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로렌스 버클리 국립연구소(Lawrence Berkeley National Laboratory)와 캘리포니아 공과대학(California Institute of Technology)의 연구진은 공기를 더 깨끗하게 하면서 재생 가능한 연료를 얻을 수 있는 새로운 연구결과를 발표했다. 이 연구의 궁극적인 목표는 대기 중의 유해한 이산화탄소를 유익한 액체 연료로 전환하는 것이다. 이 연구는 이산화탄소를 액체 연료인 에탄올로 전환시킬 수 있는 초기 단계이다. 즉, 물과 이산화탄소를 원자 상태로 분해해서 에탄올과 산소를 형성하는 것이 목표이다. 금속 구리는 CO2를 연료로 전환시키는 반응의 핵심이다. 구리는 화학 반응을 활성화하고 촉진시키는 촉매이고, 이산화탄소와 물에 노출될 때 에탄올의 생성을 돕지만 많은 양의 에탄올을 만드는데 효율적이지 않다. 이번 연구진은 실온에서 구리 가스와 물에 구리 박판을 노출시켰다. 구리는 CO2와 약하게 결합되고 첨가된 물은 CO2가 에탄올로 변환되는 것을 활성화시킨다. 그러나 양자 역학적으로 접근했을 때, 순수한 구리와 CO2는 서로 결합되지 않는다. 이것은 구리가 표면 아래에서 소량의 산소를 함유할 수 있다는 것을 발견하면서 해결되었다. 그러나 너무 많은 산소가 구리 표면에 존재할 때, CO2가 활성화되지 않았다. X-선 조사를 통해서, 적절한 양의 산소가 중요하다는 것을 다시 확인했다. 구리에 소량의 산소가 존재하면 구리의 일부가 양전하를 띠게 되고, 이것은 CO2를 안정화시켜서 결국 물과 결합하여 에탄올을 제조할 수 있게 한다. 이 새로운 연구는 양자 역학과 실험을 통해서 이산화탄소가 유용한 에탄올로 변환시키게 만들었다. 이 연구는 이론이 중요하다는 것을 보여준 한 예이고, 향후에도 이론을 기반으로 많은 실험들이 진행될 수 있기를 기원해본다. 이 연구결과는 저널 Proceedings of the National Academy of Sciences에 ldquo;Subsurface oxide plays a critical role in CO2 activation by Cu(111) surfaces to form chemisorbed CO2, the first step in reduction of CO2 rdquo; 라는 제목으로 게재되었다. |
