We have studied a TiO2-mediated dye-sensitized photocatalytic (DSPC) system for CO2 reduction and established its working mechanism in depth, henceforth upgrading its catalytic performance including lifetime. The basic process of photocatalysis is initiated by the visiblelight absorption by organic/organometallic dyes, followed by the charge separation and interfacial electron transfer (ET) toward catalytic center occuring on the TiO2 semiconductor surface. Since these reactions primarily occur at the interface between molecular functional components and semiconductor, the ET efficiency between key components significantly affects the overall photochemical reaction kinetics and mechanism. Herein, we report the details of the interfacial ET process between components and discuss the structure-activity relationships based on the relative excited-state energy levels of components.

분자체를 통한 분리 기술은 고부가 화합물의 정제를 목적으로 널리 사용되는 기술로, 상당한 에너지를 사용하는 분별 증류법에 비해 70~80% 이상 에너지를 절약 할 수 있다. 제올라이트는 1-nm 이하의 기공이 균일하게 배열된 결정성 알로미노 실리케이트로, 높은 화학적/열적 안정성을 가져 크기별로 분자를 분리하는 상업 공정에 널리 사용된다. 제올라이트의 기공 크기와 모양은 결정 구조에 의해 정해지는 데, 100여년 간의 오랜 연구에도 불구하고 불과 200여개의 결정 구조만 보고되었다. 따라서 제올라이트의 분자체로서의 활용은 상당히 제한되었고, 현 상황의 기술은 제올라이트의 기공 특성을 분석하고, 거기에 맞는 분자 분리에 활용하는 것이다. 차세대에는 이러한 소재 맞춤형 분리기술을 벗어나, 궁극적으로 분리하고자 하는 분자를 먼저 설정하고, 이를 선택적으로 흡착할 수 있는 분자맞춤형 제올라이트 분자체의 제조가 절실하다. 본 연구에서는 후처리 개질법을 통해 제올라이트의 기공 크기를 세밀하게 조절하는 새로운 방법을 보고한다. 기공 크기가 제어된 제올라이트를 분자체로 이용해 에탄/에틸렌 분리, 프로판/프로필렌 분리에 이용하였다.

Prior study on CO2RR have focused on the catalytic properties of various materials in liquid condition. However, the current density for CO2RR is restricted under 30 mA cm-2 due to the mass transfer limit and low solubility of CO2 in the aqueous solution. To increase the current density, the gas fed CO2 electrolysis system was investigated using a gas-diffusion layer system. Herein, we developed a convenient Ag- and Cu-based electrode with high selectivity and high current density for electrochemical conversion of CO2 to CO and ethylene in a zero-gap electrolyzer, respectively. Moreover, the prepared electrode was analyzed the change of electronic structure using in-situ/operando X-ray absorption spectroscopy (XAFS) at real gas fed zero-gap electrolyzer condition. Based on these results, we could give insights about the scalable electrolyzer system for electrochemical conversion of CO2 with high catalytic activity and selectivity.

Carbon monoxide (CO) is an important raw material in chemical industries; however, its separation through solid-state polymer membranes has not been extensively investigated. Herein, a series of comb-like copolymers is synthesized and used as a matrix to incorporate AgBF4 and ionic liquid ([bmim][BF4]) for solid-state facilitated CO transport membrane. The CO/N2 separation performance is improved by introducing AgBF4 together with [bmim][BF4] into the copolymer matrix. Incorporating AgBF4 significantly increases the interaction energy between the membrane and CO molecules, demonstrating that Ag salts act as facilitated CO transport carriers and increase CO solubility in the membrane. Results show that the ionic liquid prevents comb copolymer aggregation and improves CO/N2 selectivity.

Global 환경변화와 함께 과학기술에 대한 관심과 중요성 크게 증가하고 있습니다. 미중 무역전쟁에서 보듯이 5G 등 첨단기술을 둘러싼 기술패권 경쟁과 자국우선주의가 심화되고 있고, 일본의 White-list 배제 등에 따라 글로벌 가치사슬(Global Value Chain, GVC)에 틈이 생기면서 소재·부품·장비의 안정적인 조달이 국가과제로 대두되고 있습니다. 그런가 하면 지구촌 전체를 강타하고 있는 코로나-19 팬데믹은 이를 기점으로 BC(Before Corona)와 AC(After Corona)로 구분 지을 정도로 모든 것을 바꾸어 놓으면서 Un-tact(On-tact) 중심의 디지털 전환(Digital Transformation)을 가속화시키고 있습니다. 이외에도 오늘날 지구촌이 당면하고 있는 핵심 이슈의 중심에는 빠짐없이 과학기술이 위치하고 있습니다. 한 나라의 국가 발전에 있어서도 과학기술의 중요성은 점점 커가고 있습니다. 제조업 경쟁력 강화, 삶의 질 향상과 사회문제 해결은 물론 외교, 안보, 문화, 예술, 체육 등 모든 분야 발전의 핵심이 되고 있습니다. 과학기술 없이 대한민국의 오늘을 이룰 수 없었듯이 과학기술 없는 대한민국의 미래는 상상할 수 없을 것입니다. 어떤 분야도 과학기술 없이는 한 발짝도 앞으로 나갈 수 없습니다. 모든 분야 발전의 중심에 과학기술이 있어야 하는 이유입니다. 정부에서도 이런 점을 감안하여 어려운 나라 살림에도 미래의 씨앗(seeds)인 과학기술투자를 지속적으로 확대하면서 국가과학기술발전을 적극 지원해 오고 있습니다. 이와 같은 정부의 지원 노력에 부응하여 과학기술계에서는 세계적인 성과 창출로 답해야 할 것입니다. 그 어느 때보다도 정부와 민간의 역할 분담과 유기적인 협력체계 가운데 R&D의 전 주기(Plan-Do-See)에 걸친 성과제고 전략을 모색하는 한편 긴 호흡에서 일관되고 지속적으로 추진해 나가야 할 것입니다.

