- 방사광 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 개발 - 10배 이상 개선된 물산화 전극 개발 최근 지구온난화에 따른 이상기후 현상이 인류의 생존권까지 위협하면서 ‘탄소중립’에 대한 중요성이 어느 때보다 커지고 있다. 우리나라는 ‘2050 탄소 중립’을 선언하고 온실가스 감축을 위해 노력하고 있다. 탄소중립의 실현을 위해서는 이산화탄소의 발생량을 줄이는 그린수소 생산과 더불어 이미 발생한 이산화탄소를 활용하는 CCU기술이 필수적이다. 두 기술이 실제 온실가스 감축에 실효성을 가지기 위해서는 전기화학적 반응을 유도하는 물산화 전극의 활성을 높여 사용되는 에너지를 줄여야한다. 이를 위해 반응 중 촉매 표면의 전자구조를 이해하고자 하는 시도가 계속되었으나 초고진공(Ultra High Vacuum, UHV) 조건에서 실험을 진행해야 하는 어려움으로 계산과학을 통해 간접적으로 예측할 뿐이었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 청정에너지연구센터 오형석, 이웅희 박사팀과 특성분석센터 채근화 박사팀은 국내 최초로 방사광 가속기(10D XAS KIST 빔라인) 기반 실시간 연X-선 흡수분석법을 개발해 ‘그린수소 생산 및 이산화탄소 전환’에 적용되는 물산화 전극의 반응 중 표면 전자구조를 관찰하고 이를 분석해 새로운 전극 제조 방법을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 초고진공 조건에서 가속기 기반 연 X-선 흡수분석법으로 반응중 전극표면의 전자구조와 스핀 상태를 측정해 반응중 코발트 물질 구조가 재구성 된다는 사실을 밝혀냈다. 전극물질의 변화를 알아낸 연구진은 이를 통해 물산화 전극의 성능을 향상시키는 방법을 제시했다. 일반적으로 코발트는 산화조건에서 열역학적으로 4가의 산화상태가 되기 쉬우며 물산화 활성이 매우 낮다. 높은 물산화 활성을 유지하기 위해서는 3가의 산화상태를 유지해야 하는데, 연구진이 개발한 공정을 통해 3.2가의 산화상태와 높은 활성을 얻을 수 있었다. 개발된 전극은 상용 코발트 전극과 비교해 1000배 이상의 넓은 전기화학적 표면적을 보였으며, 실제 수전해 시스템에 적용하여 10배 이상의 수소생산 성능 개선을 보였다. KIST 오형석 박사는 “방사광가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법을 개발함으로서 촉매 물질 특성에 대한 이해와 성능 향상에 한걸음 더 나아갔다. 이는 인공광합성기술 개발에 필수적인 기술로 향후 그린수소 생산 및 전기화학적 전환 시스템에 중요 기술인 물산화 전극 성능 향상에 큰 도움이 될 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙)의 지원을 받아 ‘KIST 주요사업’, ‘Carbon to X 사업’ 및 국가과학기술연구회(이사장 김복철)의 ‘창의형 융합연구사업’으로 수행되었으며, 연구결과는 과학 분야 국제저널인 ‘Nature Communications’ (IF: 14.919, JCR 분야 상위 4.861%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Electrode reconstruction strategy for alkaline oxygen evolution reaction: maintaining Fe-CoOOH phase with intermediate-spin state during electrolysis - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이웅희 선임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 채근화 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 오형석 책임연구원 그림 설명 [그림1] 방사광 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 측정 장비 [그림2] 방사광 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 측정 장비 [그림3] 방사선 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 측정을 이용한 코발트 촉매의 전자 구조 변화 결과 [그림4] 재구성 방식으로 만든 촉매의 TEM과 SEM 이미지

