A Study on Electrochemical Conversion of Methane Using Metal Oxide Catalysts
산화물 촉매를 이용한 전기화학적 메탄 전환에 대한 연구
- 주제어 (키워드) Electrochemical Methane Conversion System , Electrochemical Catalyst , Methane , Methanol , Methane Conversion Mechanism , 전기화학적 메탄 전환 시스템 , 전기화학 촉매 , 메탄 , 메탄올 , 메탄 전환 메카니즘
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 문준혁
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000066735
- UCI I804:11029-000000066735
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
본 논문은 금속 산화물 촉매를 제작하고, 이를 활용하여 전기화학적으로 메탄을 메탄올로 전환하는 시스템 개발에 관하여 연구하였다. 메탄은 상업적으로 천연 가스, 셰일 가스 등에서 추출할 수 있으며, 자연 습지, 농업, 폐기물 매립지 등에서도 발생하는 에너지원이다. 메탄은 세계 주요 1차 에너지원의 21.4%이며, 이산화탄소의 약 30배 이상의 온실 효과를 가지고 있어, 메탄전환의 필요성이 요구되고 있다. 메탄을 단순히 연소시켜 이산화탄소를 형성하는 것과는 대조적으로 유용하고 환경 친화적인 화학 물질로 변환할 필요성이 대두되고 있으며, 메탄 전환 대한 활성을 높이기 위한 다양한 기상, 액상에서의 촉매 개발이 보고되었으나, 고온, 고압에서의 반응조건은 공정 상으로 개선되기 힘든 한계점을 보인다. 따라서 본 논문에서는 전기화학적으로 상온, 상압의 조건에서 메탄을 메탄올로 전환하였으며, 1) CuO/CeO2 산화물 복합 촉매를 개발하여 전기화학 메탄 산화 촉매로 적용하였는데, 태양전지를 전기화학 메탄 반응기와 연결하여 외부의 전압 인가 없이 지속가능한 전기화학적 메탄 산화 반응 시스템을 구현하였고, 2) IrO2 산화물의 특정 결정상을 제어하여, 전기화학 메탄 촉매여 높은 메탄올 생성속도 및 선택도를 확인하였고, 3) Flow cell을 새로운 전기화학 메탄 산화 반응기로 도입하여 새로운 prototype의 메탄 산화 반응 시스템의 적용 가능성을 확인하였다.
more초록 (요약문)
In this paper, we reported on the fabrication of metal oxide catalysts and the development of a system for electrochemically converting methane to methanol. Methane is commercially extracted from natural gas and shale gas, and is an energy source generated from natural wetlands, agriculture, and waste landfills. Methane accounts for 21.4% of the world's main primary energy source and has a greenhouse effect about 30 times that of carbon dioxide, so the need for methane conversion is required. In contrast, there is a growing need to convert methane into useful and environmentally friendly chemicals, rather than simply burning it to convert it to carbon dioxide. Various gas phase and liquid phase catalysts have been reported to increase the activity for methane conversion, but the reaction conditions at high temperature and high pressure are difficult to improve in terms of process. Therefore, in this paper, methane was electrochemically converted to methanol at room temperature and pressure. 1) A CuO/CeO2 oxide composite catalyst was developed and applied as an electrochemical methane oxidation catalyst. By connecting a solar cell to an electrochemical methane reactor, A sustainable electrochemical methane oxidation reaction system was implemented without external voltage application, 2) a specific crystal phase of IrO2 oxide was controlled, and a high methanol production rate and selectivity were confirmed by an electrochemical methane catalyst, 3) By introducing a flow cell as a new prototype of the methane oxidation reaction system, the applicability of the methane oxidation reaction system was confirmed.
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