오종석조

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 밀도범함수이론을 이용한 과산화수소 생산 공정의 고효율 촉매의 합리적 설계

영문 : Design of high efficiency catalyst for Hydrogen Peroxide production process using DFT

과제 팀명

오종석조

지도교수

유종석 교수님 문홍철 교수님

개발기간

2019년 3월 ~ 2019년 6월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 화학공학과 2013340057 홍*석(팀장)

서울시립대학교 화학공학과 2013340020 박*범

서울시립대학교 화학공학과 2015340024 오*화

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

- 산소와 수소를 반응시켜 과산화수소(Hydrogen peroxide, H2O2) 합성

- 그래핀에 이종원소를 도핑(doping)한 촉매를 사용

- VASP(Vienna Ab initio Simulation Package) 프로그램을 이용해 가상 반응의 에너지 계산

- 가장 효율적으로 과산화수소를 합성하는 촉매 개발

개발 과제의 배경

- 과산화수소(hydrogen peroxide, H2O2)는 화학제품의 합성용뿐만 아니라, 용수 및 폐수 처리, 펄프/제지, 제약 그리고 전기전자 산업까지 그 쓰임새가 다양함. 염소계 산화제와 더불어 대표적인 산화제로서 사용되고 있으며, 친환경적인 특성을 강점으로 토양복원 및 폐수처리 산업에도 널리 사용되고 있음. 특히 고순도 과산화수소는 반도체 및 디스플레이, 태양광 등과 같은 분야의 식각 및 세척에 사용됨.

- 현재 과산화수소 수요의 대부분은 치환된 안트라퀴논(anthraquinone, AQ)의 순차적인 수소화(hydrogenation) 및 산화(oxidation), 추출(extraction) 과정을 통해 생산되고 있음. 그러나 이러한 간접방식은 그 효율이 낮기 때문에, 과산화수소를 수소(H2) 및 산소(O2)로부터 직접 합성할 수 있는 기술을 개발하기 위한 연구가 촉매분야에서 활발히 이루어지고 있음.

- 과산화수소는 그 자체로 반응성이 높기 때문에 생성된 과산화수소가 반응물인 수소와 재반응하여 물로 분해되는 것을 억제하는 것과 과산화수소(H2O2) 생성에서 물(H2O)보다 높은 선택도를 보여야 하는 것이 촉매개발에 있어 가장 중요한 이슈라 할 수 있음.

개발 과제의 목표 및 내용

◇ VASP(Vienna Ab initio Simulation Package) 프로그램을 이용해 이종원소를 도핑한 그래핀 촉매의 가상 반응 시뮬레이션으로 효율적인 과산화수소 직접 합성 반응의 촉매 개발
◇ DFT(Density Functional Theory)를 사용한 수소, 산소의 반응성을 강화시키는 촉매의 반응위치 탐색
◇ 산소와 수소의 반응 활성도와 과산화수소 반응의 높은 선택도 확인

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

• 전 세계적인 기술현황

◇ Hydrogen peroxide의 생산과정에 대한 연구발전 흐름에 대한 정보는 H2O2의 합성법에 대한 Chanchal Samanta(2008)의 논문과 Jose et al.(2006)의 논문을 참고하여 작성하였음

◇ Hydrogen peroxide(H2O2)는 환경친화적인 산화제로서 다양한 화학산업 분야와 환경정화(environmental remediation) 측면에서 사용됨. 전 세계적으로 가장 많이 사용되는 H2O2의 생산공정은 유기 물질의 auto-oxidation(AO)에 의해 H2O2를 생산하는 방식

◇ 첫 상업적인 AO 공정을 통한 H2O2 생산공정인 AQ process는 I.G. Farbenindustrie사에 의해 처음 개발되었고 이 공정은 Riedl-Pfleiderer 공정으로도 알려져 있음. 이 반응은 AQ와 anthrahydroquinone(AHQ) 사이에서의 산화, 환원반응과 5,6,7,8-tetrahydroanthrahydroquinone(THAHQ)에서 tetrahydroanthraquinone(THAQ)로의 산화과정에서 H2O2가 생성되며 각 과정에서 Pd, Pt 기반의 hydrogenation 촉매가 사용되는 것을 알 수 있음(아래 그림 참고)

◇ 이 AO 공정은 몇 가지 단점을 가지고 있음

- 복잡하고 유해한 용매 시스템

- 비 선택적인 수소화로 인해 값비싼 quinone을 주기적으로 교체가 필요가 있음

- 유기 불순물의 제거를 위해 에너지 집약적인 공정이 요구 그리고 무엇보다도 AO 공정은 경제적으로 대규모(large-scale) 생산(>40x103 tons per year)에서만 효용성이 있기 때문에 주로 한 곳에서만 생산되고 이를 유통하는 방식으로 공급됨. 이 방식은 농축된 H2O2의 추가적인 safety 문제가 발생하고 이에 따라 추가적인 비용이 발생.