In this study, newly measured experimental data of carbon dioxide (CO2) solubilities in aqueous MEA (primary), DIPA (secondary), MDEA (tertiary), AMP (steric hindrance) and their mixture solutions are provided with thermodynamic models, such as Kent Eisenberg, Deshmukh Mather, electrolyte NRTL, electrolyte UNIQUAC models. The solubility measurements were carried out over a wide temperature range (313.15-403.15 K) and at various amine concentration conditions (20, 30, and 40 wt%) with static method. CO2 partial pressure, liquid phase concentrations for all components including carbamates and bicarbonate, pH, the heats of absorption, and cyclic capacity for all amine concentrations, temperatures, and CO2 loading conditions could obtained by using in house model.

전력은 주요한 최종에너지원으로써, 특별히 전기화학 기반 탄소자원화 기술의 경제성 및 환경성 평가에 매우 중요한 요인 중 하나이다. 우리나라는 온실가스 및 기후변화 등 환경 문제를 해결해나가기 위하여 석탄 및 원전의 비중을 줄이고, 재생에너지 비중을 늘리는 에너지전환 정책을 추진하고 있으며, 이에 따라 '17년 제8차전력수급기본계획을 수립한 바 있다. 본 연구에서는 제8차전력수급기본계획을 토대로 우리나라의 2030년 발전원 변동을 분석하고, 발전원별 비중의 변화에 따라 전력 사용에 따른 환경영향을 분석하였다. 전력 사용에 따른 온실가스 배출 영향 및 기타 환경영향은 전과정평가(Life Cycle Assessment) 방법을 토대로 분석을 수행하였으며, 2017년 전력그리드 발전원 구성 및 2030년 전력그리드 발전원 구성을 비교 분석하여 에너지 전환 정책 추진에 따른 국가 전력그리드의 온실가스 감축 효과를 분석하였다. 분석 결과, '30년 목표 시나리오를 기준으로 1kWh당 온실가스 배출은 '17년 동일 전력 대비 약 13% 개선될 것으로 보이며, 그 외 자원소모를 포함한 여타 환경성도 개선되는 것으로 분석되었다.

Hydrogen is one of the important materials not only as energy resources for fuel cells but as a chemical feedstock for biomass conversion into valuable chemicals via hydrodeoxygenation. Noble metal catalysts, such as Pt, Ni, and Pd, are reported to exhibit high activity for hydrogen production. Carbon is one of promising catalyst support because they have no acid/base sites, which causes undesired reactions such as cracking and isomerization. On the other hand, the metal fine particles on carbon support are easily aggregated during the catalyst preparation and the reaction, leading to the deactivation of the catalyst. To maintain the metal particle size small, we developed a novel preparation method for carbon-supported Pt and Ni fine particles by using a cation-exchange resin and corresponding metal ammine complexes as initial materials of carbon support and metals, respectively. This preparation method consists of ion exchange at room temperature and carbonization of the metal-loaded resin at 500°C to convert the resin into carbon support. We succeeded in the preparation of Pt-Ni bimetal catalysts with the predetermined metal composition by using this method. The metal loading of the prepared catalysts was 25-49 wt% and the metal particle size was 2-4 nm. We applied the prepared catalysts to hydrogen production from formic acid. The obtained catalysts showed higher hydrogen production rates based on the reactor volume (44,100-2,020 Nm3-H2/(m3-reactor·h)) than the industrially required level (1,000 Nm3-H2/(m3-reactor·h)) due to the high metal loading and small metal particle size of the active metal. The bimetal catalyst exhibited higher turnover frequency than the single metal catalyst, suggesting that alloy formation enhanced the catalytic activity. Besides, metal catalysts, such as Cu and Ru, are considered to show high activity for hydrodeoxygenation of polyols derived from biomass to valuable diols. To inhibit side reactions such as C-C cleavage and dimerization of polyols over acid sites on catalyst support at temperatures above 200°C, the carbon-supported metal catalyst prepared from the ion-exchange resin was believed to be useful. We prepared a carbon-supported Cu catalyst in the same manner as the Pt and Ni loaded carbon catalyst. The prepared carbon-supported Cu catalyst possessed 67 wt% of metal loading and 15 nm of Cu metal particle size. This catalyst showed high selectivity of the conversion of erythritol (C4H6(OH)4) into butanediols. It was worthwhile to point out that the vicinal diols, that is 1,2-butanediol and 2,3-butanediol, were mainly obtained. This result implies that the vicinal OH groups are adsorbed on Cu particle in the prepared catalyst and the OH groups which were not involved in the adsorption was reacted with hydrogen. In conclusion, carbon-supported metal nanoparticle catalysts were successfully prepared by using ion-exchange resin. The prepared catalyst showed high activity for hydrogen production and selective hydrodeoxygenation of polyols because of high metal loading and small metal particle size.