- 방사광 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 개발 - 10배 이상 개선된 물산화 전극 개발 최근 지구온난화에 따른 이상기후 현상이 인류의 생존권까지 위협하면서 ‘탄소중립’에 대한 중요성이 어느 때보다 커지고 있다. 우리나라는 ‘2050 탄소 중립’을 선언하고 온실가스 감축을 위해 노력하고 있다. 탄소중립의 실현을 위해서는 이산화탄소의 발생량을 줄이는 그린수소 생산과 더불어 이미 발생한 이산화탄소를 활용하는 CCU기술이 필수적이다. 두 기술이 실제 온실가스 감축에 실효성을 가지기 위해서는 전기화학적 반응을 유도하는 물산화 전극의 활성을 높여 사용되는 에너지를 줄여야한다. 이를 위해 반응 중 촉매 표면의 전자구조를 이해하고자 하는 시도가 계속되었으나 초고진공(Ultra High Vacuum, UHV) 조건에서 실험을 진행해야 하는 어려움으로 계산과학을 통해 간접적으로 예측할 뿐이었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 청정에너지연구센터 오형석, 이웅희 박사팀과 특성분석센터 채근화 박사팀은 국내 최초로 방사광 가속기(10D XAS KIST 빔라인) 기반 실시간 연X-선 흡수분석법을 개발해 ‘그린수소 생산 및 이산화탄소 전환’에 적용되는 물산화 전극의 반응 중 표면 전자구조를 관찰하고 이를 분석해 새로운 전극 제조 방법을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 초고진공 조건에서 가속기 기반 연 X-선 흡수분석법으로 반응중 전극표면의 전자구조와 스핀 상태를 측정해 반응중 코발트 물질 구조가 재구성 된다는 사실을 밝혀냈다. 전극물질의 변화를 알아낸 연구진은 이를 통해 물산화 전극의 성능을 향상시키는 방법을 제시했다. 일반적으로 코발트는 산화조건에서 열역학적으로 4가의 산화상태가 되기 쉬우며 물산화 활성이 매우 낮다. 높은 물산화 활성을 유지하기 위해서는 3가의 산화상태를 유지해야 하는데, 연구진이 개발한 공정을 통해 3.2가의 산화상태와 높은 활성을 얻을 수 있었다. 개발된 전극은 상용 코발트 전극과 비교해 1000배 이상의 넓은 전기화학적 표면적을 보였으며, 실제 수전해 시스템에 적용하여 10배 이상의 수소생산 성능 개선을 보였다. KIST 오형석 박사는 “방사광가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법을 개발함으로서 촉매 물질 특성에 대한 이해와 성능 향상에 한걸음 더 나아갔다. 이는 인공광합성기술 개발에 필수적인 기술로 향후 그린수소 생산 및 전기화학적 전환 시스템에 중요 기술인 물산화 전극 성능 향상에 큰 도움이 될 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙)의 지원을 받아 ‘KIST 주요사업’, ‘Carbon to X 사업’ 및 국가과학기술연구회(이사장 김복철)의 ‘창의형 융합연구사업’으로 수행되었으며, 연구결과는 과학 분야 국제저널인 ‘Nature Communications’ (IF: 14.919, JCR 분야 상위 4.861%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Electrode reconstruction strategy for alkaline oxygen evolution reaction: maintaining Fe-CoOOH phase with intermediate-spin state during electrolysis - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이웅희 선임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 채근화 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 오형석 책임연구원 그림 설명 [그림1] 방사광 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 측정 장비 [그림2] 방사광 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 측정 장비 [그림3] 방사선 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 측정을 이용한 코발트 촉매의 전자 구조 변화 결과 [그림4] 재구성 방식으로 만든 촉매의 TEM과 SEM 이미지

- 방사광 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 개발 - 10배 이상 개선된 물산화 전극 개발 최근 지구온난화에 따른 이상기후 현상이 인류의 생존권까지 위협하면서 ‘탄소중립’에 대한 중요성이 어느 때보다 커지고 있다. 우리나라는 ‘2050 탄소 중립’을 선언하고 온실가스 감축을 위해 노력하고 있다. 탄소중립의 실현을 위해서는 이산화탄소의 발생량을 줄이는 그린수소 생산과 더불어 이미 발생한 이산화탄소를 활용하는 CCU기술이 필수적이다. 두 기술이 실제 온실가스 감축에 실효성을 가지기 위해서는 전기화학적 반응을 유도하는 물산화 전극의 활성을 높여 사용되는 에너지를 줄여야한다. 이를 위해 반응 중 촉매 표면의 전자구조를 이해하고자 하는 시도가 계속되었으나 초고진공(Ultra High Vacuum, UHV) 조건에서 실험을 진행해야 하는 어려움으로 계산과학을 통해 간접적으로 예측할 뿐이었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 청정에너지연구센터 오형석, 이웅희 박사팀과 특성분석센터 채근화 박사팀은 국내 최초로 방사광 가속기(10D XAS KIST 빔라인) 기반 실시간 연X-선 흡수분석법을 개발해 ‘그린수소 생산 및 이산화탄소 전환’에 적용되는 물산화 전극의 반응 중 표면 전자구조를 관찰하고 이를 분석해 새로운 전극 제조 방법을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 초고진공 조건에서 가속기 기반 연 X-선 흡수분석법으로 반응중 전극표면의 전자구조와 스핀 상태를 측정해 반응중 코발트 물질 구조가 재구성 된다는 사실을 밝혀냈다. 