◇ 따라서 H2O2의 직접생산(Direct synthesis of H2O2)에 대한 연구의 필요성이 대두되고 여러 접근 방식이 수행되고 있음.

- 연료전지를 이용한 방식

이 방법은 Yamanaka에 의해 제안된 합성방법으로 ‘Direct synthesis of H2O2 acid solutions on carbon cathode prepared from activated carbon and vapor-growing-carbon-fiber by a H2./O2 fuel cellthree-phase(gases O2, aqueous electrolyte, and solid cathode)’ 라는 이름으로 2008년 Electrochimica Acta지에 게재. 이 방법은 O2를 H2O2로 환원시키는 방법으로 크게 2가지 장점을 가지고 있음. 첫 번째로 H2와 O2를 혼합으로 야기될 수 있는 폭발 위험이 없고(electrolyte membrane으로 H2와 O2가 각각 공급되기 때문) 그리고 H2O2의 합성으로 연료전지에 의해 전력이 생성됨.

- 플라즈마(non-equillibrium plasma)를 이용한 방법

이 방법은 Zhou에 의해 제안된 합성방법으로 ‘Direct and continuous synthesis of concentrated hydrogen peroxide by the gaseous reaction of H2/O2 non-equilibrium plasma’라는 이름으로 2004년 ‘The Royal Society of Chemistry’지에 게재. 이 방법은 H2O2는 플라즈마에 의해 H2/O2의 기상반응을 통해 높은 선택도(selectivity)와 생산성(productivity)으로 합성가능. 또한 최근 프로펜 에폭시화(propene epoxidation)가 H2/O2 플라즈마에 의한 H2O2 생산과 한 용기내(in-situ) 반응이 가능하다는 것이 밝혀짐.

- 초임계 이산화탄소(Supercritical CO2)를 이용한 방법

이 방법은 Beckmann에 의해 제안된 합성방법으로, ‘Direct synthesis of H2O2 from O2 and H2 over precious metal loaded TS-1 in CO2‘라는 이름으로 2007년 The Royal Society of Chemistry’지에 게재. 낮은 유해성과 환경친화성을 가진 초임계 이산화탄소를 용매로 사용한 것이 특징. 초임계 이산화탄소하에서 H2, O2를 통한 H2O2의 합성은 균질한(homogeneous), 비균질한(heterogenious) Pd 기반 촉매를 모두 사용. 이 방법은 액상의 H2O2생산을 위한 기체-액체-고체 3상계(gas-liquid-solid three phase system)이 유체-고체 2상계(fluid-solid two phase system)이 되어 시스템이 간단해진다는 장점을 가짐. 하지만 Landon에 의하면 임계온도(critical temperature, Tc=31.1℃)는 이 생산공정을 효용성있게 하기엔 H2O2 분해반응(decomposition)이 매우 빠르게 일어난다고 발표.

◇ 이외 H2O2 직접합성을 위한 촉매연구에 대한 사례들을 살펴보면 Pd 촉매는 비 선택적 산화(non-selective oxdiation)를 특징으로 부반응들이 발생한다는 단점과 H2/O2 합성가스의 폭발 위험(explosive hazard)이 발생 단점을 가지고 있지만 H2/O2합성가스의 이산화탄소, 질소, 아르곤 등으로 희석하는 방식의 공정개발과 Pd 기반 멤브레인(membrane) 촉매의 보급으로 선택도 높은 공정이 디자인 되면서 해당 문제를 해결해나가고 있다. Pd 촉매 이외에도 Au 기반 촉매들도 보고되고 있지만, 현재까지 연구되고 보고된 대부분의 H2O2의 직접합성 촉매들은 대부분 Pd 기반의 촉매들이다.(아래 표Chanchal Samanta(2008) 참고)

