최신 기술로 촉매의 원자 수준 비밀을 밝히는 새로운 연구

Seoul로렌스 버클리 국립 연구소의 과학자들은 원자 수준에서 전기화학적 과정을 연구하는 새로운 방법을 개발했습니다. 이 방법은 일반적인 촉매가 어떻게 작동하는지를 설명하는 데 도움을 줍니다. 연구자들은 반응을 얼리고 그것의 진행 단계를 관찰할 수 있는 폴리머 액체 셀(PLC)이라는 장치를 도입했습니다.

전기화학 반응은 다음과 같은 분야에서 매우 중요합니다:

• 배터리
• 연료 전지
• 전기분해
• 태양광 연료 생성
• 광합성 같은 생물학적 과정

PLC는 원자 수준에서 반응을 명확하게 관찰하기 위해 투과 전자 현미경(TEM)과 함께 작동할 수 있습니다. 이 기술은 다양한 전기화학 기술을 개선하는데 도움을 줄 수 있습니다.

버클리 연구소 팀은 구리 촉매를 사용하여 그들의 방법을 시험했습니다. 구리 촉매는 이산화탄소를 메탄올, 에탄올, 아세톤 같은 화학물질로 변환할 수 있습니다. 실험 결과, 반응 중에 고체와 액체가 만나는 지점에서 놀라운 변화가 나타났습니다.

버클리 연구소의 과학자들은 첨단 현미경을 이용하여 구리 원자가 액체 용액에서 탄소, 수소, 산소 원자와 어떻게 이동하고 섞이는지를 연구했습니다. 이 혼합물은 완전히 고체도 액체도 아닌 층을 형성하는 것을 관찰했습니다. 이 층은 전류가 멈추면 사라지고 구리 원자들은 원래 위치로 돌아갑니다.

이 모호한 중간층에 대해 더 깊이 알아가는 것은 더 나은 촉매와 더 오래 지속되는 시스템 개발에 도움이 됩니다. 촉매가 어떻게 분해되는지를 이해하는 것은 개선을 위한 중요한 과정입니다.

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이 액체 셀은 반응 중에 고체와 액체의 경계에서 일어나는 일을 실시간으로 관찰할 수 있게 해줍니다. 우리는 촉매 표면의 원자들이 어떻게 움직이고 변하는지를 볼 수 있습니다. 이러한 정보는 더 나은 촉매를 설계하는 데 매우 중요합니다."라고 버클리 연구소 소재 과학부의 선임 과학자인 하이미 정이 말했습니다.

이 연구에는 하버드 대학교의 송지강, 쑨시안후, 리우양, 완자웨이, 소피아 비. 베츨러, 정치, 상관준이, 캐런 C. 부스틸로, 피터 어셔스, 프리네하 나랑, 그리고 황유가 참여했습니다.

장 박사는 불명확한 계면을 발견함으로써 이전의 지식이 변화했다고 설명했다. 반응이 일어남에 따라 이 계면의 구조가 변화하고 성능에 영향을 미친다. 이러한 변화를 연구함으로써 촉매의 성능을 향상시킬 수 있는 방법을 찾아낼 수 있다.

새로운 연구가 6월 19일 네이처에 발표되었습니다. 이 연구는 미국 에너지부 과학청(Office of Science)의 지원을 받았습니다. 미국 에너지부 산하 과학청이 운영하는 몰레큘러 파운드리 시설이 이 연구에 기여했습니다.

과학자들은 이 기술을 다른 재료에도 적용할 수 있어 기대하고 있습니다. 현재 그들은 리튬 및 아연 배터리의 문제를 조사하고 있습니다. PLC 기반 TEM의 정보는 많은 전기화학 기술을 크게 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.