탄산염을 활용한 물 전기분해로 과산화수소 생성 증가에 관한 연구
Seoul독일 보훔 루르 대학교의 연구진인 레징 리 박사, 칼라 산타나 산토스 박사, 그리고 볼프강 슈만 교수는 수전해 과정에서 과산화수소의 생산량을 늘리는 방법을 발견했습니다. 일반적으로 이 과정은 산소도 생성하지만, 이는 흔히 낭비됩니다. 과산화수소는 다양한 산업에서 가치 있는 물질입니다. 이들의 연구 결과는 2024년 6월 24일 Angewandte Chemie International Edition에 발표되었습니다.
주요 요소들은 다음과 같습니다:
- 탄산염 완충제의 역할.
- 지역적 pH 값의 중요성.
- 반응 과정의 에너지 역학.
물을 분해하면 일반적으로 수소와 산소가 생성됩니다. 그러나 많은 산업에서는 산소보다 과산화수소가 더 유용합니다. 과산화수소는 세정제, 표백제 그리고 연료로 사용됩니다. 보통 과산화수소를 만드는 과정은 복잡하고 환경친화적이지 않을 수 있습니다. 수전해 반응을 개선하여 수소와 함께 과산화수소를 생산하면, 생산 과정을 단순화하고 환경에도 더 좋을 수 있습니다.
수소 퍼옥사이드는 특정 조건에서 형성됩니다. 본 연구에 따르면 전해질 용액에 탄산염 완충제를 추가하면 반응 방식이 변한다고 합니다. 탄산 완충제인 탄산은 수소 탄산과 상호 작용하여 용액의 pH를 안정적으로 유지합니다.
전압이 적용되면 전극에서 전기분해 반응이 발생합니다. 이 과정에서 방출된 양성자로 인해 pH 수준이 변하며, 이는 반응 생성물에 영향을 줍니다. 독일 보훔 루르 대학교의 연구원들은 전극 표면 근처의 pH를 측정하는 방법을 개발했습니다.
과학자들은 전극 근처에 높은 농도의 탄산수소염이 과산화수소 생성에 도움을 준다는 사실을 발견했습니다. 탄산수소염은 불필요한 산소의 형성을 막는 물질로 이어집니다. 이는 물 전기분해를 통해 과산화수소를 직접 만드는 것이 복잡한 열역학 때문에 어려웠던 점을 감안할 때 중요합니다.
이 연구는 매우 과학적으로 보일 수 있지만 실제로는 매우 유용합니다. 수소와 과산화수소의 생성 과정을 이해함으로써 우리는 산업적 방법을 더 효율적이고 깨끗하게 개선할 수 있습니다. 이는 중요한 화학물질의 생산 방식을 바꾸고, 지속 가능성 목표를 지원하며, 환경 피해를 줄이는 데 기여할 수 있습니다.
이 연구 결과는 첨단 기술 발전에 있어 기초 연구가 얼마나 중요한지를 보여줍니다. 전기분해 조건과 완충 용액을 더 깊이 연구함으로써, 과산화수소 제조를 더욱 효과적으로 개선할 수 있습니다. 이는 대규모 산업 용도로 더욱 적합하게 만들어 주며, 더 에코 친화적인 화학적 솔루션을 제공합니다.
연구는 여기에서 발표되었습니다:
http://dx.doi.org/10.1002/anie.202406543및 그 공식 인용 - 저자 및 저널 포함 - 다음과 같습니다
Lejing Li, Rajini P. Antony, Carla Santana Santos, Ndrina Limani, Stefan Dieckhöfer, Wolfgang Schuhmann. Anodic H2O2 generation in carbonate‐based electrolytes – Mechanistic insight from scanning electrochemical microscopy. Angewandte Chemie International Edition, 2024; DOI: 10.1002/anie.202406543
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