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패러데이 전류 이동 전류
지시 전극 또는 작업 전극의 특정 전위 값에서 이온성 전기활성 물질의 환원 또는 산화에 대해 실제로 얻어지는 전류와, 전극 사이의 전기장으로 인해 해당 물질의 운반이 없는 경우 동일한 전위에서 얻어질 전류 사이의 차이. 전류에 관한 부호 규약은 양이온의 환원 또는 음이온의 산화에 대해 이동 전류가 음수이고, 양이온의 산화 또는 음이온의 환원에 대해 양수라는 것이다. 따라서 이동 전류는 관찰되는 총 전류를 증가시키거나 감소시키는 경향이 있을 수 있다. 어떤 경우든 이동 전류는 지지전해질의 농도를 증가시켜 전도도를 높임으로써 전기활성 물질의 운반 숫자가 감소함에 따라 0에 접근한다.
마쓰사토촌 (야마나시현)
마쓰사토촌(松里村)은 야마나시현 히가시야마나시군에 있던 촌이다. 현재의 고슈시 북서쪽에 해당한다
버틀러-폴머 방정식
전기화학에서 버틀러-폴머 방정식(영어: Butler–Volmer equation, 존 앨프리드 발렌타인 버틀러와 막스 폴머의 이름을 따서 명명됨)은 에르데이-그루즈–폴머(Erdey-Grúz–Volmer) 방정식으로도 알려져 있으며, 전기화학 반응 속도론에서 가장 기본적인 관계 중 하나이다. 이는 양극 반응과 음극 반응이 동일한 전극에서 일어난다고 가정할 때, 단순한 단일 분자 산화환원 반응에서 전극을 통해 흐르는 전류가 전극과 벌크 전해질 사이의 전압 차이에 어떻게 의존하는지를 설명한다.
버틀러-폴머 방정식 버틀러-폴머 방정식
버틀러-폴머 방정식은 다음과 같다.
또는 더 간결한 형태로:
여기서:
오른쪽 그림은 에 유효한 플롯을 보여준다.
버틀러-폴머 방정식에는 두 가지 제한적인 경우가 있다.
;
(E << Eeq일 때 음극 반응의 경우) 또는
(E >> Eeq일 때 양극 반응의 경우)
여기서 와 는 상수(주어진 반응과 온도에 대해)이며 타펠 방정식 상수라고 불린다. 타펠 방정식 상수의 이론값은 음극 및 양극 과정에 따라 다르다. 그러나 타펠 기울기 는 다음과 같이 정의될 수 있다.
여기서 는 패러데이 전류이며, 로 표현되고, 와 는 각각 음극 및 양극 부분 전류이다.
버틀러-폴머 방정식 확장된 버틀러-폴머 방정식
물질 이동이 영향을 미치는 조건에 적용할 수 있는 버틀러-폴머 방정식의 더 일반적인 형태는 다음과 같이 쓸 수 있다.
여기서:
위의 형태는 전극 표면의 전기화학 활성종 농도가 벌크 농도와 같을 때 일반적인 형태(문서 상단에 표시된)로 단순화된다.
전극의 전류-전압 관계를 결정하는 두 가지 속도가 있다. 첫째는 반응물을 소모하고 생성물을 생산하는 전극에서의 화학 반응 속도이다. 이것을 전하 전달 속도라고 한다. 둘째는 확산, 이동, 대류 등 다양한 과정을 통해 반응물이 전극 영역으로 공급되고 생성물이 제거되는 속도이다. 후자를 물질 이동 속도라고 한다.
이 두 속도는 전극에서 반응물과 생성물의 농도를 결정하며, 이는 다시 이들 속도에 의해 결정된다. 이들 속도 중 가장 느린 속도가 전체 공정 속도를 결정한다.
버틀러-폴머 방정식 확장된 버틀러-폴머 방정식
단순 버틀러-폴머 방정식은 전극에서의 농도가 벌크 전해질의 농도와 실질적으로 같다고 가정하여, 전류를 전위의 함수로만 표현할 수 있게 한다. 다시 말해, 물질 이동 속도가 반응 속도보다 훨씬 크고, 반응이 더 느린 화학 반응 속도에 의해 지배된다고 가정한다. 이러한 한계에도 불구하고, 버틀러-폴머 방정식은 전기화학에서 널리 사용되며, 종종 "현상학적 전극 반응 속도론의 핵심"으로 간주된다.
확장된 버틀러-폴머 방정식은 이러한 가정을 하지 않고, 전극에서의 농도를 주어진 것으로 간주하여 전류가 전위뿐만 아니라 주어진 농도의 함수로도 표현되는 관계를 제공한다. 물질 전달 속도는 비교적 작을 수 있지만, 화학 반응에 미치는 유일한 영향은 변화된(주어진) 농도를 통해서이다. 사실상, 농도는 전위의 함수이다. 전류를 전위의 함수로만 표현하는 완전한 처리는 확장된 버틀러-폴머 방정식에 의해 표현되겠지만, 농도를 전위의 함수로 표현하기 위해 물질 전달 효과를 명시적으로 포함해야 한다.
확장된 버틀러-폴머 방정식의 다음 유도는 바드와 포크너 및 뉴먼과 토마스-앨리아의 유도에서 가져왔다. 간단한 단일분자, 단일 단계 반응의 형태는 다음과 같다.
O+ne− → R
버틀러-폴머 방정식 확장된 버틀러-폴머 방정식
정방향 및 역방향 반응 속도(vf 및 vb)와 패러데이의 전기분해 법칙으로부터 관련 전기 전류 밀도(j)는 다음과 같이 쓸 수 있다.
여기서 kf와 kb는 반응 속도 상수이며, 단위는 빈도(1/시간)이고 co와 cr은 각각 산화된 분자와 환원된 분자의 표면 농도(몰/면적)이다(이전 섹션에서는 co(0,t)와 cr(0,t)로 표기됨). 순 반응 속도 v와 순 전류 밀도 j는 다음과 같다.
버틀러-폴머 방정식 확장된 버틀러-폴머 방정식
위 그림은 반응 좌표 ξ의 함수로 다양한 깁스 에너지 곡선을 플롯한 것이다. 반응 좌표는 대략 거리의 척도이며, 전극 본체는 왼쪽에 있고 벌크 용액은 오른쪽에 있다. 파란색 에너지 곡선은 전위가 인가되지 않았을 때 산화된 분자가 전극 표면에 가까워질수록 깁스 에너지가 증가하는 것을 보여준다. 검은색 에너지 곡선은 환원된 분자가 전극에 가까워질수록 깁스 에너지가 증가하는 것을 보여준다. 두 에너지 곡선은 에서 교차한다. 전극에 전위 E를 인가하면 에너지 곡선이 아래로 이동하며 (빨간색 곡선으로) nFE만큼 이동하고 교차점은 로 이동한다. 와 는 일반적인 E에 대해 각각 산화된 종과 환원된 종이 극복해야 할 활성화 에너지(에너지 장벽)인 반면, 와 는 E=0일 때의 활성화 에너지이다.
