수소 에너지 저장 효율 향상을 위한 액상유기수소저장체 BN-bicyclohexyl의 탈수소화 메커니즘 규명 = Elucidation of dehydrogenation mechanisms of LOHC BN-bicyclohexyl for enhanced hydrogen energy storage
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2021
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624-624(1쪽)
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국내 수소 경제 활성화를 위해 안정적인 수소 공급은 매우 중요한 사안이다. 현재 수소 에너지는 해외에서 생산된 수소를 수입하는 방법이 경제성 측면에서 가장 큰 장점을 가진다. 따라서, 대용량의 수소를 저장 및 수송하기 위한 안정적이며 높은 효율을 가진 운반체의 개발이 필요하다. 다양한 수소 저장 기술 중, 액상 유기물에 고밀도의 수소를 저장하는 방법인 액상유기수소운반체(liquid organic hydrogen carries, LOHC) 기술이 주목 받고 있다. LOHC는 상온에서 액상으로 안정적인 수소 저장이 가능하며 기존의 가솔린 기반 시설을 활용할 수 있다는 장점을 가진다. 기존 실험 연구에서 biphenyl과 diphenylmethane의 혼합 시 6.9 wt% H<sub>2</sub>의 수소저장용량을 가진다고 보고하였다. 그러나, 이에 대한 탈수소화 및 수소화 반응의 정확한 반응경로와 메커니즘이 명확하게 규명되지 않은 실정이다. 본 연구에서는 밀도범함수이론(density functional theory, DFT) 계산을 활용하여 탈수소화 반응엔탈피(ΔH)와 반응자유에너지(ΔG)를 계산하였으며, 이를 통해 bicyclohexyl의 탈수소화 메커니즘을 분석하였다. 또한, 탈수소화/수소화 효율을 향상시키기 위해 헤테로원자(B, N)가 치환된 새로운 LOHC 물질인 BN-bicyclohexyl을 제안하였고, 이들로 인한 효율 향상에 대한 원인을 전자구조분석 방법을 통해 규명하였다. 또한, 탈수소화/수소화 효율을 더욱 향상시키기 위해 팔라듐 및 루테늄 촉매를 활용하였으며, 활성화 에너지(E<sub>a</sub>) 계산을 수행하여 탈수소화/수소화에 대한 최적 반응 경로와 반응제한단계를 제안하였다.
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