금속 처리된 티타늄 나노튜브 전극을 활용한 옥살산의 글리콜산으로의 전기화학적 전환 (Electrochemical Conversion of Oxalic Acid to Glycolic Acid using Metal-modified Titanium Nanotubes)

서지정보

· 발행기관 : 한국청정기술학회
· 수록지 정보 : Clean Technology / 30권 / 4호 / 306 ~ 313페이지
· 저자명 : 박이슬, 임선미

초록

옥살산은 전기화학적 환원반응에 의해 더 부가가치가 높은 물질인 글리콜산으로 전환될 수 있다. 다양한 물질들이 연구 되었으나 그 중에서도 TiO2 nanotube (TNT) 전극은 친환경적인 소재일 뿐 아니라 튜브구조로 인해 연속적인 2전자 환원 반응이 원활하게 이뤄질 수 있게 되어 글리콜산의 선택성이 높은 장점을 가지고 있다. 하지만 여전히 옥살산 전환율은 40 ~ 50%에 그쳐 전환율을 더욱 향상시키기 위한 노력이 필요하다. 본 연구에서는 TNT에 다양한 금속들을 처리함으로 써 TNT의 전기화학적 특성을 향상시켜 옥살산 전환율을 향상시키고자 하였다. 기존 옥살산의 전기화학적 전환에 사용 되었던 TNT와 비교하였을때 금속 처리한 TNT는 금속 종류에 따라 구조적 변화와 전환율, 전류효율이 크게 다르게 나 타남을 확인할 수 있었다. 수소발생에 대한 활성이 높은 Pt와 Co가 TNT에 처리되었을 경우 옥살산의 환원반응과 경쟁 반응인 물 환원 반응만 일어나게 되어 옥살산 환원은 거의 일어나지 않았다. 반면, W과 Zn이 처리된 TNT의 경우 기존 TNT에 비해 옥살산의 전환율이 향상된 결과를 나타내었다. 하지만 전류효율은 TNT에 비해 다소 떨어지는 결과를 나타내었는데 이는 도핑된 이온들에 의해 TNT 전극의 전기전도도가 향상되어 옥살산 뿐만 아니라 물 환원 반응에 대한 효 율도 증가되기 때문으로 해석된다. Cr을 처리한 TNT의 경우 Cr의 양이 증가될수록 나노튜브가 형성되지 않고 Ti 기판 처럼 기공이 없는 전극이 형성되었고, 이로 인해 표면적이 크게 감소되어 옥살산 전환율은 급격히 떨어지는 결과를 나타 내었다.

영어초록

Oxalic acid can be converted into glycolic acid through an electrochemical reduction reaction. Among the various materials studied for this purpose, TiO2 nanotube (TNT) electrodes are advantageous due to their eco-friendly properties and tubular structure, which facilitates a continuous two-electron reduction reaction and leads to a high selectivity for glycolic acid. However, the conversion rate of oxalic acid remains at only 40 ~ 50%. This study aimed to enhance the electrochemical properties of TNT by treating it with various metals to improve the conversion rate of oxalic acid. Compared to the conventional TNT used for the electrochemical conversion of oxalic acid, the metal-treated TNT showed significant differences in structure, conversion rates, and faradaic efficiency depending on the type of metal used. When Pt and Co were treated onto TNT, only the water reduction reaction occurred, and there was no reduction of oxalic acid. On the other hand, when W and Zn were treated onto TNT, the conversion rate of oxalic acid improved compared to the untreated TNT. However, the faradaic efficiency was slightly lower than that of the untreated TNT. This resulted from an increase in both oxalic acid and water reduction efficiencies due to the enhanced electrical conductivity of the TNT electrode caused by the doped ions. In the case of Cr-treated TNT, the nanotube structure was not formed and a non-porous electrode was formed. This led to a significant reduction in the surface area and a sharp decline in the conversion rate of oxalic acid.

참고자료

· 없음