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2019/12/20 汉阳新闻 > 学术 > 이달의연구자

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[本月研究者]金钟昊教授,通过研发多功能纳米催化剂开启解决环境问题的途径

首次研发与PdO@WO3的合成法

글로벌뉴스팀

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http://www.hanyang.ac.kr/surl/xUuJB

内容
      ERICA校区材料化学工学系金钟昊教授研发出了利用多功能纳米催化剂PdO@WO₃(PdO on WO₃)与相关物质的合成方法。目前学术界尚未研发出的PdO@WO₃,不仅可以有效地起到光触媒剂的作用,还可以有效实现电化学催化剂的作用。
 
▲ERICA校区材料化学工学系金钟昊教授研发出了具有光触媒/电化学催化剂功能的 PdO@WO₃合成法与相关素材。

      金教授研发的 PdO@WO₃是把具有催化特性的PdO纳米群集器引入薄氧化钨(WO₃)半导体膜的形态。由此研发出的纳米材料起到把光能转换成化学能量的光触媒作用,有效地促进碳-碳结合反应。该材料还具有激活阴极反应之一的氧化还原反应的电化学催化剂功能。

      PdO@WO₃材料也有望解决多个领域的环境问题。在制造包括抗癌剂在内的药品时,必须要有碳-碳结合(连接两个苯环等)。这时需要钯 (Pd)的光催化作用。现有方式是,在溶液中加入钯混合物诱导化学反应,因此几乎不可能回收。相反,如果利用金教授研发的材料,则可以制成不均匀混合物,实现完全回收。回收的纳米材料即使多次重复使用,也可保持催化活性。钯是比金价更贵的稀有矿物之一,人们期待再次使用纳米材料可以大幅降低医药品的单价。虽然,开采矿物是一种破坏环境的行为,但是钯材料的再次利用可以解决环境问题。
 
       目前电动汽车使用的锂离子电池具有低效率和易爆炸的危险性。因此,作为下一代电池,金属-空气电池备受瞩目。利用PdO@WO₃为阴极电化学催化剂制成的锌-空气电池的能源密度比锂离子电池高,而且没有爆发性。如果相关技术能够被商用化,预计未来研发可代替内燃机汽车的电动车开发将会变得更加容易。
 
▲利用a)PdO@WO₃纳米素材作为光触媒剂进行的碳-碳结合反应模式图。b) 利用PdO@ WO₃纳米素材并采用电化学催化剂进行的氧气还原反应(ORR)结果。(金钟昊教授提供)

      本次研究成果< 论文名称:Ultrathin WO3 Nanosheets Converted from Metallic WS2 Sheets by Spontaneous Formation and Deposition of PdO Nanoclusters for Visible Light-Driven C-C Coupling Reactions>是经历了实验失败之后发现的。金教授进行了由导体 WS₂ nano sheet到半导体WS₂ nano sheet的试验,意外地持续产生了不同的物质WO₃。他分析了相关物质并进行了各种实验,结果发现多功能性材料的 PdO@WO₃。之后,金教授查明了合成原理,并将其应用为催化剂材料。

      金教授表示:”在被认为是失败的实验结果中,发现了新的科学事实”, “希望我们的学生不要害怕失败,而是从失败得到新的学习。”此次研究在原本意图的实验上失败,花费了1年,针对PdO@WO₃进行分析和查明,又花费一年,共耗时2年之久。

      金教授的研究室(点击时移动一直在进行可持续和环保的纳米催化剂材料的开发。金教授通过此次研究,确保了“多功能PdO@WO₃合成法以及光触媒/电气化学催化应用技术”的原始专利,并在学术杂志上发表了光触媒研究。金教授计划把 PdO@WO₃应用于金属-空气电池的研究结果,投给国际学术杂志。


文/ 金铉烨记者         swiken1@hanyang.ac.kr
图/ 李铉善记者         qserakr@hanyang.ac.kr

  
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