전극물질의 변화를 알아낸 연구진은 이를 통해 물산화 전극의 성능을 향상시키는 방법을 제시했다. 일반적으로 코발트는 산화조건에서 열역학적으로 4가의 산화상태가 되기 쉬우며 물산화 활성이 매우 낮다. 높은 물산화 활성을 유지하기 위해서는 3가의 산화상태를 유지해야 하는데, 연구진이 개발한 공정을 통해 3.2가의 산화상태와 높은 활성을 얻을 수 있었다. 개발된 전극은 상용 코발트 전극과 비교해 1000배 이상의 넓은 전기화학적 표면적을 보였으며, 실제 수전해 시스템에 적용하여 10배 이상의 수소생산 성능 개선을 보였다. KIST 오형석 박사는 “방사광가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법을 개발함으로서 촉매 물질 특성에 대한 이해와 성능 향상에 한걸음 더 나아갔다. 이는 인공광합성기술 개발에 필수적인 기술로 향후 그린수소 생산 및 전기화학적 전환 시스템에 중요 기술인 물산화 전극 성능 향상에 큰 도움이 될 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙)의 지원을 받아 ‘KIST 주요사업’, ‘Carbon to X 사업’ 및 국가과학기술연구회(이사장 김복철)의 ‘창의형 융합연구사업’으로 수행되었으며, 연구결과는 과학 분야 국제저널인 ‘Nature Communications’ (IF: 14.919, JCR 분야 상위 4.861%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Electrode reconstruction strategy for alkaline oxygen evolution reaction: maintaining Fe-CoOOH phase with intermediate-spin state during electrolysis - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이웅희 선임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 채근화 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 오형석 책임연구원 그림 설명 [그림1] 방사광 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 측정 장비 [그림2] 방사광 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 측정 장비 [그림3] 방사선 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 측정을 이용한 코발트 촉매의 전자 구조 변화 결과 [그림4] 재구성 방식으로 만든 촉매의 TEM과 SEM 이미지

- 방사광 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 개발 - 10배 이상 개선된 물산화 전극 개발 최근 지구온난화에 따른 이상기후 현상이 인류의 생존권까지 위협하면서 ‘탄소중립’에 대한 중요성이 어느 때보다 커지고 있다. 우리나라는 ‘2050 탄소 중립’을 선언하고 온실가스 감축을 위해 노력하고 있다. 탄소중립의 실현을 위해서는 이산화탄소의 발생량을 줄이는 그린수소 생산과 더불어 이미 발생한 이산화탄소를 활용하는 CCU기술이 필수적이다. 두 기술이 실제 온실가스 감축에 실효성을 가지기 위해서는 전기화학적 반응을 유도하는 물산화 전극의 활성을 높여 사용되는 에너지를 줄여야한다. 이를 위해 반응 중 촉매 표면의 전자구조를 이해하고자 하는 시도가 계속되었으나 초고진공(Ultra High Vacuum, UHV) 조건에서 실험을 진행해야 하는 어려움으로 계산과학을 통해 간접적으로 예측할 뿐이었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 청정에너지연구센터 오형석, 이웅희 박사팀과 특성분석센터 채근화 박사팀은 국내 최초로 방사광 가속기(10D XAS KIST 빔라인) 기반 실시간 연X-선 흡수분석법을 개발해 ‘그린수소 생산 및 이산화탄소 전환’에 적용되는 물산화 전극의 반응 중 표면 전자구조를 관찰하고 이를 분석해 새로운 전극 제조 방법을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 초고진공 조건에서 가속기 기반 연 X-선 흡수분석법으로 반응중 전극표면의 전자구조와 스핀 상태를 측정해 반응중 코발트 물질 구조가 재구성 된다는 사실을 밝혀냈다. 전극물질의 변화를 알아낸 연구진은 이를 통해 물산화 전극의 성능을 향상시키는 방법을 제시했다. 일반적으로 코발트는 산화조건에서 열역학적으로 4가의 산화상태가 되기 쉬우며 물산화 활성이 매우 낮다. 높은 물산화 활성을 유지하기 위해서는 3가의 산화상태를 유지해야 하는데, 연구진이 개발한 공정을 통해 3.2가의 산화상태와 높은 활성을 얻을 수 있었다. 