산소 결함 이종접합 촉매로 CO2 수소화

이산화탄소(CO2)를 메탄올로 수소화하는 반응은 탄소 포집 및 활용의 유망한 전략이지만, 높은 선택성과 생산성을 달성하는 데 어려움이 있습니다. 본 연구는 계면 산소 결함을 가진 In2O3/ZrO2 이종접합 촉매를 개발하여 CO2-메탄올 전환의 효율을 크게 향상시켰습니다. 인듐이 함침된 지르코늄 기반 금속-유기 골격체(MOF)를 열분해하여 촉매를 합성했습니다. 이 방법으로 ZrO2 및 탄소 매트릭스 내에 초미세 In2O3 나노입자가 균일하게 분산된 구조를 얻었으며, 특히 In2O3/ZrO2 이종접합 계면에서 풍부한 산소 결함이 형성되었습니다. 개발된 촉매는 기체상 반응에서 81%의 탁월한 메탄올 선택성과 2.64 gMeOH·gcat⁻¹·h⁻¹의 높은 생산성을 보였습니다. 액체상 반응에서는 메탄올 선택성이 96%에 달했습니다. 구조 분석 결과, 산소 결함과 이종계면이 CO2 활성화 및 메탄올 안정화를 촉진하는 활성점으로 작용함이 확인되었습니다. 현장 분광학 연구를 통해 메탄올이 포름산 경로를 통해 형성되며, 산소 결함 농도 증가와 전자 구조 변조가 촉매 성능에 핵심적인 역할을 함을 규명했습니다. 본 연구는 결함 공학이 CO2 수소화 촉매 최적화에 중요함을 강조하며, 지속 가능한 메탄올 생산을 위한 고효율 시스템 설계에 기여할 것입니다.