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Research Highlights

Selective electrochemical reduction of nitric oxide to hydroxlamine by atomically dispersed iron catalyst
  • Year

    2021

  • Author

    AIMSE

  • Professor

    Prof. Stefan Ringe

  • Journal

    Nature communications (IF=14.91)

  • Abstract

    DGIST (총장: 국양) 에너지공학전공 Stefan Ringe (스테판 린지) 교수와 그의 연구팀은 NOx 환원반응에 활성점을 가진 단원자 구조의 Fe 촉매제를 개발했다. 이는 heme* 처럼 활성 FeNxCy 구조의 분자들이 탄소질 기지에 공유 결합된 구조이다. (i.e., Fe–N–C 촉매). 본 연구결과는 Nature Communication (IF: 14.91) 저널에 2021년 3월 온라인 출판되었다.  * : the deep red iron-containing pigment.

    원자질량 55.6 amu, Fe은 높은 결합에너지 값을 보인다. 본 촉매제의 FeNxCy moieties는 산성 전해질에서 이러한 Fe 원자 간 결합이 잘 끊어지지 않는 성능을 보였다. 나아가, 논문에서는 부식성이 높은 조건 하에서 FeNxCy moieties의 반응에 대한 근본적인 이해와 적절한 전기 화학적 장치 적용을 위해서 그 원리를 설명하고 있다.

    NOx (질소산화물) 환원 반응에 대한 선택도와 그 촉매 활성점에 관한 성질은 ex/in situ 분석 기법으로 실시되었다. 이러한 접근 방식은 공학적인 전해질 인식 밀도범 함수이론(DFT) 계산 및 마이크로 키네틱 모델링 기술 기반으로 분석되었다. 끝으로, 프로토 타입의 H2-NO 연료 전지 반응기를 자체 제작하여 단일 원자 Fe 촉매제를 사용했을 때, 질소산화물(NOx)로부터 효과적이고 내구성  있는 하이드록 실라민(NH2OH)* 생성 및 71%의 패러데이 효율(Faradaic efficiency),  215 μmol cm−2 h−1 의 생산율(yield rate)을 달성하였다. * NH2OH :  products and stable intermediates