개발된 전극은 상용 코발트 전극과 비교해 1000배 이상의 넓은 전기화학적 표면적을 보였으며, 실제 수전해 시스템에 적용하여 10배 이상의 수소생산 성능 개선을 보였다. KIST 오형석 박사는 “방사광가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법을 개발함으로서 촉매 물질 특성에 대한 이해와 성능 향상에 한걸음 더 나아갔다. 이는 인공광합성기술 개발에 필수적인 기술로 향후 그린수소 생산 및 전기화학적 전환 시스템에 중요 기술인 물산화 전극 성능 향상에 큰 도움이 될 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙)의 지원을 받아 ‘KIST 주요사업’, ‘Carbon to X 사업’ 및 국가과학기술연구회(이사장 김복철)의 ‘창의형 융합연구사업’으로 수행되었으며, 연구결과는 과학 분야 국제저널인 ‘Nature Communications’ (IF: 14.919, JCR 분야 상위 4.861%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Electrode reconstruction strategy for alkaline oxygen evolution reaction: maintaining Fe-CoOOH phase with intermediate-spin state during electrolysis - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이웅희 선임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 채근화 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 오형석 책임연구원 그림 설명 [그림1] 방사광 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 측정 장비 [그림2] 방사광 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 측정 장비 [그림3] 방사선 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 측정을 이용한 코발트 촉매의 전자 구조 변화 결과 [그림4] 재구성 방식으로 만든 촉매의 TEM과 SEM 이미지

- 방사광 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 개발 - 10배 이상 개선된 물산화 전극 개발 최근 지구온난화에 따른 이상기후 현상이 인류의 생존권까지 위협하면서 ‘탄소중립’에 대한 중요성이 어느 때보다 커지고 있다. 우리나라는 ‘2050 탄소 중립’을 선언하고 온실가스 감축을 위해 노력하고 있다. 탄소중립의 실현을 위해서는 이산화탄소의 발생량을 줄이는 그린수소 생산과 더불어 이미 발생한 이산화탄소를 활용하는 CCU기술이 필수적이다. 두 기술이 실제 온실가스 감축에 실효성을 가지기 위해서는 전기화학적 반응을 유도하는 물산화 전극의 활성을 높여 사용되는 에너지를 줄여야한다. 이를 위해 반응 중 촉매 표면의 전자구조를 이해하고자 하는 시도가 계속되었으나 초고진공(Ultra High Vacuum, UHV) 조건에서 실험을 진행해야 하는 어려움으로 계산과학을 통해 간접적으로 예측할 뿐이었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 청정에너지연구센터 오형석, 이웅희 박사팀과 특성분석센터 채근화 박사팀은 국내 최초로 방사광 가속기(10D XAS KIST 빔라인) 기반 실시간 연X-선 흡수분석법을 개발해 ‘그린수소 생산 및 이산화탄소 전환’에 적용되는 물산화 전극의 반응 중 표면 전자구조를 관찰하고 이를 분석해 새로운 전극 제조 방법을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 초고진공 조건에서 가속기 기반 연 X-선 흡수분석법으로 반응중 전극표면의 전자구조와 스핀 상태를 측정해 반응중 코발트 물질 구조가 재구성 된다는 사실을 밝혀냈다. 전극물질의 변화를 알아낸 연구진은 이를 통해 물산화 전극의 성능을 향상시키는 방법을 제시했다. 일반적으로 코발트는 산화조건에서 열역학적으로 4가의 산화상태가 되기 쉬우며 물산화 활성이 매우 낮다. 높은 물산화 활성을 유지하기 위해서는 3가의 산화상태를 유지해야 하는데, 연구진이 개발한 공정을 통해 3.2가의 산화상태와 높은 활성을 얻을 수 있었다. 개발된 전극은 상용 코발트 전극과 비교해 1000배 이상의 넓은 전기화학적 표면적을 보였으며, 실제 수전해 시스템에 적용하여 10배 이상의 수소생산 성능 개선을 보였다. KIST 오형석 박사는 “방사광가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법을 개발함으로서 촉매 물질 특성에 대한 이해와 성능 향상에 한걸음 더 나아갔다. 