속도 상수가 아레니우스 방정식으로 잘 근사된다고 가정하면,
여기서 Af와 Ab는 Af co = Ab cr이 "정확하게 정렬된" O-R 충돌 빈도인 상수이며, 지수 항(볼츠만 인자)은 장벽을 극복하고 반응하기에 충분한 에너지를 가진 충돌의 비율이다.
전이 영역에서 에너지 곡선이 실질적으로 선형이라고 가정하면 다음과 같이 표현할 수 있다.
버틀러-폴머 방정식 확장된 버틀러-폴머 방정식
이 간단한 경우의 전하 전달 계수는 대칭 인자와 동일하며, 에너지 곡선의 기울기로 표현할 수 있다.
다음이 성립한다.
간결하게 정의하면:
이제 속도 상수는 다음과 같이 표현할 수 있다.
여기서 제로 전위에서의 속도 상수는 다음과 같다.
인가된 전위 E의 함수로서의 전류 밀도 j는 이제 다음과 같이 쓸 수 있다.:§ 8.3
특정 전압 Ee에서 평형이 달성되면 정방향 및 역방향 속도(vf 및 vb)는 동일해진다. 이는 위 그림의 녹색 곡선으로 나타낸다. 평형 속도 상수는 kfe 및 kbe로 표기되며, 평형 농도는 coe 및 cre로 표기된다. 평형 전류(jce 및 jae)는 동일하며, 교환 전류 밀도라고 알려진 jo로 표기된다.
평형 상태에서 순 전류 밀도는 0이 된다는 점에 유의한다. 평형 속도 상수는 다음과 같다.
위 식을 kfo와 kbo에 대해 평형 농도 coe와 cre 및 교환 전류 밀도 jo로 풀면, 인가된 전위 E의 함수로서의 전류 밀도 j는 다음과 같이 쓸 수 있다.:§ 8.3
벌크 용액에서 평형이 유지된다고 가정하면, 농도는  및 이 되므로,  및 이 성립하며, 전류 밀도 j에 대한 위 표현은 버틀러-폴머 방정식이 된다. E-Ee는 또한 η, 즉 활성화 과전압으로도 알려져 있다.
간단한 반응의 경우 깁스 에너지의 변화는 다음과 같다.
여기서 aoe와 are는 평형 상태에서의 활동도이다. 활동도 a는 활동도 계수 γ에 의해 a=γc로 농도 c와 관련된다. 평형 전위는 네른스트 식에 의해 주어진다.
여기서 는 표준 전극 전위이다.
형식 전위를 정의하면 다음과 같다.:§ 2.1.6
평형 전위는 다음과 같다.
이 평형 전위를 버틀러-볼머 방정식에 대입하면 다음과 같다.
이는 표준 속도 상수 ko로도 다음과 같이 쓸 수 있다.:§ 3.3.2
표준 속도 상수는 농도와 무관하게 전극 거동의 중요한 설명자이다. 이는 시스템이 평형에 접근하는 속도의 척도이다.  극한에서 전극은 이상적인 분극 가능한 전극이 되고 전기적으로 개방 회로처럼 작동한다(커패시턴스 무시). ko가 작은 거의 이상적인 전극의 경우, 상당한 전류를 생성하려면 과전압에 큰 변화가 필요하다.  극한에서 전극은 이상적인 비분극성 전극이 되고 전기적 단락처럼 작동한다. ko가 큰 거의 이상적인 전극의 경우, 과전압의 작은 변화가 전류의 큰 변화를 생성한다.
가스 확산 전극
가스 확산 전극(영어: Gas diffusion electrode, GDE)은 고체, 액체 및 기체 계면이 접합되어 있고, 액체상과 기체상 사이의 전기화학 반응을 지지하는 전기 전도성 촉매를 가진 전극이다.
가스 확산 전극 원리
GDE는 연료전지에 사용되며, 이 연료전지에서는 산소와 수소가 가스 확산 전극에서 반응하여 물을 형성하고, 동시에 화학 결합 에너지를 전력량으로 변환한다. 일반적으로 촉매는 다공성 박막에 고정되어 액체와 기체가 상호작용할 수 있도록 한다. 이러한 젖음 특성 외에도 가스 확산 전극은 낮은 전기저항으로 전자 수송을 가능하게 하기 위해 최적의 전기 전도성을 제공해야 한다.
가스 확산 전극 작동의 중요한 전제 조건은 액체 및 기체상이 전극의 기공 시스템에서 공존한다는 것이며, 이는 영-라플라스 방정식으로 입증될 수 있다:
가스 확산 전극 원리
가스 압력 p는 기공 반경 r, 액체의 표면 장력 γ, 접촉각 θ를 통해 기공 시스템 내 액체와 관련된다. 이 방정식은 너무 많은 미지 또는 달성하기 어려운 매개변수가 있기 때문에 결정의 지침으로 간주되어야 한다. 표면 장력을 고려할 때 고체와 액체 간의 표면 장력 차이를 고려해야 한다. 그러나 탄소상의 백금이나 은과 같은 촉매의 표면 장력은 거의 측정할 수 없다. 평평한 표면의 접촉각은 현미경으로 결정할 수 있다. 그러나 단일 기공은 검사할 수 없으므로 전체 전극의 기공 시스템을 결정해야 한다. 따라서 액체와 기체를 위한 전극 영역을 생성하기 위해 다른 기공 반경 r을 생성하거나 다른 젖음 각도 θ를 생성하는 경로를 선택할 수 있다.
가스 확산 전극 소결 전극
소결 전극의 이 이미지에서 세 가지 다른 입자 크기가 사용되었음을 알 수 있다. 다른 층은 다음과 같다:
1950년부터 1970년까지 소결 방식으로 제조된 대부분의 전극은 연료 전지용이었다. 이 생산 방식은 두께가 2 mm로 두껍고 무거웠으며, 개별 층은 매우 얇고 결함이 없어야 했기 때문에 경제적인 이유로 중단되었다. 판매 가격이 너무 높았고 전극을 지속적으로 생산할 수 없었다.
가스 확산 전극 소결 전극
가스 확산의 원리는 이 다이어그램에 설명되어 있다. 이른바 가스 분배 층은 전극의 중앙에 위치한다. 작은 가스 압력만으로도 전해질이 이 기공 시스템에서 밀려난다. 작은 유동 저항은 가스가 전극 내부에서 자유롭게 흐를 수 있도록 보장한다. 약간 더 높은 가스 압력에서는 기공 시스템의 전해질이 작업 층으로 제한된다. 표면 층 자체는 압력 최고점에서도 가스가 전극을 통해 전해질로 흐르지 못할 정도로 미세한 기공을 가지고 있다. 이러한 전극은 산란 및 후속 소결 또는 열간 압착에 의해 생산되었다. 다층 전극을 생산하기 위해 미세 입자 재료를 용범에 산란시키고 평활하게 만들었다. 그런 다음 다른 재료들을 여러 층으로 적용하고 압력을 가했다. 생산은 오류가 많을 뿐만 아니라 시간 소모적이었고 자동화하기 어려웠다.
