현대사회는 인류의 지속가능한 발전을 위해 식량(Food), 에너지(Energy), 환경(Environment), 질병(Disease) 등에 대한 근본적인 해결책을 필요로 하고 있습니다. 지속 가능한 사회를 만들기 위한 일환으로, UN은 2030년까지 온실 가스인 이산화탄소 (CO₂)의 배출을 40% 이상 감축해야 한다고 말합니다. 이를 위한 탄소 중립 정책 중 하나로, 유럽 연합은 2025년부터 CO₂ 배출량의 2.5% 이상을 차지하는 항공유에 폐기물로 여겨지는 바이오 매스로 생산한 연료의 혼합을 의무화한 바 있습니다. 바이오 원료 기반 항공유는 다양한 유기화합물 제조의 근간인 C-C 결합 반응을 통해 합성이 가능한데, 환경 오염을 유발 기존의 열화학 기반 반응에서 벗어나, 탄소중립 환경인 상온상〮압에서 전기화학적으로 합성하는 접근이 대두되고 있습니다. 그러나 기존의 금속 촉매들은 반응물과 상호작용이 낮아 반응물의 중간체를 쉽게 놓아주고, 자기 결합(self-coupling), 자기 산화 및 환원(self-oxidation, or reduction) 및 자기 중합(self-polymerization) 등의 부반응을 야기하여, 전환 효율 및 선택성이 떨어지는 한계점을 가지고 있습니다.

따라서 본 연구에서는, 기존의 금속 촉매를 대체하기 위해 반응물이 흡착할 수 있는 상호작용점을 부여한 그래핀 촉매를 개발하고자 합니다. 개발한 촉매 전극을 통해 두 리그노셀룰로오스 바이오 매스 간의 C-C 결합을 유도하고 반응의 메커니즘 규명을 통해, 궁극적으로, 항공유 전구체 물질을 효과적으로 합성하는 전기화학 시스템을 구축하고자 합니다.

전기화학적 바이오매스의 고부가가치화는 에너지와 환경 문제를 동시에 다룰 수 있는 접근으로, 지속 가능한 사회를 위한 필수적인 연구이며, 이의 변환 효율을 대폭 향상시켜 해당 연구 분야를 주도하고자 합니다. 또한 C-C 결합 반응에 최적화된 촉매성 전극 디자인 전략은 항공유 전구체 합성뿐 아니라 관련 전기화학합성 연구에 새로운 방향성을 제시하여 많은 도움이 될 것입니다. 더불어, 제안 시스템의 구축 및 발전은 전 세계의 탄소중립 실현에 있어 크게 기여할 것으로 기대합니다.