한정된 CO₂RR 촉매의 분자 스캐폴드 산화환원 활성화

분자 코발트 착물(비타민 B₁₂)을 평탄한 2D 산화그래핀 표면이 아닌 다공성 3D 탄소나노튜브 매트릭스 내부에 내장하면, 평탄 표면의 경우에는 나타나지 않는 B₁₂ CoII/I 산화환원 쌍이 활성화되고 — 이 활성화된 산화환원 쌍은 CO₂ 환원 과전위를 낮춘다 (see Yesudas et al., J. Mater. Chem. A (2024)).

CODH 유사성

일산화탄소 탈수소효소(CODH)는 단백질 스캐폴드 내부에 안정화된 금속 보결분자단을 통해 CO₂→CO 환원을 수행한다. 이 메커니즘은 다음과 같은 계층 구조를 재현한다:

• 단백질 스캐폴드 → MWCNT 매트릭스 (코발트 중심을 한정, 보호하고 다중 결합으로 고정함).
• 보결분자단 → B₁₂ 클러스터 (코발트 활성 자리).

(see Yesudas et al., J. Mater. Chem. A (2024), Scheme 1, p. 31137–31138.)

스캐폴드의 역할

• 한정된 MWCNT 매트릭스는 순수한 π–π 스태킹(pi-pi-molecular-immobilization-CO2RR)에 더해 공유결합 + 수소결합 방식을 추가하며, 평탄한 GO 경우에는 부재하는 이 다중 결합 부착이 CoII/I 산화환원 활성화의 제안된 기원이다 (E° = −0.14 V vs RHE, α = 0.52, k_s = 0.13 s⁻¹; see Yesudas et al., J. Mater. Chem. A (2024), Fig. 1A,C).
• 산화환원 활성화는 η_CO₂를 289–600 mV (산화환원 비활성 B₁₂ 문헌값)에서 242 mV로 낮춘다 (see Yesudas et al., J. Mater. Chem. A (2024), Fig. 3A, Table 1).

연관 항목

MWCNT-B₁₂-catalyst를 생성함 (활성화된 시스템 → η 242 mV, FE 99.4%). pi-pi-molecular-immobilization-CO2RR을 토대로 하되 이를 확장함 (스캐폴드 한정이 순수한 π–π를 넘어서는 결합 방식을 추가함). GO 기반 전신 촉매인 GO-B₁₂-catalyst (paper_165)는 동일한 B₁₂ 촉매를 사용함에도 불구하고 이러한 산화환원 활성화가 나타나지 않는다.