가스 확산 전극 접착 전극
약 1970년부터 PTFE는 친수성과 소수성 특성을 모두 가지며 화학적으로 안정하고 바인더로 사용할 수 있는 전극을 생산하는 데 사용된다. 이는 PTFE의 비율이 높은 곳에서는 전해질이 기공 시스템으로 침투할 수 없고 그 반대도 마찬가지라는 의미이다. 이 경우 촉매 자체는 소수성이 아니어야 한다.
PTFE 촉매 혼합물을 생산하는 두 가지 기술적 변형이 있다:
분산 경로는 주로 중합체 전해질을 사용하는 전극에 선택되며, 양성자 교환막 연료전지 (PEM 연료 전지) 및 양성자 교환막 (PEM) 또는 염산 (HCL) 막 전기 분해에 성공적으로 도입되었다. 액체 전해질에 사용될 때는 건식 공정이 더 적합하다.
또한, 분산 경로(물의 증발 및 340 °C에서 PTFE의 소결을 통해)에서는 기계적 압착이 생략되고 생산된 전극은 매우 다공성이다. 빠른 건조 방법을 사용하면 액체 전해질이 침투할 수 있는 전극에 균열이 생길 수 있다. 아연-공기 전지 또는 알칼리 연료전지와 같은 액체 전해질 응용 분야에는 건식 혼합 방법이 사용된다.
가스 확산 전극 촉매
산성 전해질에서는 전기 촉매가 일반적으로 백금, 루테늄, 이리듐, 로듐과 같은 귀금속이다. 아연-공기 전지 및 알칼리 연료전지와 같은 알칼리 전해질에서는 탄소, 망가니즈, 은, 니켈 폼 또는 니켈 메시와 같은 저렴한 촉매를 사용하는 것이 일반적이다.
가스 확산 전극 적용
처음에는 그로브 전지에 고체 전극이 사용되었고, 프랜시스 토머스 베이컨이 베이컨 연료전지에 가스 확산 전극을 처음 사용하여 고온에서 수소와 산소를 전기로 변환했다. 수년에 걸쳐 가스 확산 전극은 다음과 같은 다양한 다른 공정에 적용되었다:
가스 확산 전극 생산
GDE는 모든 수준에서 생산된다. 연구 개발 회사뿐만 아니라 대부분의 경우 연료 전지 또는 배터리 장치에 사용되는 막 전극 조립체 (MEA) 생산을 위한 대기업에서도 사용된다. 대량 생산을 전문으로 하는 GDE 회사로는 Johnson Matthey, Gore 및 가스카텔이 있다. 그러나 다양한 모양, 촉매 및 적재량을 평가할 수 있는 맞춤형 또는 소량 GDE를 생산하는 많은 회사도 있으며, FuelCellStore, FuelCellsEtc 등이 있다.
이산화 탄소의 전기화학적 환원
이산화 탄소의 전기화학적 환원(영어: Electrochemical reduction of carbon dioxide) 또는 CO2RR은 이산화 탄소(CO2)를 전력량을 사용하여 더 환원된 화학종으로 변환하는 과정이다. CO2RR은 폼산염, 일산화 탄소, 메테인, 에틸렌, 에탄올을 포함한 다양한 화합물을 생산할 수 있다. 재생 가능 에너지와 연도가스 또는 직접공기집기에서 공급되는 CO2를 사용하여 공정을 진행할 경우, 이는 효율적인 형태의 탄소 포집 및 활용이 될 수 있다.
CO₂RR은 폐기물 CO2에서 유용한 제품을 만들면서 온실 기체 배출을 줄일 수 있는 잠재력 때문에 최근 상당한 연구 및 상업적 관심을 받고 있다. 주요 과제는 전기 비용, 이러한 제품의 기존 석유화학 기반 생산 방법과의 경쟁, 그리고 사용 전에 CO2를 정제해야 할 필요성이다.
이산화 탄소의 전기화학적 환원
CO2의 전기화학적 환원은 19세기 아연 캐소드를 사용하여 이산화 탄소를 일산화 탄소로 환원시키면서 처음 시연되었다. 이 분야는 1970년대 오일 쇼크 이후 1980년대에 관심이 급증했다. 2021년 현재, 지멘스, Dioxide Materials, 트웰브, GIGKarasek 및 OCOchem을 포함한 여러 회사에서 이산화 탄소 전기화학적 환원 시범 및 실증 규모가 개발 중이다. 최근 상온 조건에서 이산화 탄소 전기 분해 기술의 주요 기술적 격차와 상업적 잠재력을 평가하기 위한 기술 경제 분석이 수행되었다.
CO2RR은 전기 분해 장치를 사용하여 수행되며, 여기서 CO2는 캐소드에서 환원되고 물은 애노드에서 산소 가스(O2)로 산화된다. 애노드에는 일반적으로 촉매도 포함되어 있는데, 촉매의 선택은 생성물에 큰 영향을 미친다. 예를 들어, 금과 은은 일산화 탄소를 생성하는 경향이 있으며, 구리는 종종 에틸렌 또는 에탄올과 같은 다중 탄소 화합물을 생성한다. 탄산염 또는 CO2에서 유래한 탄산수소염, MEA 또는 DEA와 같은 알칼리 또는 아민 기반 흡착제를 사용하여 연도 가스 방출물에서 얻은 카르밤산염을 포함하여 다른 형태의 CO2를 환원시키기 위한 대체 전기 분해 장치도 개발되었다. 이러한 시스템의 기술 경제성은 아직 실현 가능하지 않지만, 산업적으로 관련된 규모에서 에틸렌과 같은 상업용 화학 물질을 생산하는 데 거의 순수한 탄소 중립 경로를 제공한다.
이산화 탄소의 전기화학적 환원 역사
1870년, 프랑스 화학자 J. 로이어는 탄산 가스(이산화 탄소)를 아연 애노드를 사용하여 폼산으로 전기화학적으로 환원시키는 것을 처음으로 보고했다. 1904년, 독일 화학자 알프레드 쇤과 슈테판 얀은 이 과정을 더 자세히 연구하여 다양한 캐소드와 pH 범위를 테스트했으며, 아연 아말감 캐소드와 비산성 전해질에 대한 강한 선호도를 지적했다. 이러한 조건은 이 신흥 분야의 연구 표준이 되었다. 1940년대와 1950년대의 실험, 특히 피에르 반 라이셀버그의 실험은 반응 과정을 연구하여, 이산화 탄소(탄산염 또는 탄산수소염 이온이 아님)가 전기활성 종임을 증명했다.
