In order to solve the problem of global warming caused by excessive emission of carbon dioxide, a technology for converting carbon dioxide into other compounds by an electrochemical method is being studied worldwide. Electrochemical carbon dioxide reduction is an eco-friendly technology that reduces carbon emissions while converting carbon dioxide into high value-added compounds. Copper oxide is known as a catalyst material showing high selectivity for multi-carbon compounds among carbon dioxide reduction catalysts. By utilizing tandem catalyst to create a dense environment with a carbon monoxide intermediate and carbon monoxide (CO) around the copper oxide catalyst, a multi-carbon compound with high selectivity can be produced at a lower overpotential. However, although many studies of enhanced performance of the tandem catalyst have been reported, the size and density of the CO generating catalyst have not well understood. In this study, the carbon dioxide reduction properties were evaluated by controlling the size and density of gold nanoparticles as CO generating catalyst and the correlation was identified. The more 5 nm-sized gold nanoparticles were distributed, the more the Faraday efficiencies of multi-carbon compounds were shown at a low overpotential of ~ 80 mV at the high current density region. In particular, the selectivity of 1-propanol was doubled at the same voltage as that of the copper oxide catalyst. When the size of the gold nanoparticles increased, there was no significant difference from the characteristics of the existing copper oxide catalyst, and the applied density did not affect it. This research presents a study on the characteristics of auxiliary catalysts for tandem catalysts to increase the performance of electrochemical carbon dioxide reduction catalysts.
이산화탄소의 과도한 배출로 인한 지구온난화의 문제를 해결하기 위해 전기화학적 방법으로 이산화탄소를 다른 화합물로 전환하는 기술을 세계적으로 연구하고 있다. 전기화학적 이산화탄소 환원 기술은 이산화탄소를 고부가가치의 화합물로 변환시키면서 탄소배출을 감소시키는 친환경 기술이다. 산화구리는 이산화탄소 환원 촉매 중 높은 다탄소 화합물의 선택도를 낮은 과전압에서 보이는 촉매 재료로 알려져 있다. 여기에 탠덤 촉매의 이점을 활용하여 일산화탄소 중간체와 일산화탄소를 산화구리 촉매 주변에 밀도 있게 환경을 조성하면, 더 낮은 과전압에서 높은 선택도의 다탄산 화합물을 생성할 수 있다. 그러나 탠덤 촉매의 높은 성능에 관한 연구는 많이 보고됐지만, 산화구리에 도포된 일산화탄소 생성 촉매의 크기와 밀도에 대한 고찰은 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 금 나노입자의 크기와 밀도를 제어하여 이산화탄소 환원 특성을 평가하고 연관성을 파악하였다. 5 나노미터 크기의 금 나노입자가 많이 분포할수록 고전류밀도 영역에서 ~ 80 mV 낮은 과전압에서 동일 수준의 다탄소 화합물의 패러데이 효율을 보였다. 특히 1-프로판올의 선택성이 산화구리 촉매보다 동일 전압에서 2배 증가하였다. 금 나노입자의 크기가 증가하면 기존 산화구리 촉매의 특성과 큰 차이를 보이지 않았고, 도포된 밀도 또한 영향을 미치지 않았다. 본 연구는 전기화학적 이산화탄소 환원 촉매의 성능을 높이기 위한 탠덤 촉매의 보조적인 촉매의 형질에 대한 고찰을 제시한다.