이는 인공광합성기술 개발에 필수적인 기술로 향후 그린수소 생산 및 전기화학적 전환 시스템에 중요 기술인 물산화 전극 성능 향상에 큰 도움이 될 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙)의 지원을 받아 ‘KIST 주요사업’, ‘Carbon to X 사업’ 및 국가과학기술연구회(이사장 김복철)의 ‘창의형 융합연구사업’으로 수행되었으며, 연구결과는 과학 분야 국제저널인 ‘Nature Communications’ (IF: 14.919, JCR 분야 상위 4.861%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Electrode reconstruction strategy for alkaline oxygen evolution reaction: maintaining Fe-CoOOH phase with intermediate-spin state during electrolysis - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이웅희 선임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 채근화 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 오형석 책임연구원 그림 설명 [그림1] 방사광 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 측정 장비 [그림2] 방사광 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 측정 장비 [그림3] 방사선 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 측정을 이용한 코발트 촉매의 전자 구조 변화 결과 [그림4] 재구성 방식으로 만든 촉매의 TEM과 SEM 이미지

- 방사광 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 개발 - 10배 이상 개선된 물산화 전극 개발 최근 지구온난화에 따른 이상기후 현상이 인류의 생존권까지 위협하면서 ‘탄소중립’에 대한 중요성이 어느 때보다 커지고 있다. 우리나라는 ‘2050 탄소 중립’을 선언하고 온실가스 감축을 위해 노력하고 있다. 탄소중립의 실현을 위해서는 이산화탄소의 발생량을 줄이는 그린수소 생산과 더불어 이미 발생한 이산화탄소를 활용하는 CCU기술이 필수적이다. 두 기술이 실제 온실가스 감축에 실효성을 가지기 위해서는 전기화학적 반응을 유도하는 물산화 전극의 활성을 높여 사용되는 에너지를 줄여야한다. 이를 위해 반응 중 촉매 표면의 전자구조를 이해하고자 하는 시도가 계속되었으나 초고진공(Ultra High Vacuum, UHV) 조건에서 실험을 진행해야 하는 어려움으로 계산과학을 통해 간접적으로 예측할 뿐이었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 청정에너지연구센터 오형석, 이웅희 박사팀과 특성분석센터 채근화 박사팀은 국내 최초로 방사광 가속기(10D XAS KIST 빔라인) 기반 실시간 연X-선 흡수분석법을 개발해 ‘그린수소 생산 및 이산화탄소 전환’에 적용되는 물산화 전극의 반응 중 표면 전자구조를 관찰하고 이를 분석해 새로운 전극 제조 방법을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 초고진공 조건에서 가속기 기반 연 X-선 흡수분석법으로 반응중 전극표면의 전자구조와 스핀 상태를 측정해 반응중 코발트 물질 구조가 재구성 된다는 사실을 밝혀냈다. 전극물질의 변화를 알아낸 연구진은 이를 통해 물산화 전극의 성능을 향상시키는 방법을 제시했다. 일반적으로 코발트는 산화조건에서 열역학적으로 4가의 산화상태가 되기 쉬우며 물산화 활성이 매우 낮다. 높은 물산화 활성을 유지하기 위해서는 3가의 산화상태를 유지해야 하는데, 연구진이 개발한 공정을 통해 3.2가의 산화상태와 높은 활성을 얻을 수 있었다. 개발된 전극은 상용 코발트 전극과 비교해 1000배 이상의 넓은 전기화학적 표면적을 보였으며, 실제 수전해 시스템에 적용하여 10배 이상의 수소생산 성능 개선을 보였다. KIST 오형석 박사는 “방사광가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법을 개발함으로서 촉매 물질 특성에 대한 이해와 성능 향상에 한걸음 더 나아갔다. 이는 인공광합성기술 개발에 필수적인 기술로 향후 그린수소 생산 및 전기화학적 전환 시스템에 중요 기술인 물산화 전극 성능 향상에 큰 도움이 될 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙)의 지원을 받아 ‘KIST 주요사업’, ‘Carbon to X 사업’ 및 국가과학기술연구회(이사장 김복철)의 ‘창의형 융합연구사업’으로 수행되었으며, 연구결과는 과학 분야 국제저널인 ‘Nature Communications’ (IF: 14.919, JCR 분야 상위 4.861%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Electrode reconstruction strategy for alkaline oxygen evolution reaction: maintaining Fe-CoOOH phase with intermediate-spin state during electrolysis - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이웅희 선임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 채근화 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 오형석 책임연구원 그림 설명 [그림1] 방사광 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 측정 장비 [그림2] 방사광 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 측정 장비 [그림3] 방사선 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 측정을 이용한 코발트 촉매의 전자 구조 변화 결과 [그림4] 재구성 방식으로 만든 촉매의 TEM과 SEM 이미지

