연구의 의의는 제품으로서의 CO를 연료로 보다 저렴하게 전환할 수 있는 반면 Sn은 기존의 귀금속 촉매보다 훨씬 저렴한 물질이라는 것이다. 9월 12일 재료공학·전기화학 분야의 세계적 권위지인 ACS Energy Letters (IF : 19.0)에 속표지논문으로 게재하였다. [ACS Energy Lett. 2020, 5, 2987.]
    DGIST 에너지공학전공 링에 슈테판(Stefan Ringe) 교수팀은 UNIST 에너지화학공학과의 권영국 교수팀, KAIST 강석태·김형준 교수 연구팀과 진행한 연구를 통해 저렴한 주석과 탄소 지지체 기반의 ‘일체형’ 촉매(전극)1)를 개발했다. 공동 연구진은 탄소나노튜브를 함께 써 주석으로 일산화탄소만 골라 만들 수 있는 촉매를 개발했다. 나노(nm, 10-9) 미터 크기의 주석 입자가 탄소나노튜브 표면에 붙으면 전기장의 변화로 일산화탄소가 생기는 반응이 촉진된다. 주석 입자 주변의 전기장 변화로 반응물인 이산화탄소가 주석 입자 표면에 더 잘 달라붙기 때문이다. 반면 포름산을 만드는 반응은 탄소나노튜브가 유발하는 전기장 변화에 영향을 받지 않는다. 포름산 생성 반응과 일산화탄소 생성 반응은 경쟁관계에 있기 때문에 개발된 촉매를 쓰면 일산화탄소는 많이 만들고 포름산 생성은 억제 할 수 있다.