Language
Country/Area
No result found
금속의 마법: 산소를 빠르게 방출하고 에너지 미래를 바꿀 수 있는 금속 촉매는 무엇입니까?
물산화촉매(WOC)는 단순히 산소를 생산하는 것이 아니라, 특히 물을 분해하여 수소를 생산하는 과정에서 미래의 재생에너지원을 탐색하는 것입니다. 물 산화의 본질은 물을 산소와 양성자로 전환시키는 것입니다(2 H2O → 4 H+ + 4 e− + O2). 이 과정의 핵심은 촉매의 사용에 있습니다. 산소는 공기 중에 널리 이용 가능하지만, 물 산화 효율을 향상시키는 촉매는 의심할 여지 없이 미래의 청정 에너지 개발에 중요한 역할을 할 것입니다.
물의 산화 과정은 짝염기 수산화물의 산화보다 훨씬 더 어렵습니다.
촉매의 종류는 크게 균일촉매와 불균일촉매로 구분되는데, 그 중 금속촉매가 특히 중요하다. 이러한 촉매는 낮은 과전위에서 빠르게 작동해야 할 뿐만 아니라 안정성이 높고 비용도 저렴해 환경 친화적이고 독성이 없는 성분이 선호됩니다.
균질촉매
루테늄 복합체
루탄 수화물이 촉매하는 물 산화 반응이 어느 정도 진전되었습니다. 이러한 촉매는 일반적으로 비피리딘 또는 트리피리딘 유형 리간드를 포함합니다. 특히 피리딘-2-카르복실산을 함유한 촉매의 반응 속도는 300s−1에 도달할 수 있으며 이는 광합성 시스템 II와 비슷합니다. 최근 연구에서 많은 새로운 폴리피리딘 리간드가 등장했습니다.
코발트 및 철 복합체
초기 코발트 기반 WOC 촉매는 안정성이 부족하다는 문제가 있었습니다. 비교적 새로운 균일촉매인 [Co(Py5)(H2O)](ClO4)2는 양성자 결합 전자 전달 반응을 통해 [CoIII-OH]2+종을 형성한 후 산화되어 CoIV 중간체를 생성하고 최종적으로 반응한다. 물과 함께 산소를 방출하십시오. 또한, 코발트 폴리옥시금속 화합물 [Co4(H2O)2(α-PW9O34)2]10-는 높은 촉매 효율을 나타내며 일부 철 함유 착물도 우수한 촉매 특성을 나타냅니다.
많은 관련 화합물은 분해 가능한 특성을 갖고 있으며 대부분은 몇 시간 내에 분해됩니다.
이리듐 복합체
이리듐 착물[Ir(ppy)2(OH2)2]+가 더 높은 반응 사이클 수를 나타내더라도 촉매 속도는 더 낮습니다. ppy를 Cp*(C5Me5)로 대체하면 촉매 활성이 향상되지만 사이클 수가 감소합니다. 물의 친핵성 공격은 O2 형성의 원인 중 하나로 생각됩니다.
이종 촉매
이 분야에서 산화이리듐은 낮은 과전위를 나타내는 안정적인 1차 촉매 역할을 합니다. 또한, 니켈계 산화막은 중성에 가까운 조건에서 산소를 방출해 약 425mV의 초저과전압과 안정성을 보여준다. X-선 분광 기술을 통해 NiIII/NiIV 이온 사이에 이중 μ-산화물 브리지가 존재한다는 사실이 밝혀졌지만 단일 μ-산화물 브리지에 대한 증거는 발견되지 않았습니다.
산화코발트(Co3O4)는 다른 코발트염과 유사한 패턴으로 연구되고 있습니다.
이러한 맥락에서, 실리카 나노입자에 CoII를 흡착함으로써 안정적이고 효율적인 촉매를 제조할 수 있습니다. 이들 복합재는 물을 산화시키는 과정에서 좋은 활성을 나타내며, 탄소재료로 수열처리하면 우수한 물분해 효과를 나타낼 수 있다.
향후 전망
물산화촉매의 개발은 미래 에너지 생태계에서 매우 중요한 의미를 가질 것이라는 점에는 의심의 여지가 없습니다. 연구가 심화됨에 따라 우리는 물을 수소에너지로 효율적으로 변환할 수 있는 촉매를 만드는 데 점점 가까워지고 있으며, 이를 통해 태양에너지와 수소에너지의 결합이 가능해집니다. 미래에 이 기술이 널리 사용될 수 있음을 보여주는 데이터가 있다면 우리의 에너지 미래가 어떻게 재편될지 상상해 보십시오.