- 방사광 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 개발 - 10배 이상 개선된 물산화 전극 개발 최근 지구온난화에 따른 이상기후 현상이 인류의 생존권까지 위협하면서 ‘탄소중립’에 대한 중요성이 어느 때보다 커지고 있다. 우리나라는 ‘2050 탄소 중립’을 선언하고 온실가스 감축을 위해 노력하고 있다. 탄소중립의 실현을 위해서는 이산화탄소의 발생량을 줄이는 그린수소 생산과 더불어 이미 발생한 이산화탄소를 활용하는 CCU기술이 필수적이다. 두 기술이 실제 온실가스 감축에 실효성을 가지기 위해서는 전기화학적 반응을 유도하는 물산화 전극의 활성을 높여 사용되는 에너지를 줄여야한다. 이를 위해 반응 중 촉매 표면의 전자구조를 이해하고자 하는 시도가 계속되었으나 초고진공(Ultra High Vacuum, UHV) 조건에서 실험을 진행해야 하는 어려움으로 계산과학을 통해 간접적으로 예측할 뿐이었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 청정에너지연구센터 오형석, 이웅희 박사팀과 특성분석센터 채근화 박사팀은 국내 최초로 방사광 가속기(10D XAS KIST 빔라인) 기반 실시간 연X-선 흡수분석법을 개발해 ‘그린수소 생산 및 이산화탄소 전환’에 적용되는 물산화 전극의 반응 중 표면 전자구조를 관찰하고 이를 분석해 새로운 전극 제조 방법을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 초고진공 조건에서 가속기 기반 연 X-선 흡수분석법으로 반응중 전극표면의 전자구조와 스핀 상태를 측정해 반응중 코발트 물질 구조가 재구성 된다는 사실을 밝혀냈다. 전극물질의 변화를 알아낸 연구진은 이를 통해 물산화 전극의 성능을 향상시키는 방법을 제시했다. 일반적으로 코발트는 산화조건에서 열역학적으로 4가의 산화상태가 되기 쉬우며 물산화 활성이 매우 낮다. 높은 물산화 활성을 유지하기 위해서는 3가의 산화상태를 유지해야 하는데, 연구진이 개발한 공정을 통해 3.2가의 산화상태와 높은 활성을 얻을 수 있었다. 개발된 전극은 상용 코발트 전극과 비교해 1000배 이상의 넓은 전기화학적 표면적을 보였으며, 실제 수전해 시스템에 적용하여 10배 이상의 수소생산 성능 개선을 보였다. KIST 오형석 박사는 “방사광가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법을 개발함으로서 촉매 물질 특성에 대한 이해와 성능 향상에 한걸음 더 나아갔다. 이는 인공광합성기술 개발에 필수적인 기술로 향후 그린수소 생산 및 전기화학적 전환 시스템에 중요 기술인 물산화 전극 성능 향상에 큰 도움이 될 것으로 기대된다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙)의 지원을 받아 ‘KIST 주요사업’, ‘Carbon to X 사업’ 및 국가과학기술연구회(이사장 김복철)의 ‘창의형 융합연구사업’으로 수행되었으며, 연구결과는 과학 분야 국제저널인 ‘Nature Communications’ (IF: 14.919, JCR 분야 상위 4.861%) 최신 호에 게재되었다. * (논문명) Electrode reconstruction strategy for alkaline oxygen evolution reaction: maintaining Fe-CoOOH phase with intermediate-spin state during electrolysis - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이웅희 선임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 채근화 책임연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 오형석 책임연구원 그림 설명 [그림1] 방사광 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 측정 장비 [그림2] 방사광 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 측정 장비 [그림3] 방사선 가속기 기반 실시간 연 X-선 흡수분석법 측정을 이용한 코발트 촉매의 전자 구조 변화 결과 [그림4] 재구성 방식으로 만든 촉매의 TEM과 SEM 이미지

안녕하십니까. 학생연구원의 경우 아래 담당자에게 연락해주시기 바랍니다. - 학연운영팀 (02-958-6424, jy.kim@kist.re.kr) 감사합니다.

