- Strong cation concentration effect of Ni-N-C electrocatalysts in accelerating acidic CO₂ reduction reaction

- Hyewon Yun+, Suhwan Yoo+, Jihoon Son, Jae Hyung Kim, Jingwen Wu, Kun Jiang, Hyeoung Shin*, Yun Jeong Hwang*

- Chem. 2025, 11, 102461 (IF: 19.1)

- https://doi.org/10.1016/j.chempr.2025.102461

 기존 이산화탄소 환원 반응(CO₂RR) 시스템에서 사용되던 알칼리성 및 중성 전해질은 수소 발생 반응(HER)을 억제하지만 CO₂가 탄산염 생성에 소모되는 문제가 있습니다. 반대로 산성 전해질에서는 HER이 촉진되어 CO₂RR 선택성이 떨어지는 한계를 해결해야 합니다. 이를 극복하기 위해 연구팀은 Ni-N-C 촉매를 사용한 산성 전해질 시스템에서 양이온 농도와 양성자 공여체가 CO₂RR의 성능에 미치는 영향을 연구하였습니다. 실험과 이론 시뮬레이션에서 K⁺ 이온이 H₂O와 H₃O⁺의 활성점 접근을 막아 HER을 억제하는 작용과 CO₂ 환원 중간체를 안정화시켜 반응 에너지 장벽을 낮추는 효과를 확인했으며, 이는 0.1 M의 K⁺ 농도에서 최대로 나타났습니다. 또한 pH 2 미만의 강산 환경에서는 양성자 공여체가 H₂O에서 H₃O⁺로 바뀌어 에너지적으로 유리한 양성자화 경로를 제공함을 발견했습니다. 이러한 결과를 통해 연구팀은 반응 시스템 내의 양이온의 농도와 pH를 조절하여 반응 환경의 최적화를 통해 CO₂RR의 효율을 극대화할 수 있는 새로운 전략을 제시하였습니다.