이러한 기초 연구는 주로 CO2를 폼산염 또는 폼산으로 환원시키는 것을 보고했다. 다른 제품의 생성은 1980년대에 자세히 연구되기 시작했는데, 당시 호리 요시오와 그의 동료들은 탄화수소와 일산화 탄소를 생산하는 조건을 보고했다.
이산화 탄소의 전기화학적 환원 산업에서
일부 화학 물질은 요소 (화학), 살리실산, 메탄올 및 특정 무기 및 유기 탄산염을 포함하여 CO2로부터 산업적으로 제조되지만, 이는 전기화학적 공정보다는 표준 화학 공정이다. 그러나 2020년대 초부터 여러 회사가 이산화 탄소의 전기화학적 환원을 위한 상업 규모 공정 개발에 투자하고 있다. 캘리포니아에 본사를 둔 스타트업인 트웰브는 이산화 탄소를 일산화 탄소로 환원시키는 것을 목표로 하며, 이는 다시 피셔-트롭쉬 과정을 통해 탄화수소로 전환될 수 있다. 프랑스-미국 스타트업인 Dioxycle은 광범위한 화학 물질 및 플라스틱의 원료로 널리 사용되는 에틸렌을 생산한다.
이산화 탄소의 전기화학적 환원 산업에서
실험실에서는 이산화 탄소가 때때로 카복실화로 알려진 과정에서 카복실산을 준비하는 데 사용된다. 산업 규모의 셀 크기(15,000cm2)에서 상온에서 작동하는 전기화학적 CO2 전해조는 미국 육군이 발행한 R&D 계약의 일환으로 OCOchem에 의해 2024년 4월에 발표되었다. 이 CO2 전해조는 캐소드 표면적이 15,000cm2로 가장 가까운 대안보다 650% 더 크고 85%의 지속적인 패러데이 효율을 달성하는 세계 최대 규모로 보고되었다. CO2를 CO로 환원시키기 위한 고온 고체 산화물 전해조 셀 (SOEC)이 상업적으로 이용 가능하다. 예를 들어, Haldor Topsoe는 CO2 환원용 SOEC를 제공하며, 생산된 CO Nm3당 6–8 kWh가 보고되었고 최대 99.999% CO의 순도를 제공한다.
이산화 탄소의 전기화학적 환원 전기촉매 반응
이산화 탄소의 다양한 제품으로의 전기화학적 환원은 일반적으로 다음과 같이 설명된다.
이러한 반응의 산화환원 전위는 수성 전해질에서 수소 발생 반응과 유사하므로, CO2의 전기화학적 환원은 일반적으로 수소 발생 반응과 경쟁한다.
전기화학적 방법은 다음과 같은 이유로 상당한 주목을 받았다.
CO2의 전기화학적 환원 또는 전기 촉매 변환은 메탄, 에틸렌, 에탄올 등과 같은 부가가치 화학 물질을 생산할 수 있으며, 제품은 주로 선택된 촉매 및 작동 전위(환원 전압 적용)에 따라 달라진다. 다양한 균일 및 불균일 촉매가 평가되었다.
이러한 많은 과정은 금속 이산화탄소 복합체의 중간체를 통해 작동한다고 가정한다. 많은 과정은 높은 과전압, 낮은 전류 효율, 낮은 선택성, 느린 반응 속도, 및 낮은 촉매 안정성으로 인해 어려움을 겪는다.
전해질의 조성이 결정적일 수 있다. 가스 확산 전극이 유용하다.
이산화 탄소의 전기화학적 환원 촉매
촉매는 주요 제품에 따라 그룹화될 수 있다. 여러 금속은 수소 발생을 촉진하기 때문에 CO2RR에 적합하지 않다. 특정 유기 화합물에 선택적인 전기 촉매는 폼산염에 주석 (원소) 또는 비스무트, 일산화 탄소에 은 또는 금을 포함한다. 구리는 메테인, 에틸렌, 에탄올과 같은 여러 환원된 제품을 생산하며, 메탄올, 프로판올 및 1-부탄올도 미량 생산되었다.
세 가지 일반적인 제품은 일산화 탄소, 폼산염 또는 고차 탄소 제품(탄소 원자 2개 이상)이다.
일산화 탄소는 다양한 귀금속 촉매를 통해 CO2RR에서 생성될 수 있다. 금은 가장 활성이 높은 것으로 알려져 있지만 은도 매우 활성이 높다. Au와 Ag 결정 모두의 계단면(예: 110 및 211)이 평면면(예: 111 및 100)보다 활성이 10배 이상 높은 것으로 알려져 있다. 그래핀 격자에 Ni를 기반으로 한 단일 자리 촉매도 일산화 탄소에 대한 높은 선택성을 보여주었다.
기계적으로, CO2RR을 일산화 탄소로 전환하는 촉매는 일산화 탄소에 강하게 결합하지 않아 촉매에서 벗어날 수 있다. CO2RR에서 일산화 탄소로의 속도 제한 단계는 첫 번째 전자 전달 단계이며, 이는 전기장에 큰 영향을 받는다.
이산화 탄소의 전기화학적 환원 촉매
폼산은 다양한 촉매를 통해 CO2RR에서 주요 제품으로 생산된다.
CO2에서 폼산 생산을 촉진하는 촉매는 CO2의 두 산소 원자에 모두 강하게 결합하여 양성자가 중심 탄소를 공격하도록 한다. 중심 탄소를 공격한 후, 양성자 하나가 산소에 결합하면 폼산염이 생성된다. 인듐 촉매는 인듐-산소 결합 에너지가 인듐-탄소 결합 에너지보다 강하기 때문에 폼산염 생산을 촉진한다. 이는 일산화 탄소 대신 폼산염 생산을 촉진한다.
구리 전기촉매는 CO2에서 다중 탄소 화합물을 생성한다. 여기에는 C2 제품(에틸렌, 에탄올, 아세테이트 등) 및 C3 제품(프로판올, 아세톤 등)도 포함된다. 이러한 제품은 C1 제품보다 가치가 높지만, 현재 효율성은 낮다.
오후지촌 (야마나시현)
오후지촌(大藤村)은 야마나시현 히가시야마나시군에 있던 촌이다. 현재의 고슈시 북서부, 주오본선 엔잔역 북동일대에 해당한다
레몬 전지
레몬 전지(영어: Lemon battery)는 종종 교육 목적으로 만들어지는 간단한 화학 전지이다. 일반적으로 아연 금속 조각(예: 아연 도금된 못)과 구리 조각(예: 페니 동전)을 레몬에 삽입하고 전선으로 연결한다. 금속의 반응으로 생성된 전력은 발광 다이오드(LED)와 같은 작은 장치를 작동시키는 데 사용된다.
레몬 전지는 1800년에 알레산드로 볼타가 발명한 최초의 전지와 유사하며, 볼타는 레몬즙 대신 고염수를 사용했다. 레몬 전지는 전지에서 발생하는 화학 반응(산화·환원 반응)의 유형을 보여준다. 아연과 구리는 전극이며, 레몬 안의 즙은 전해질이다. 레몬 전지에는 아연과 구리 외의 다른 금속을 전극으로, 다양한 과일(또는 액체)을 전해질로 사용하는 여러 변형이 있다.
