In order to reduce the atmospheric concentration of CO$_2$, one of the major greenhouse gases components, many research related to CO$_2$ capture, storage, and utilization have been investigated recently. This thesis deals with the study for highly selective low temperature CO$_2$ hydrogenation with utilizing perovskite-based materials as catalysts. It also optimizes the properties of catalysts by incorporating heterogenous elements on the A-site or B-site of the perovskites to enhance the performance of CO$_2$ hydrogenation reaction.
In chapter 2, LaCoO$_3$-based perovskites are synthesized for reverse water-gas shift (RWGS) reaction to convert CO$_2$ into CO. The interaction between La-site and B-site becomes lower via loading Ni on the B-site of LaCoO$_3$, facilitating the exsolution of B-site elements to the surface to form highly-dispersed bimetallic Co-Ni alloy. This bimetallic Co-Ni alloy shows the active performance of H$_2$ dissociation to improve CO yield at low temperature.
In chapter 3, Ca-incorporated La$_{1-x}$CaxNiO$_3$ catalysts are synthesized for CO$_2$ methanation reaction. It is confirmed that incorporated Ca not only enhances the adsorption of CO$_2$ to form reactive carbonates, but also optimizes the adsorption sites to facilitate adsorbed CO species, resulting to a rapid hydrogenation of CO$_2$ into CH$_4$. In chapter 4, the double La$_2$NiFeO$_6$ perovskite is prepared as an oxygen carrier for reverse water-gas shift chemical looping (RWGS-CL) process and proved the superior CO$_2$ splitting activity than other single LaNiO$_3$ and LaFeO$_3$ perovskites.
본 학위논문에서는 페로브스카이트 기반의 촉매를 제작해 온실가스의 주성분인 이산화탄소를 저온에서 높은 선택도로 다양하게 수소화시키고자 하였다. 또한 페로브스카이트에 이종원소를 도입해 입자에 나타나는 변화를 분석, 이 변화로 다양한 이산화탄소의 수소화반응의 성능을 향상시킨 연구를 다루었다. 각 장의 내용은 다음과 같다.
2장에서는 이산화탄소를 일산화탄소로 전환시키기 위해, 코발트 기반의 페로브스카이트를 제작, 미량의 니켈을 도입했을 때 란탄과의 상호작용이 약해져 환원과정에서 표면으로 코발트-니켈 합금이 높은 분산도로 돌출이 되며 이 합금입자의 높은 수소 해리반응 성능을 통해 저온에서 일산화탄소의 수율을 향상시킬 수 있음을 증명하였다. 3장에서는 니켈 기반의 페로브스카이트에 칼슙을 도입했을 때 이산화탄소의 메탄화반응의 성능을 향상시키고자 한 연구로, 칼슘이 이산화탄소의 흡착을 향상시킬 뿐만 아니라 흡착 사이트의 일산화탄소 활성화 정도를 최적화시켜 메탄으로의 전환도 촉진시킨다는 사실을 도출하였다. 4장에서는 니켈과 철을 동시에 도입한 더블 페로브스카이트를 산소공여입자로 활용했을 때 각각의 단일성분을 기반으로 한 페로브스카이트보다 매체순환식 공정을 통해 이산화탄소의 전환 효율을 저온에서 극대화시킬 수 있음을 증명하였다.
