전기화학 CO2 환원 중 불균일계 촉매 내 금속의 용출 (dissolution)과 전착 (electrodeposition)이 반복되어 촉매의 표면 구조 및 상이 변화하는 재건현상 (reconstruction)은 C2+ 화합물을 효율적으로 생산하기 위한 촉매 개발에 큰 난제 중 하나로 여겨지고 있습니다. 이는 촉매 활성 및 선택성 향상을 위해 정밀하게 설계된 촉매의 표면 구조 및 상을 전기화학 반응 중 변화시키므로 합성된 촉매와 실제 반응에 참여하는 촉매 사이에 큰 간극을 유발합니다. 또한, 촉매의 활성점 규명과 최적화를 어렵게 하고 촉매 열화의 원인이 되므로 촉매 개발에 큰 장애물이 됩니다. 특히 C2+ 화합물 생산을 위해 다양한 반응 중간체와의 결합을 제어해야 하는 다원계 합금 촉매의 재건현상은 복잡하고 이해하기 어려워, 그 원리는 아직 충분히 밝혀지지 않았습니다.

인간의 생로병사를 예측할 수 있는 유전자 지도를 완성한 것과 같이, 본 연구에서는 다원계 합금 촉매의 합성에서부터 전기화학 CO2 환원 반응, 그리고 재건 현상 거동을 예측하는 촉매 게놈 지도 개발을 목표로 합니다. 이를 위해 전기화학 반응 중 다원계 합금 촉매의 표면 구조 및 상 변화를 결정짓는 핵심 소재 인자 및 전기화학 반응 조건을 도출하여 재건현상의 원리를 밝히고자 합니다. 또한, C3 화합물을 생산하기 위하여 촉매 활성과 선택성을 극대화하는 방향으로 활성점의 변화를 유도하는 기술을 개발해 보고자 합니다. 반응 전 상태의 촉매를 수동적으로 개발하는 것이 아니라, 촉매의 재건현상으로 인한 활성점 내 원자 배열 변화를 이해하여 실제 촉매 반응에 참여하는 활성점을 예측하고 설계하는 기술에 도전할 계획입니다. 촉매 게놈 지도를 활용해 전기화학 CO2 환원과 CO 환원에서 큰 선택성 차이를 보이는 C3 화합물인 프로판올을 CO2에서 생산하는 다원계 합금 촉매를 개발하여, 전기화학 CO2 환원으로 생산 가능한 화합물의 범위를 확장하는데 기여하고자 합니다.