◇ 가장 최근 H2O2의 생산촉매 동향은 oxygen reduction reaction(ORR)을 통해 전기화학적으로(Electrochemical) H2O2을 생산하는 것으로 탄소 기반의 촉매를 사용하는 것에 초점맞춰져 있음. 2019년 2월 ‘Angewandte Chemie International Edition‘지에 한국 울산과학기술대학교(UNIST) 주상훈교수 연구팀은 ’Active Edge-Site-Rich Carbon Nanocatalysts with Enhanced Electron Transfer for Efficient Electrochemical Hydrogen Peroxide Production’이라는 이름으로 연구결과를 발표했는데, 이는 H2O2 선택도(selectivity)가 90% 이상인 탄소 나노 튜브(Carbon Nano tube, CNT)기반의 촉매의 평가내용을 담고 있음.

◇ 그리고 또한 2018년 2월 ‘Nature Catalysis’ 저널에 실린 ‘High-efficiency oxygen reduction to hydrogen peroxide catalysed by oxidized carbon materials’에서는 C-O, C=O 작용기(functional group)이 CNTs의 표면에 존재하는 탄소 기반 촉매(O-CNT)인 경우 ORR의 반응성(activity)과 선택도(selectivity)를 높인다는 것을 밝혔다(~90%) 이때 이 연구에서는 이러한 촉매 반응을 규명하기 위해 density functional theory(DFT)를 도입하여 ORR 반응성(activity)를 강화시킬 수 있는 반응위치(reaction sites)들을 조사하였음. 이 DFT 계산 결과는 산소를 포함한 작용기(Oxygen functional groups e.g. -C-O-C, -COOM)이 전기화학적으로 산소의 H2O2로의 환원반응의 활성도(activity)와 선택도(selectivity)를 높인다는 것을 나타내고 이는 실험적 연구결과를 정확히 뒷받침함.

• 특허조사 및 특허 전략 분석

가. 특허조사 ◇ 환원그래핀옥사이드-이산화티타늄 광촉매 복합체의 제조방법 및 그 방법을 이용한 태양연료로서의 과산화수소의 제조방법 METHOD FOR PREPARING REDUCED GRAPHENE OXIDE-TITANIUM DIOXIDE PHOTOCATALYST COMPOSITE AND METHOD FOR PRODUCING HYDROGEN PEROXIDE AS A SOLAR FUEL USING THE SAME

- 출원번호/일자 1020140120305 (2014.09.11) - 출원인 포항공과대학교 산학협력단 - 등록번호/일자 1015633460000 (2015.10.20.)

‘본 발명은 이산화티타늄(TiO2); 및 환원그래핀옥사이드(reduced Graphene Oxide, rGO);를 포함하는 광촉매 복합체이거나, 상기 광촉매 복합체에 포스페이트(phosphate) 또는 코발트포스페이트(Cobalt phosphate, CoPi);를 추가로 포함하는 광촉매 복합체 및 그를 이용한 태양연료로서의 과산화수소의 제조방법을 제공하며, 본 발명에 따른 광촉매 복합체는 귀금속을 대체한 환원그래핀옥사이드가 담지된 이산화티타늄에 의해 과산화수소의 생산 효율이 우수하고, 인산기가 이산화티타늄 표면에 보호막물질로서 생성된 과산화수소의 분해를 저해하여 과산화수소의 생산효율을 높이고, 코발트포스페이트에 의해 in-situ 형성으로 유기 전자 공여체 없이 과산화수소를 생산하므로, 공정상 비용이 낮은 경제적인 과산화수소의 제조방법을 제공할 수 있다.’

◇ 형상 제어된 팔라듐 나노 입자 담지 촉매 및 이를 이용한 과산화수소 직접 생산방법

Direct synthesis of hydrogen peroxide from hydrogen and oxygen using shape controlled Pd nanoparticle supported catalysts

- 출원인 고려대학교 산학협력단 - 등록번호/일자 1016026950000 (2016.03.07) - 공개번호/일자 1020150138623 (2015.12.10)

‘본 발명은 수소와 산소로부터 과산화수소를 직접 합성하는 방법으로, 구체적으로 과산화수소 직접생산을 위한 형상 제어된 팔라듐 나노 입자 담지 촉매 및 이의 제조 방법 및 상기 촉매를 이용한 과산화수소 직접 생성 방법에 관한 것이다.’