- 초저온(210℃급)·고농도 황포함 극한탈질공정 맞춤형 신촉매표면 재단기술 - 상용촉매 대비 고탈질율(30%↑)·고재생능(240℃)·고내구능(3배↑) 부여 탈질촉매 공정은 배기가스에 포함된 초미세먼지의 대표적인 원인물질인 질소산화물(NOX)을 질소로 환원시켜 대기환경을 개선하는 기술이다. 탈질촉매의 활성화에 필요한 막대한 열에너지 감축과 배기가스에 포함된 황(SOX) 기반 피독물에 대한 내구성 확보는 탈질촉매 개발에 당면한 최대 난제다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 극한소재연구센터 김종식, 하헌필 박사팀이 바나데이트 기반 신탈질촉매를 제안하고, 황을 사용하여 촉매 표면을 개질함으로써 초저온에서도 고탈질 특성을 가지고 황에 대한 고내구 특성을 달성하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 탈질촉매와 관련한 기존 연구 동향은 바나듐, 전이금속, 희토금속 산화물들을 선정하고, 최적의 물리적 조합조건(성분, 산화조건, 조합순서 등)을 찾는 “금속산화물 기반” 연구였다. 반면 KIST 연구진은 바나듐 산화물과 금속산화물을 화학적으로 융합하는 “금속 바나데이트 기반” 탈질촉매 연구를 제안하였다. 연구진은 기존 금속산화물 기반 촉매와 대비하여 바나데이트 촉매가 보다 우월한 촉매표면, 원자적, 전자적 특성 및 탈질활성을 가져 배기가스에 포함된 증기, 황, 피독물로 인해 촉매 성능이 낮아지는 현상을 개선시킬 뿐만 아니라 수열(hydro-thermal aging)에 대한 내성도 개선시키는 효과가 있음을 밝혔다. 또한 연구진은 촉매를 피독시켜 내구성을 떨어뜨린다고 알려진 황(SOX)에 대한 인식을 전환하여, 황과 산소를 융합시켜 황산염·아황산염 기능기들을 바나데이트 촉매 표면에 생성시키되, 생성된 기능기들이 탈질 반응 및 피독물 분해 반응 활성들을 제어하는 방법론을 고안하였다. 연구진은 황과 산소가 융합되는 촉매 표면의 온도를 변화시켜 기능기들의 종류, 분포, 표면결합 형상(한 자리 결합 또는 두 자리 결합)을 제어하고, 피독물 분해 반응 기작을 규명하였다. 한 자리 결합 또는 황산염이 많은 바나데이트 촉매의 경우 초저온(210℃)에서는 상용 촉매 대비 30% 높은 탈질율을, 220℃ 이상에서는 100%에 가까운 탈질율을 제공한다. 두 자리 결합이 많은 바나데이트 촉매의 경우에는 상용촉매 대비 작은 열에너지(낮은 온도)하에서 피독물들을 효율적으로 분해할 수 있고, 이에 따라 최소 3배 이상의 내구성을 가진다. 예를 들어 배기가스의 온도를 240℃로 설정하면 두 자리 결합이 많은 바나데이트 촉매는 피독물을 원활히 분해하여 탈질율을 회복(재생)할 수 있는 반면에 상용 촉매는 피독물 분해가 어려워 피독 전의 탈질율을 회복시킬 수 없다. KIST 김종식 박사는 “바나데이트는 금속의 종류나 바나듐과 금속의 화학양론비를 제어하여 다양한 결정상들로 가공될 수 있고, 황산염？아황산염 기능기와 융합시 탈질능/재생능/내구능의 맞춤형 증진이 가능하다”고 연구성과의 의의를 밝혔다. KIST 하헌필 박사는 “이번 연구결과는 온도가 낮거나 촉매가 피독되기 쉬운 극한조건에서 운전되는 탈질공정의 다양한 요구를 충족시킬 수 있는 실용화 가능한 기술”이라고 기대했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙) 지원으로 KIST 주요사업 및 한국연구재단 미래소재디스커버리 사업으로 수행되었으며, 이번 연구결과는 화학분야 국제 학회지인 ‘ACS Catalysis’ 및 ‘Chemistry of Materials’ 최신호에 게재되었다. * (논문 1: Chemistry of Materials) Contrasting Catalytic Functions of Metal Vanadates and Their Oxide Composite Analogues for NH3-Assisted, Selective NOX Transformation - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이석현 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김종식 책임연구원, 하헌필 책임연구원 * (논문 2; ACS Catalysis) Decrypting Catalytic NOX Activation and Poison Fragmentation Routes Boosted by Mono- and Bi-Dentate Surface SO32？/SO42？ Modifiers under a SO2-Containing Flue Gas Stream - (제 1저자 및 교신저자) 한국과학기술연구원 김종식 책임연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김동호 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 하헌필 책임연구원 그림 설명 [그림 1] ACS Catalysis(논문 2; supplementary cover 선정) 이미지 [그림 2] 피독물(AS/ABS) 생성 및 분해기작

