- The effect of two critical operating factors on the enhanced catalytic conversion of aqueous NO₃^– to NH₄⁺ by Pt-Co@NC and theoretical verification of its surface reaction mechanism

- Nurbek Nurlan+, Jaewoo Jeong+, Meiirzhan Nurmyrza, Hyungjun Kim, Hyeyoung Shin*, Woojin Lee*

- Chemical Engineering Journal. 2025, 506, 159874 (IF : 13.4)

- https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.159874

산업 활동으로 인한 수자원의 질산염 오염은 인류 건강을 심각하게 위협하고 있습니다. 기존의 질산염 제거 기술은 높은 비용과 낮은 효율이라는 한계가 있어, 이를 해결하기 위해 질산염을 암모늄(NH₄⁺)으로 환원시키는 새로운 전기화학적 촉매 연구가 필요한 상황입니다. 이러한 접근법은 수자원의 질산염을 효과적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 생성된 암모늄을 암모니아(NH₃)로 손쉽게 전환하여 기존 하버-보쉬 공정보다 더 효율적으로 산업용 암모니아를 생산할 수 있다는 장점이 있습니다.

본 연구에서는 질소가 도핑된 탄소 나노케이지를 코발트 껍질로 감싼 core-shell 구조에 백금 나노 입자를 담지한 새로운 전기화학 촉매 Pt-Co@NC를 개발했습니다. 이 촉매는 폐수의 질산염을 완벽하게 제거할 수 있었으며, 99.5%의 높은 암모늄 선택도를 보였고, 실제 폐수 환경의 경쟁 이온 존재 하에서도 우수한 성능을 유지했습니다. DFT 계산을 통해 백금 나노 입자가 반응의 활성화 에너지 장벽을 낮추고 코발트 껍질층과 시너지를 일으켜 질산염의 환원 반응성을 크게 향상시킴을 확인했으며, 이는 효율적인 폐수 처리와 친환경적 암모니아 생산을 동시에 가능케 하여 환경 보호와 산업계의 수요를 동시 충족시키는 친환경 발전을 가능케 할 것입니다.