레몬 전지 학교 프로젝트에서의 활용
레몬 전지를 만들고 발광 다이오드(LED), 전기 계측기(멀티미터), 아연 도금된 못과 나사 등의 부품을 구하는 방법에 대한 수많은 지침이 있다. 상업용 "감자 시계" 과학 키트에는 전극과 저전압 디지털 시계가 포함되어 있다. 하나의 전지를 조립한 후, 멀티미터를 사용하여 전지로부터의 전압 또는 전류를 측정할 수 있다. 레몬의 일반적인 전압은 0.9V이다. 전류는 더 가변적이지만 최대 약 1mA까지 범위가 넓다(전극 표면이 클수록 전류가 커진다). 더 눈에 띄는 효과를 위해 레몬 전지를 직렬로 연결하여 LED(삽화 참조) 또는 다른 장치를 작동시킬 수 있다. 직렬 연결은 장치에 사용 가능한 전압을 증가시킨다. 스와틀링과 모건은 저전압 장치 목록과 이를 작동시키는 데 필요한 레몬 전지의 수를 발표했다. 여기에는 LED, 압전 부저, 작은 디지털 시계가 포함되었다. 아연/구리 전극을 사용하면 이러한 장치 중 어느 하나라도 작동시키기 위해 최소 두 개의 레몬 전지가 필요했다. 아연 전극을 마그네슘 전극으로 대체하면 더 큰 전압(1.5-1.6V)을 가진 전지가 만들어지며, 단일 마그네슘/구리 전지로 일부 장치를 작동시킬 수 있다. 레몬 전지는 백열등을 켜기에 충분한 전류를 생산하도록 설계되지 않았으므로 손전등의 백열 전구는 사용되지 않는다. 이러한 전지는 일반적으로 0.7V의 전위차에서 0.001A(1mA)의 전류를 생산한다. 이 값들을 곱하면 전체 전력인 0.0007W(0.7mW)가 결정된다.
레몬 전지 학교 프로젝트에서의 활용
많은 과일과 액체가 산성 전해질로 사용될 수 있다. 과일은 전해질과 전극을 지지하는 간단한 방법을 모두 제공하기 때문에 편리하다. 감귤류 과일(레몬, 오렌지, 자몽 등)에 포함된 산은 시트르산이다. 측정된 pH로 나타나는 산도는 크게 다르다.
감자에는 인산이 있어 잘 작동하며, 상업용 "감자 시계" 키트의 기반이 된다. LED 조명과 함께 사용되는 감자 전지는 빈곤 국가나 오지 주민들에게 사용될 수 있도록 제안되었다. 2010년에 시작된 국제 연구에 따르면 감자를 8분 동안 삶으면 전기 출력이 향상되며, 여러 구리 및 아연 판 사이에 감자 조각을 놓는 것도 마찬가지이다. 스리랑카 연구원들에 따르면 삶고 잘게 썬 플랜틴 심(줄기)도 적합하다.
과일 대신 다양한 용기의 액체를 사용할 수 있다. 가정용 식초(아세트산 함유)도 잘 작동한다. 자우어크라우트(락트산 함유)는 미국 TV 프로그램 헤드 러시(호기심 해결사 프로그램의 파생작)의 한 에피소드에 등장했다. 자우어크라우트는 통조림 상태였고, 캔 자체가 전극 중 하나인 동안 전해질이 되었다.
레몬 전지 학교 프로젝트에서의 활용
아연과 구리 전극은 비교적 안전하고 구하기 쉽다. 납, 철, 마그네슘 등 다른 금속도 연구할 수 있으며, 이들은 아연/구리 쌍과 다른 전압을 생성한다. 특히 마그네슘/구리 전극은 레몬 전지에서 최대 1.6V의 전압을 생성할 수 있다. 이 전압은 아연/구리 전지보다 크다. 이는 표준 가정용 전지(1.5V)와 비슷하며, 여러 전지를 직렬로 사용하지 않고 단일 전지로 장치를 작동시키는 데 유용하다.
5~9세의 가장 어린 학생들에게 교육 목표는 실용적이다. 전지는 전도성 물질로 연결되는 한 다른 장치를 작동시킬 수 있는 장치이다. 전지는 전기 회로의 구성 요소이며, 전지와 전구 사이에 단일 전선을 연결하는 것만으로는 전구를 켤 수 없다.
10~13세의 어린이들에게 전지는 화학과 전기의 연결을 설명하고 전기 회로 개념을 심화하는 데 사용된다. 구리와 아연과 같은 다른 화학 원소가 사용된다는 사실은 원소가 화학 반응을 겪을 때 사라지거나 분해되지 않는다는 더 큰 맥락에 놓일 수 있다.
레몬 전지 학교 프로젝트에서의 활용
더 나이 많은 학생들과 대학생들에게 전지는 산화·환원 반응의 원리를 설명하는 역할을 한다. 학생들은 두 개의 동일한 전극은 전압을 생성하지 않으며, 다른 금속 쌍(구리와 아연 외)은 다른 전압을 생성한다는 것을 발견할 수 있다. 전지의 직렬 및 병렬 조합에서 나오는 전압과 전류를 조사할 수 있다.
계측기를 통해 전지에서 출력되는 전류는 전극의 크기, 전극이 과일에 얼마나 깊이 삽입되었는지, 그리고 전극이 서로 얼마나 가깝게 배치되었는지에 따라 달라진다. 전압은 전극의 이러한 세부 사항과는 거의 독립적이다.
레몬 전지 화학
대부분의 교과서는 레몬 전지의 화학 반응에 대해 다음 모델을 제시한다. 전지가 외부 회로를 통해 전류를 공급할 때, 아연 전극 표면의 금속 아연이 용액 속으로 용해된다. 아연 원자는 전기적으로 전하를 띤 이온(Zn2+)으로 액체 전해질에 용해되면서 2개의 음전하 전자(e−)를 금속에 남긴다.
이 반응을 산화라고 한다. 아연이 전해질로 들어가는 동안, 전해질에서 두 개의 양전하 수소 이온(H+)이 구리 전극 표면에서 두 개의 전자와 결합하여 중성의 수소 분자(H2)를 형성한다.
이 반응을 환원이라고 한다. 구리에서 수소 분자를 형성하는 데 사용되는 전자들은 구리와 아연을 연결하는 외부 전선을 통해 아연에서 이동된다. 환원 반응으로 구리 표면에 형성된 수소 분자들은 결국 수소 기체로 기포가 되어 빠져나간다.