◇ 탄화티타늄에 담지된 과산화수소 생산용 백금 단일 원자 촉매, 이를 포함하는 막전극 접합체 및 상기 촉매의 제조방법 Titanium carbide supported Pt single-atom catalyst for production of hydrogen peroxide, MEA including the same and Method for preparing the catalyst

- 출원인 한국과학기술원 - 등록번호/일자 1018095950000 (2017.12.11) - 공개번호/일자 1020170073831 (2017.06.29.)

‘본 발명은 백금이 탄화티타늄 담체 상에 단일 원자 형태로 분산되어 담지된 과산화수소 생산용 촉매, 이를 포함하는 과산화수소 생산용 막-전극 접합체 및 상기 과산화수소 생산용 촉매의 제조방법을 제공한다. 본 발명에서는 원자 단위로 분산된 백금 촉매를 탄화티타늄을 담체로 하여 합성하였다. 이를 통해 값비싼 귀금속의 사용량을 줄임과 동시에 과산화수소에 대한 선택성을 80% 이상으로 향상시켰다.’

◇ 코어-쉘 구조를 갖는 과산화수소 제조용 촉매 및 이를 이용한 과산화수소의 제조방법 Catalyst for preparing hydrogen peroxide having core-shell structure and method for preparing hydrogen peroxide using the same

- 출원번호/일자 1020160033257 (2016.03.21) - 출원인 고려대학교 산학협력단 한국과학기술연구원 경희대학교 산학협력단 - 등록번호/일자 1018259070000 (2018.01.31.)

‘본 발명은 코어-쉘 구조를 갖는 과산화수소 제조용 촉매 및 이를 이용한 과산화수소의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 팔라듐(Pd) 나노입자를 코어로 하고, 귀금속이 상기 코어를 둘러싸는 코어-쉘 나노입자를 포함하는, 과산화수소 제조용 촉매 및 이를 이용한 과산화수소의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 코어(팔라듐)-쉘(귀금속) 나노입자 촉매는 종래 팔라듐(Pd) 나노입자, 또는 팔라듐과 금의 합금 나노입자에 비해, 수소 및 산소로부터 과산화수소 제조시 용매에 할로겐 음이온을 첨가하지 않고도, 우수한 과산화수소 선택도 및 생산속도를 나타내는 효과가 있다.’

◇ 광촉매, 그의 제조 방법 및 그를 이용한 과산화수소의 제조방법 PHOTOCATALYST, METHOD FOR PREPARING SAME AND METHOD FOR PRODUCING HYDROGEN PEROXIDE USING SAME - 출원번호/일자 1020160012381 (2016.02.01) - 출원인 포항공과대학교 산학협력단 - 등록번호/일자 1017439450000 (2017.05.31.)

‘본 발명은 탄소질화물(C3N4); 상기 탄소질화물의 표면 또는 내부에 K+, NH4+, Li+, Na+ 및 H+ 중에서 선택된 1종 이상의 양이온; 및 상기 탄소질화물의 표면 또는 내부에 인산 모노에스테르기(phosphate monoester group), 오르토인산기(orthophosphate group), 인산 다이에스테르기(phosphate diester group), 피로인산기(pyrophosphate group), 폴리인산기(polyphosphate group), 황산기(sulfate group) 및 탄산기(carbonate group) 중에서 선택된 1종 이상의 음이온;을 포함하는 광촉매에 관한 것이다. 본 발명의 광촉매는 탄소질화물, 알칼리 금속 양이온 및 다종의 인산기 음이온을 포함하여 독성 물질을 포함하지 않아 친환경적이고, 귀금속을 포함하지 않아 경제적이며, 장시간 안정하고 과산화수소 생산 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 이와 같은 광촉매를 이용하여 가시광 조사 하에서도 과산화수소를 생성할 수 있다.’

