Carbon dioxide (CO2) is one of the major greenhouse gases that contribute to global warming and as such, much effort has been exerted to reduce the CO2 emissions into the atmosphere. Among the approaches to deal with emitted CO2 gases, CO2 conversion to useful chemicals is useful technology as removal and usage of CO2 is possible simultaneously. Herein, the versatility and the economic feasibility of the process should be pursued as considering the conversion conditions and the value of the final products. This thesis concentrated to utilize atmospheric, gaseous CO2 directly for maximizing the opportunity of industrial use. The study to convert flue gas of N2 and CO2 mixture was performed as well. In terms of the versatility, selective conversion process of CO2 contained in flue gas with the mixture of CO2 and N2 was established. This process synthesized boron and nitrogen co-doped porous carbon materials without any additional separation of flue gas. In terms of the economic feasibility, the process which produce high valuable graphene-carbon nanofiber composites instead of amorphous carbons was developed. Finally the synthesized materials from the process were studied in the terms of performance and properties as electrodcatalysts for oxygen reduction reaction and electrode materials for lithium-based secondary batteries. In other words, efficient application fields of the synthesized carbon materials were suggested considering their own characteristics.
이산화탄소는 지구온난화를 야기하는 온실가스 중 하나로 그 처리 방법이 다각도로 연구되고 있다. 그 중 이산화탄소를 다른 유용한 물질로 전환하는 기술은 이산화탄소의 제거와 활용을 동시에 해결한다는 점에서 효용가치가 높다. 이 때 해당 기술을 연구함에 있어 이산화탄소 전환 조건 및 최종 생성물의 가치를 고려하여, 공정의 범용성 및 경제성을 추구해야 한다. 본 학위논문에서는 이산화탄소를 전환함에 있어 실제 산업 적용 가능성을 높이고자 상압 기체 상태의 이산화탄소를 탄소원으로 바로 활용하는 연구를 다루었다. 특히 범용성 측면에선 추가적인 분리 공정이 필요 없이 이산화탄소와 질소가 혼합된 배기가스로부터 이산화탄소를 선택적으로 전환하는 공정을 확립하였으며, 이를 통해 붕소와 질소가 동시 도핑된 다공성 탄소 소재를 합성하였다. 또한 경제성 측면에선 비정질 탄소에 비해 가치가 높은 그래핀-탄소나노섬유 복합체를 합성하는 공정을 개발하였다. 마지막으로 생산된 탄소 물질이 가지는 각각의 특성을 고려하여 연료전지 양극 촉매 및 리튬 기반 이차전지 전극 물질로 활용 시 성능 및 물성에 대해 고찰하였으며, 이를 통해 이산화탄소 전환을 통해 만들어진 탄소 소재의 효율적인 응용 방향을 제시하였다.