레몬 전지 실험 결과
이 화학 반응 모델은 2001년 제리 구드스만이 발표한 실험에서 검증된 몇 가지 예측을 한다. 구드스만은 최근의 수많은 저자들이 레몬 전지의 화학 반응에 구리 전극의 전해질 용해를 포함하고 있다고 지적한다. 구드스만은 이 반응이 실험과 일치하지 않는다고 배제하며, 구리 전극에서 수소가 발생하는 것이 포함되고 은을 구리 대신 사용할 수 있는 정확한 화학은 오랫동안 알려져 왔다고 지적한다. 모델의 자세한 예측 대부분은 전지로부터 직접 측정되는 개방 회로 전압(아무것도 전지에 연결되지 않은 상태)에 적용된다. 전해질에 황산 아연(ZnSO4)을 첨가하여 전해질을 변경했을 때, 네른스트 식을 사용하여 모델에서 예측한 대로 전지 전압이 감소했다. 네른스트 식은 본질적으로 황산 아연이 더 많이 첨가될수록 전압이 얼마나 떨어지는지를 나타낸다. 황산구리(CuSO4)를 첨가해도 전압에는 영향을 미치지 않았다. 이 결과는 전극의 구리 원자가 전지의 화학 반응 모델에 관여하지 않는다는 사실과 일치한다.
레몬 전지 실험 결과
전지가 외부 회로에 연결되어 상당한 전류가 흐를 때, 위에서 설명한 아연 산화 반응에 의해 예측된 대로 아연 전극은 질량을 잃는다. 유사하게, 수소 기체는 구리 전극에서 기포 형태로 발생한다. 마지막으로, 전지에서 나오는 전압은 pH로 측정된 전해질의 산도에 따라 달라졌다. 산도 감소(및 pH 증가)는 전압을 떨어뜨린다. 이 효과 또한 네른스트 식에 의해 예측된다. 사용된 특정 산(시트르산, 염산, 황산 등)은 pH 값을 통해서만 전압에 영향을 미쳤다.
네른스트 식 예측은 강산성 전해질(pH < 3.4)에서는 실패했다. 이때 아연 전극은 전지가 회로에 전류를 공급하지 않을 때에도 전해질에 용해된다. 위에 나열된 두 가지 산화-환원 반응은 외부 회로를 통해 전기 전하가 운반될 수 있을 때만 발생한다. 추가적인 개방 회로 반응은 개방 회로에서 아연 전극에서 기포가 형성되는 것으로 관찰될 수 있다. 이 효과는 궁극적으로 최고 산성 수준에서 실온 근처의 전지 전압을 1.0V로 제한했다.
레몬 전지 실험 결과
에너지는 아연이 산에 용해될 때 발생하는 화학 변화에서 나온다. 에너지는 레몬이나 감자에서 나오지 않는다. 아연은 레몬 안에서 산화되어, 더 낮은 에너지 상태에 도달하기 위해 산과 일부 전자를 교환하며, 방출된 에너지가 전력을 공급한다.
현재 관행에서 아연은 황산 아연의 전기제련 또는 탄소를 이용한 아연의 건식제련으로 생산되며, 이는 에너지 투입을 필요로 한다. 레몬 전지에서 생성되는 에너지는 이 반응을 역전시켜 아연 생산 중 투입된 에너지의 일부를 회수하는 것이다.
레몬 전지 실험 결과
1840년부터 19세기 후반까지 아연 전극과 황산 전해질을 사용하는 대형 볼타 전지가 인쇄 산업에서 널리 사용되었다. 레몬 전지와 같은 구리 전극이 때때로 사용되었지만, 1840년에 앨프레드 스미는 구리 전극 대신 거친 백금 코팅이 된 은을 사용하는 이 전지의 정제된 버전을 발명했다. 은 또는 구리 전극 표면에 달라붙는 수소 기체는 전지에서 뽑아낼 수 있는 전류를 감소시킨다. 이 현상을 "분극"이라고 한다. 거칠게 "백금화된" 표면은 수소 기체의 기포 발생을 가속화하고 전지에서 나오는 전류를 증가시킨다. 아연 전극과 달리 구리 또는 백금화된 은 전극은 전지를 사용해도 소모되지 않으며, 이 전극의 세부 사항은 전지의 전압에 영향을 미치지 않는다. 스미 전지는 신문 및 서적의 활판 인쇄용 구리 판뿐만 아니라 동상 및 기타 금속 물품을 생산하는 전기주조에 편리했다.
스미 전지는 순수 아연 대신 아말감 아연을 사용했다. 아말감 아연의 표면은 수은으로 처리되었다. 아말감 아연은 순수 아연보다 산성 용액에 의한 분해에 덜 취약했던 것으로 보인다. 아말감 아연과 일반 아연 전극은 아연이 순수할 때 본질적으로 동일한 전압을 제공한다. 19세기 실험실에서 불완전하게 정제된 아연을 사용했을 때는 일반적으로 다른 전압을 제공했다.
레몬 전지 더 읽어보기
“Maglab - Simple Electrical Cell Tutorial”. US National High Magnetic Field Laboratory. 2012년 11월 30일에 확인함.  아연 및 구리 전극을 사용한 산성 전지에 대한 설명과 JAVA 기반 애니메이션 포함. 애니메이션은 아연이 전해질에 용해되고, 전자가 아연에서 구리 전극으로 흐르며, 작은 수소 기포가 구리 전극에서 나오는 것을 보여준다. 애니메이션은 또한 단일 전지로 LED를 켤 수 있다고 제안하지만, 이는 가시광선을 방출하는 LED의 경우 불가능하다.
가미카네촌
가미카네촌(神金村)은 야마나시현 히가시야마나시군에 있던 촌이다. 현재의 고슈시 북동부, 국도 제411호선 연선에 해당한다.
딕 손버그
리처드 루이스 손버그(Richard Lewis Thornburgh, 1932년 7월 16일 ~ 2020년 12월 31일)는 미국의 정치인이다.
이산화 탄소의 광전기화학적 환원
이산화 탄소의 광전기화학적 환원(영어: Photoelectrochemical reduction of carbon dioxide) 또는 이산화 탄소의 광전기분해(photoelectrolysis of carbon dioxide)는 이산화 탄소가 입사광의 에너지에 의해 일산화 탄소 또는 탄화수소로 환원되는 화학 공정이다. 이 과정에는 대부분 반도체 물질인 촉매가 필요하다. 이 화학 반응의 실현 가능성은 이탈리아 광화학자인 자코모 루이지 치아미치안에 의해 처음으로 이론화되었다. 그는 이미 1912년에 "[적절한 촉매를 사용함으로써 물과 이산화 탄소의 혼합물을 산소와 메탄으로 변환하거나 다른 흡열 과정을 유발하는 것이 가능해야 한다]"고 말했다.
더욱이 환원된 화학종은 다른 과정의 귀중한 원료로 판명될 수 있다. 이용되는 입사광이 태양 에너지인 경우 이 과정은 또한 재생 가능 에너지와 CO2 환원을 결합한 에너지 경로를 잠재적으로 나타낸다.