나. 특허전략

◇ 과거 AO 공정에만 의존했던 H2O2 생산이 여러 단점을 드러내면서 현재 촉매를 이용해 H2O2를 H2/O2에서 직접 합성하는 방식의 연구가 진행되고 있음
◇ Pd를 기반으로 한 촉매의 효율성이 보고된 이후 Pd 기반 촉매연구가 많이 진행되었고 관련 특허도 많이 발생했음
◇ 현재는 촉매의 성능 및 안정성을 높이면서 더 값싼 촉매를 만들기 위해 여러 연구가 진행되던 중 탄소 기반 소재의 촉매가 그 가능성을 드러내며 개발되기 시작했음

◇ 특히 가장 최근 DFT 계산을 통해 촉매를 실험적으로 평가하기 전 더 반응성이 높은 반응 위치를 이론적으로 확인함으로서 더 우수한 성능을 보이는 촉매를 개발 할 수 있는 방법론이 제시되고 있음 ◇ 이에 따라, 여러 금속을 사용하여 탄소 복합구조를 디자인하고 이를 DFT 계산으로 평가하여 가장 우수한 촉매를 이론적으로 확인하고 추후에 실험적으로 그 성능을 증명하여 상용화하는 것을 특허 전략으로 잡음

• 기술 로드맵

내용

시장상황에 대한 분석

• 경쟁제품 조사 비교

내용

• 마케팅 전략 제시

내용

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

◇ 성능이 좋고 오래 사용할 수 있어 효율적인 새로운 촉매 개발.
◇ 과산화수소 생산뿐만 아니라 수소 생산, 연료 전지 등 다양한 분야에 활용할 수 있음.
◇ DFT 계산을 통한 이론적 실험의 시행착오를 통해 더 편리하게 우수한 성능의 촉매를 개발.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

◇ 간접방법인 안트라퀴논 공정은 상당한 규모가 되어야 경제성이 있기 때문에 한 곳에서 진한 H2O2를 생산하고 이를 수요처로 운반하여 묽혀서 사용하고 있음. 직접생산 방법에서는 소량을 수요처에서 합성할 수 있어서 소량만 필요한 수요처에 직접 설치하여 생산할 수 있음.
◇ 간접생산 방식은 과정이 많아 비용이 많이 들고 이 과정에서 유기 폐기물도 생겨 환경오염을 일으킨다는 문제가 있지만 탄소기반 촉매를 사용한 직접생산 방식은 청정 공정이고 효율이 더 좋아 환경 친화적임.
◇ 비싼 가격과 성능 면에서 많은 제약이 있는 귀금속 촉매를 대체할 수 있어 경제적임.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

◇ 3월 중으로 기본 촉매 세팅을 완료한다.
◇ 촉매 표면 세팅이 완료되면 반응물과 촉매간의 흡착 위치 및 에너지를 계산한다.
◇ 최적의 흡착 위치 파악 후 그 위치에서의 반응 경로 및 에너지 레벨을 계산한다.
◇ 모든 계산의 완료되면 도핑한 금속 차이에 의한 결과를 분석한다.

설계

설계사양

제품의 요구사항

- 값비싼 귀금속 촉매를 대체할 수 있는 그래핀 촉매 개발

- 부반응인 물 생산 반응에 대한 선택도를 낮추고 과산화수소 생산 반응의 선택성을 높이는 촉매 개발

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

- 그래핀에 M-N4를 도핑한 구조의 촉매를 선택하여 표면의 에너지를 계산.

- 선행 연구 결과를 토대로 그래핀에 도핑 할 금속을 Ni, Co, Fe, Ag, Pt, Ru 으로 선정

- 양자화학방법(Quantum chemistry methods)은 계산 시간이 너무 많이 소요되므로 오차가 그다지 크지 않고 계산 속도가 빠른 DFT계산으로 계산 진행

- 가장 안정한 상태의 표면에서 반응이 일어날 가능성이 높으므로 계산 결과 가장 낮은 에너지를 가지는 표면 상태 선택

- 선택한 촉매 표면에 대해서 과산화수소, 물 생성 반응 각 단계에 대한 깁스에너지 계산

상세설계 내용

-계산한 데이터를 정리하여 ∆G_(OOH^* ) 및 각 반응에 대한 ∆G 그래프를 그리고 Volcano plot 도출

-각 반응 단계에 대하여 Ni-N4, Co-N4, Fe-N4, Ag-N4, Pt-N4, Ru-N4의 ∆G를 계산

- OOH^* 흡착 단계의 ∆G 에 대하여 나머지 각 반응 단계의 -∆G를 plot했을 때가 가장 선형적인 경향을 보이기 때문에 ∆G_(OOH^* ) VS. -∆G 그래프 선택