- 초저온(210℃급)·고농도 황포함 극한탈질공정 맞춤형 신촉매표면 재단기술 - 상용촉매 대비 고탈질율(30%↑)·고재생능(240℃)·고내구능(3배↑) 부여 탈질촉매 공정은 배기가스에 포함된 초미세먼지의 대표적인 원인물질인 질소산화물(NOX)을 질소로 환원시켜 대기환경을 개선하는 기술이다. 탈질촉매의 활성화에 필요한 막대한 열에너지 감축과 배기가스에 포함된 황(SOX) 기반 피독물에 대한 내구성 확보는 탈질촉매 개발에 당면한 최대 난제다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 극한소재연구센터 김종식, 하헌필 박사팀이 바나데이트 기반 신탈질촉매를 제안하고, 황을 사용하여 촉매 표면을 개질함으로써 초저온에서도 고탈질 특성을 가지고 황에 대한 고내구 특성을 달성하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 탈질촉매와 관련한 기존 연구 동향은 바나듐, 전이금속, 희토금속 산화물들을 선정하고, 최적의 물리적 조합조건(성분, 산화조건, 조합순서 등)을 찾는 “금속산화물 기반” 연구였다. 반면 KIST 연구진은 바나듐 산화물과 금속산화물을 화학적으로 융합하는 “금속 바나데이트 기반” 탈질촉매 연구를 제안하였다. 연구진은 기존 금속산화물 기반 촉매와 대비하여 바나데이트 촉매가 보다 우월한 촉매표면, 원자적, 전자적 특성 및 탈질활성을 가져 배기가스에 포함된 증기, 황, 피독물로 인해 촉매 성능이 낮아지는 현상을 개선시킬 뿐만 아니라 수열(hydro-thermal aging)에 대한 내성도 개선시키는 효과가 있음을 밝혔다. 또한 연구진은 촉매를 피독시켜 내구성을 떨어뜨린다고 알려진 황(SOX)에 대한 인식을 전환하여, 황과 산소를 융합시켜 황산염·아황산염 기능기들을 바나데이트 촉매 표면에 생성시키되, 생성된 기능기들이 탈질 반응 및 피독물 분해 반응 활성들을 제어하는 방법론을 고안하였다. 연구진은 황과 산소가 융합되는 촉매 표면의 온도를 변화시켜 기능기들의 종류, 분포, 표면결합 형상(한 자리 결합 또는 두 자리 결합)을 제어하고, 피독물 분해 반응 기작을 규명하였다. 한 자리 결합 또는 황산염이 많은 바나데이트 촉매의 경우 초저온(210℃)에서는 상용 촉매 대비 30% 높은 탈질율을, 220℃ 이상에서는 100%에 가까운 탈질율을 제공한다. 두 자리 결합이 많은 바나데이트 촉매의 경우에는 상용촉매 대비 작은 열에너지(낮은 온도)하에서 피독물들을 효율적으로 분해할 수 있고, 이에 따라 최소 3배 이상의 내구성을 가진다. 예를 들어 배기가스의 온도를 240℃로 설정하면 두 자리 결합이 많은 바나데이트 촉매는 피독물을 원활히 분해하여 탈질율을 회복(재생)할 수 있는 반면에 상용 촉매는 피독물 분해가 어려워 피독 전의 탈질율을 회복시킬 수 없다. KIST 김종식 박사는 “바나데이트는 금속의 종류나 바나듐과 금속의 화학양론비를 제어하여 다양한 결정상들로 가공될 수 있고, 황산염？아황산염 기능기와 융합시 탈질능/재생능/내구능의 맞춤형 증진이 가능하다”고 연구성과의 의의를 밝혔다. KIST 하헌필 박사는 “이번 연구결과는 온도가 낮거나 촉매가 피독되기 쉬운 극한조건에서 운전되는 탈질공정의 다양한 요구를 충족시킬 수 있는 실용화 가능한 기술”이라고 기대했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 임혜숙) 지원으로 KIST 주요사업 및 한국연구재단 미래소재디스커버리 사업으로 수행되었으며, 이번 연구결과는 화학분야 국제 학회지인 ‘ACS Catalysis’ 및 ‘Chemistry of Materials’ 최신호에 게재되었다. * (논문 1: Chemistry of Materials) Contrasting Catalytic Functions of Metal Vanadates and Their Oxide Composite Analogues for NH3-Assisted, Selective NOX Transformation - (제 1저자) 한국과학기술연구원 이석현 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 김종식 책임연구원, 하헌필 책임연구원 * (논문 2; ACS Catalysis) Decrypting Catalytic NOX Activation and Poison Fragmentation Routes Boosted by Mono- and Bi-Dentate Surface SO32？/SO42？ Modifiers under a SO2-Containing Flue Gas Stream - (제 1저자 및 교신저자) 한국과학기술연구원 김종식 책임연구원 - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김동호 학생연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 하헌필 책임연구원 그림 설명 [그림 1] ACS Catalysis(논문 2; supplementary cover 선정) 이미지 [그림 2] 피독물(AS/ABS) 생성 및 분해기작