이산화 탄소의 광전기화학적 환원 열역학
CO2가 다양한 생성물로 환원되는 열역학 퍼텐셜은 다음 표에 pH = 7에서 NHE에 대해 주어진다. CO2가 CO2●− 라디칼로 단일 전자 환원되는 것은 25 °C의 수용액에서 1 atm 기압 하에 pH = 7에서 NHE에 대해 E° = −1.90 V에서 일어난다. CO2의 높은 음의 열역학적으로 불리한 단일 전자 산화·환원 전위의 원인은 선형 분자와 굽은 라디칼 음이온 사이의 큰 재배열 에너지 때문이다. CO2 환원을 위한 양성자 결합 다전자 단계는 열역학적으로 더 안정한 분자가 생성되므로 일반적으로 단일 전자 환원보다 유리하다.
이산화 탄소의 광전기화학적 환원 동역학
열역학적으로 양성자 결합 다전자 CO2 환원은 단일 전자 환원보다 쉽다. 그러나 다중 양성자 결합 다전자 과정을 관리하는 것은 동역학적으로 엄청난 도전이다. 이는 탄화수소 및 알코올로의 CO2 전기화학적 이종 환원에 대한 높은 과전압으로 이어진다. 단일 환원된 CO2●− 라디칼 음이온의 이종 환원은 음으로 편향된 전극과 음으로 대전된 음이온 사이의 반발 상호작용 때문에 더욱 어렵다.
이산화 탄소의 광전기화학적 환원 동역학
그림 2는 p형 반도체/액체 접합의 경우 빛에 노출될 때 반도체/액체 계면에서 광 생성 전자를 사용할 수 있음을 보여준다. 산화 환원 종의 환원은 반도체/액체 계면에서의 밴드 굽힘으로 인해 금속 전극에 비해 빛에 노출된 p형 반도체에서 덜 음의 전위에서 발생한다. 그림 3은 열역학적으로 일부 양성자 결합 다전자 CO2 환원이 반도체의 띠틈 내에 있음을 보여준다. 이는 p형 반도체에서 CO2를 광환원하는 것을 가능하게 한다. p-GaP, p-CdTe, p-Si, p-GaAs, p-InP, p-SiC를 포함한 다양한 p형 반도체가 CO2 광환원에 성공적으로 사용되었다. 그러나 동역학적으로 이러한 반응은 주어진 반도체 표면에서 극히 느리다. 이는 이러한 반도체 표면에서 CO2 환원에 상당한 과전압을 유발한다. 높은 과전압 외에도 이러한 시스템은 지속 가능성(이 시스템에서는 빛 에너지 외에는 아무것도 소비되지 않음), 태양 에너지를 화학 에너지로 직접 변환, 에너지 집약적 공정에 재생 가능 에너지 자원 활용, 공정의 안정성(반도체는 빛에 노출될 때 실제로 안정적임) 등 몇 가지 장점을 가지고 있다. CO2의 광환원에 대한 다른 접근 방식은 분자 촉매, 광감응제 및 희생 전자 공여체를 포함한다. 이 과정에서 희생 전자 공여체는 과정 중에 소모되고 광감응제는 장시간 빛에 노출될 때 분해된다.
이산화 탄소의 광전기화학적 환원 용매 효과
p형 반도체 광전극에서의 CO2 광환원은 수성 및 비수성 매질 모두에서 달성되었다. 수성 및 비수성 매질의 주요 차이점은 CO2의 용해도이다. 1 atm의 CO2 수성 매질에서의 CO2 용해도는 약 ≈ 35 mM인 반면, 메탄올에서의 CO2 용해도는 약 210 mM이고 아세토나이트릴에서는 약 210 mM이다.
이산화 탄소의 광전기화학적 환원 용매 효과
CO2를 폼산으로 광환원하는 것은 수성 매질의 p-GaP 광음극에서 시연되었다. p-GaP에서의 CO2 광환원에 대한 다른 여러 보고 외에도 p-GaAs, p-InP, p-CdTe, 및 p+/p-Si와 같은 다른 p형 반도체들도 CO2 광환원에 성공적으로 사용되었다. CO2 광환원의 최저 전위는 p-GaP에서 관찰되었다. 이는 더 높은 띠틈 p-GaP (2.2 eV) 광음극에서 예상되는 높은 광전압 때문일 수 있다. 폼산 외에도 CO2 광환원에서 관찰되는 다른 생성물은 폼알데하이드, 메탄올 및 일산화 탄소이다. p-GaP, p-GaAs 및 p+/p-Si 광음극에서는 주 생성물이 폼산이며 소량의 폼알데하이드와 메탄올이 생성된다. 그러나 p-InP 및 p-CdTe 광음극에서는 일산화 탄소와 폼산이 비슷한 양으로 관찰된다. Hori가 금속 전극에서의 CO2 환원을 기반으로 제안한 메커니즘은 수성 매질에서 폼산(단일 환원된 CO2●− 라디칼 음이온이 표면에 흡착되지 않는 경우)과 일산화 탄소(단일 환원된 CO2●− 라디칼 음이온이 표면에 흡착되는 경우) 모두의 형성을 예측한다. 이 동일한 메커니즘은 단일 환원된 CO2●− 라디칼 음이온이 표면에 흡착되지 않기 때문에 p-GaP, p-GaAs 및 p+/p-Si 광음극에서 주로 폼산이 형성되는 것을 설명하는 데 사용될 수 있다. p-InP 및 p-CdTe 광음극의 경우 CO2●− 라디칼 음이온의 부분적 흡착으로 인해 일산화 탄소와 폼산이 모두 형성된다. CO2 광환원에 대한 낮은 촉매 전류 밀도와 경쟁적인 수소 발생은 이 시스템의 두 가지 주요 단점이다.
이산화 탄소의 광전기화학적 환원 용매 효과
CO2 용해도 및 확산 제한을 기반으로 수성 매질에서 달성할 수 있는 CO2 환원의 최대 촉매 전류 밀도는 10mA cm−2에 불과하다. p-Si (1.12 eV), p-InP (1.3 eV), p-GaAs (1.4 eV), p-GaP (2.3 eV)에 대한 태양 에너지 전환의 기존 Shockley-Quiesser 한계에서 Air Mass 1.5 조명 하의 통합 최대 광전류는 각각 44.0 mA cm−2, 37.0 mA cm−2, 32.5 mA cm−2 및 9.0 mA cm−2이다. 따라서 DMF, 아세토나이트릴, 메탄올과 같은 비수성 매질은 CO2 전기화학적 환원을 위한 용매로 탐색된다. 또한 메탄올은 렉티졸법에서 CO2의 물리적 흡수제로 산업적으로 사용되었다. 수성 매질 시스템과 유사하게 p-Si, p-InP, p-GaAs, p-GaP 및 p-CdTe가 CO2 광전기화학적 환원에 탐색된다. 이 중 p-GaP는 가장 낮은 과전압을 가지는 반면, p-CdTe는 DMF와 5% 물 혼합 시스템에서 중간 과전압이지만 높은 촉매 전류 밀도를 가진다. 비수성 매질에서의 CO2 환원의 주 생성물은 일산화 탄소이다. 비수성 매질에서는 경쟁적인 수소 생성이 최소화된다. 비수성 매질에서 CO2가 CO로 환원되는 제안된 메커니즘은 CO2가 CO2●− 라디칼 음이온으로 단일 전자 환원되고 라디칼 음이온이 표면에 흡착된 다음, 환원되지 않은 CO2와 CO2●− 라디칼 음이온 사이의 불균등화 반응을 통해 CO32−와 CO가 형성되는 것을 포함한다.