- 여러 반응들 중에 -∆G가 낮은 반응 결정 단계만 모아 Volcano plot을 그려 반응 결정 단계에서 가장 높은 자발성을 보이는 촉매 확인. 이 촉매가 가장 효율이 좋다고 말할 수 있음

결과 및 평가

완료 작품의 소개

연구결과

Ni, Co, Ag, Fe, Ru, Pt로 도핑 된 그래핀 기반 촉매 마다 VASP프로그램을 이용하여 가장 안정한 촉매 표면의 에너지, 과산화수소 생성 반응과 물 생성 반응 각 단계의 깁스 에너지를 계산

6가지 후보 촉매에 대해서 획득한 Volcano Plot에서 반응결정단계(Reaction Rate Determining Step)만 표시함

-반응 결정단계만 표시된 Volcano Pot을 해석한 결과 과산화수소 생성반응의 경우 Co, Ag, Ni, Fe 가 도핑 된 촉매순으로 더 좋은 활성을 보이는 것으로 계산

-물 생성반응의 경우, Co, Fe, Ag, Ni 가 도핑 된 촉매순으로 더 좋은 활성을 보이는 것으로 계산

- Co-N4 촉매의 활성을 높이는 방향으로 촉매 구조변형(Modification)을 통해 촉매활성을 높이는 연구 진행

- 산 조건에서 촉매반응을 진행한다는 가정하에 촉매 표면에 수소를 첨가하여 촉매의 구조변형

- 산소가 풍부한 그래핀 옥사이드(Graphene Oxide)에 Co를 도핑 한다는 가정하에 촉매 표면에 산소를 첨가하여 촉매의 구조변형

-위쪽 그림은 촉매 표면에 Oxygen을 1개와 2개를 첨가, Hydrogen을 2개와 4개 첨가한 후 Relaxation을 통해 ground state의 촉매 surface를 획득한 촉매에 대해 ∆G_(OOH^* ) 계산한 값을 나타낸 비교

-위쪽 그림은 Oxygen, Hydrogen을 첨가한 4가지 촉매 표면에 대해 VESTA 프로그램을 이용, Bader Charge Analysis를 진행한 그림

- 아무것도 첨가하지 않은 Co-N4촉매에 대해 구조변형을 진행한 각 촉매에서의 Co 상대 전자밀도를 비교한 결과, 산소를 첨가한 촉매에 대해서는 Co가 상대적으로 양전하를, 수소를 첨가한 촉매에 대해서는 Co가 상대적으로 음전하를 가진다는 것을 확인

- 수소와 산소를 첨가하는 것으로 구조변형을 진행한 촉매들에 대해서 Co의 상대 전자밀도와 ∆G_(OOH^* )를 비교하여 나타낸 결과 두 값이 비슷한 경향성을 가지는 것을 확인

- 수소첨가의 경우 Co의 상대 전하가 음전하를 가지게 되면서 OOH의 흡착에너지를 감소시켜 ∆G_(OOH^* )가 떨어지는 결과를 확인

- 산소첨가의 경우 Co의 상대전하가 양전하를 가지게 되면서 OOH의 흡착에너지를 증가시켜 ∆G_(OOH^* )가 증가하는 결과를 확인

- 산소와 수소를 첨가한 Co-N4 촉매까지 포함한 최종 Volcano plot

- 물 생성반응 Volcano Plot의 경우 Co-N4촉매에 대해 수소와 산소를 첨가하여 구조를 변형한 모든 촉매에 대해서 활성이 하락하는 것을 확인

- 과산화수소 생성반응 Volcano Plot의 경우 수소를 첨가하여 구조를 변형한 촉매는 모두 활성이 하락하는 것을 확인

- 하지만 산소를 첨가하여 구조를 변형한 촉매 중 산소 1개를 첨가하였을 때는 촉매활성이 증가하는 것을 확인

- 반면 산소를 2개 첨가하였을 때는 ∆G_(OOH^* )가 크게 상승하여 Volcano Plot 상의 최고점을 넘어 오른쪽으로 지나치게 이동하여 오히려 촉매활성이 하락하는 것을 확인

- 따라서, 연구결과 산소가 풍부한 그래핀 옥사이드 표면에 Co-N4를 도핑 한 촉매가 과산화수소 직접합성 반응의 가장 이상적인 촉매임을 계산을 통해 규명하였음

포스터

관련사업비 내역서

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용