물에서 보다 효율적으로 수소를 생성하는 혁신적인 기술 빛이 물 전기분해의 새로운 전기 촉매 메커니즘을 촉발할 수 있다는 팀의 발견

[아름이]

물에서 보다 효율적으로 수소를 생성하는 혁신적인 기술
빛이 물 전기분해의 새로운 전기 촉매 메커니즘을 촉발할 수 있다는 팀의 발견은 청정 에너지원으로서 수소의 경제성을 향상시킬 수 있습니다.
날짜:
2022년 10월 27일
원천:
싱가포르국립대학교
요약:
연구원들은 물이 분해되어 많은 산업 공정에 중요한 요소인 수소 가스를 방출하는 방식에 잠재적으로 혁명을 일으킬 수 있는 뜻밖의 과학적 발견을 했습니다. 연구팀은 물이 수소와 산소로 분해되는 물 전기분해에 광범위하게 사용되는 촉매 물질에서 빛이 새로운 메커니즘을 촉발할 수 있음을 발견했다. 그 결과 수소를 얻는 보다 에너지 효율적인 방법입니다.

싱가포르 국립 대학(NUS)의 연구팀은 물이 분해되어 많은 산업 공정에 중요한 요소인 수소 가스를 방출하는 방식에 잠재적으로 혁명을 일으킬 수 있는 뜻밖의 과학적 발견을 했습니다.

NUS 디자인 공학 대학(NUS CDE) 재료 과학 및 공학과의 Xue Jun Min 부교수, Wang Xiaopeng 박사, Vincent Lee Wee Siang 박사가 이끄는 팀은 빛이 새로운 메커니즘을 촉발할 수 있음을 발견했습니다. 물을 수소와 산소로 분해하는 물 전기분해에 광범위하게 사용되는 촉매 물질. 그 결과 수소를 얻는 보다 에너지 효율적인 방법입니다.

이 돌파구는 A*STAR(Agency for Science, Technology and Research) 산하 화학, 에너지 및 환경에 대한 지속 가능성 연구소의 Dr Xi Shibo와 협력하여 달성되었습니다. A*STAR 산하 고성능 컴퓨팅 연구소의 Yu Zhigen 박사; NUS CDE 산하 기계 공학과의 Wang Hao 박사.

"우리는 전기 촉매 반응을 위한 산화환원 중심이 빛에 의해 유발되는 금속과 산소 사이에서 전환된다는 것을 발견했습니다."라고 Xue 부교수는 말했습니다. "이것은 물 전기분해 효율을 크게 향상시킵니다."

새로운 발견은 잠재적으로 수소를 생산하고 이 환경 친화적인 연료 공급원을 더 많은 사람과 산업에 제공하는 새롭고 보다 효과적인 산업적 방법을 열 수 있습니다.

Xue 부교수와 그의 팀은 2022년 10월 26일 과학 저널 Nature 에 발표된 연구 논문에서 그들의 발견을 자세히 설명했습니다.

우연한 돌파구

정상적인 상황에서 Xue 부교수와 그의 팀은 그러한 획기적인 발견을 할 수 없었을 것입니다. 그러나 거의 3년 전에 그의 연구실에서 우연히 천장 조명의 전원이 꺼지면서 그들은 세계 과학계가 아직 관리하지 못한 것을 관찰할 수 있었습니다.

당시 Xue 교수 연구실의 천장 조명은 보통 24시간 켜져 있었습니다. 2019년 어느 날 밤, 정전으로 인해 불이 꺼졌습니다. 다음날 연구원들이 돌아왔을 때 어둠 속에서 계속된 물 전기분해 실험에서 옥시수산화니켈 기반 물질의 성능이 급격히 떨어진 것을 발견했다.

Xue 부교수는 "어느 누구도 어둠 속에서 실험을 해본 적이 없기 때문에 이전에는 아무도 이를 알아차리지 못했다"고 말했다. "또한 문헌에 따르면 그러한 물질은 빛에 민감해서는 안 되며 빛은 그 특성에 어떤 영향도 미치지 않아야 합니다."

물 전기분해의 전기 촉매 메커니즘은 매우 잘 연구된 주제인 반면 니켈 기반 물질은 매우 일반적인 촉매 물질입니다. 따라서 그들이 획기적인 무언가를 발견하기 직전임을 확인하기 위해 Xue 부교수와 그의 팀은 수많은 반복 실험에 착수했습니다. 그들은 그러한 현상의 배후에 있는 역학을 더 깊이 파고들었습니다. 그들은 결과가 일관성이 있는지 확인하기 위해 싱가포르 밖에서도 실험을 반복했습니다.

3년 후 Xue Assoc 교수와 그의 팀은 마침내 연구 결과를 논문으로 공개적으로 공유할 수 있었습니다 .

다음 단계

연구 결과를 바탕으로 팀은 현재 수소를 생성하는 산업 공정을 개선하는 새로운 방법을 설계하기 위해 노력하고 있습니다. Xue 부교수는 물 분해 과정에 빛을 도입하기 위해 물을 포함하는 세포를 투명하게 만들 것을 제안하고 있습니다.

"이것은 전기분해 과정에서 더 적은 에너지를 필요로 하고 자연광을 사용하는 것이 훨씬 더 쉬워야 합니다."라고 Xue 부교수는 말했습니다. "더 적은 에너지를 소비하면서 더 짧은 시간에 더 많은 수소를 생산할 수 있습니다."

식품 회사는 수소 가스를 사용하여 불포화 오일과 지방을 포화 오일로 전환하여 마가린과 버터를 제공합니다. 수소는 섭씨 4,000도의 고온을 발생시킬 수 있기 때문에 금속을 용접하는 데에도 사용됩니다. 석유 산업에서는 이 가스를 사용하여 기름에서 황 성분을 제거합니다.

또한 수소는 잠재적으로 연료로 사용될 수 있습니다. 오랫동안 지속 가능한 연료로 각광받아온 수소 연료는 산소와 반응하여 연소되기 때문에 배기가스를 배출하지 않습니다. 점화가 필요하지 않아 더 깨끗하고 친환경적인 연료원이 됩니다. 보관도 간편해 태양광 배터리보다 안정적이다.

Xue 부교수는 그의 연구팀의 발견이 과학적 발견에 기여할 수 있어 기쁩니다. 그는 과학을 발전시키는 방법은 이미 이루어진 것을 새로운 방식으로 계속해서 찾는 것이 아니라 끊임없이 한계를 뛰어넘는 것이라고 생각합니다.

"새로운 지식의 축적을 통해서만 사회를 점진적으로 개선할 수 있습니다."라고 Xue 부교수는 말했습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/