히시야마촌
히시야마촌(菱山村)은 야마나시현 히가시야마나시군에 있던 촌이다. 현재의 고슈시 가쓰누마정 히시야마에 해당한다.
유나이티드 오버시즈 뱅크
유나이티드 오버시즈 뱅크 리미티드(United Overseas Bank Limited), 중국어 정체자: 大華銀行有限公司, 병음: Dàhuá Yínháng Yǒuxìan Gōngsī, UOB)는 싱가포르 래플스 플레이스 에 본사를 둔 싱가포르의 지역 은행으로, 대부분 동남아시아 국가에 지점이 있다.
이 은행은 국내 3대 '지방 대형은행' 중 하나이며, 나머지 2개 은행은 DBS 은행 과 OCBC(Oversea-Chinese Banking Corporation)이다.
1935년 대공황 동안 사라왁 출신의 Wee Kheng Chiang을 포함한 호클로 사업가 그룹에 의해 United Chinese Bank(UCB) 로 처음 설립된 이 은행은 싱가포르 강 근처 Boat Quay 에 위치한 Bonham Building의 임대 건물에 있는 단일 지점 은행에서 운영되었다. 이 회사는 주로 싱가포르에 있는 호키엔 중국계 사업가들을 포함한 현지 사업가 계층에 단기 대출을 제공했다.
유나이티드 오버시즈 뱅크
UOB는 총자산 기준으로 동남아시아에서 세 번째로 큰 은행이다. 이 은행은 개인 금융 서비스, 기업 은행 업무, 프라이빗 뱅킹 및 자산 관리 서비스는 물론 기업 금융, 벤처 캐피털 및 보험 서비스를 제공한다. 싱가포르에 68개 지점을 두고 있으며 아시아 태평양, 서유럽, 북미의 19개국 및 지역에 500개 이상의 사무실 네트워크를 보유하고 있다.
유나이티드 오버시즈 뱅크 역사
1935년 8월 6일, 사라왁 출신 사업가 Wee Kheng Chiang은 다른 6명의 파트너와 함께 1 백만 싱가포르 달러의 납입 자본금으로 은행을 설립했다. 이 은행은 원래 United Chinese Bank(UCB) 로 설립되었으며 싱가포르의 호키엔 중국인 커뮤니티를 대상으로 서비스를 제공했다. 최대주주인 위(Wee)가 초대 회장이 되었다. 1935년 10월, UCB는 3층짜리 Bonham Building에서 영업을 시작했다. 1965년 1월 23일, UCB는 홍콩의 다른 United Chinese Bank ( 중국어 간체자: 中国联合银行, 정체자: 中國聯合銀行  )와의 중복을 피하기 위해 이름을 United Overseas Bank로 변경했다. 그리고 홍콩에 첫 해외 지점을 개설했다.
유나이티드 오버시즈 뱅크 역사
1970년에 UOB는 싱가포르와 말레이시아 공동 증권 거래소에 상장되었다. 당시 증권거래소는 싱가포르와 쿠알라룸푸르에 사무실을 두고 있었다. 은행은 상장 후 일련의 타깃 인수를 진행했다. 이 은행은 1971년에 처음으로 Chung Khiaw Bank 의 지배적 지분을 인수하여 국내적 영향력을 확대했으며 말레이시아와 홍콩에도 은행 사무실을 두게 되었다. United Overseas Bank와 Chung Khiaw Bank의 새로운 로고는 1972년 1월에 출시되었다.
유나이티드 오버시즈 뱅크 역사
1973년 UOB는 1920년 Eu Tong Sen이 공동 창립자이자 창립 이사 중 한 명인 Cheong Yoke Choy 와 함께 설립한 Lee Wah Bank를 인수하여 말레이시아와 싱가포르에서 서비스를 제공했다. 같은 해에 은행은 Bonham Building 대신 UOB Building(현재는 UOB Plaza Two 로 알려짐)이라는 이름의 30층짜리 새로운 사무실 타워를 건설했다.  회사는 1984년 Far Eastern Bank, 1999년 Westmont Bank(현재 UOB Philippines로 알려짐), Radanasin Bank(현재 United Overseas Bank (Thai) Public Company Limited로 알려짐)를 인수하면서 인수를 계속했다
2001년 9월 UOB는 당시 싱가포르에서 4번째로 큰 현지 은행이었던 Overseas Union Bank를 10억 싱가포르 달러에 인수했다.
2002년 UOB는 상하이에 새로운 풀서비스 지점을 개설하고 베이징 사무실을 풀서비스 지점으로 업그레이드하여 중국 시장 진출을 시작했다.
2019년 1월 16일, UOB는 성평등을 인정받아 처음으로 블룸버그 성평등 지수(GEI)에 등재되었다.
2022년 1월 14일 UOB는 인도네시아, 말레이시아, 태국, 베트남의 시티그룹 소비자 은행 프랜차이즈를 약 50억 싱가포르 달러에 인수했다.
유나이티드 오버시즈 뱅크 주주들
2017년 3월 1일 기준 최대 주주 10명은 다음과 같다 .
* 비율은 자기주식을 제외한 발행된 보통주 총수를 기준으로 계산된다.
인공 광합성
인공 광합성(영어: Artificial photosynthesis)은 자연적인 광합성 과정을 생체모방하는 화학적 과정이다. 인공 광합성이라는 용어는 태양으로부터 에너지를 포획하여 연료, 특히 태양연료를 생산함으로써 에너지를 저장하는 모든 방안을 지칭하는 데 느슨하게 사용된다. 인공 광합성의 장점은 태양 에너지를 변환하여 저장할 수 있다는 것이다. 이와 대조적으로, 태양광 발전 전지를 사용하면 햇빛이 전기로 변환된 다음 저장용으로 다시 화학 에너지로 변환되며, 두 번째 변환과 관련된 일부 에너지 손실이 발생한다. 이러한 반응의 부산물은 환경 친화적이다. 인공 광합성 연료는 탄소 중립 에너지원이 될 수 있지만, 실용적인 의미에서 입증된 적은 없다. 인공 광합성의 경제성은 경쟁력이 없다.
인공 광합성 개요
수많은 방식이 인공 광합성으로 설명되어 왔다.
2 H2O  →  2 H2 + O2
이 방식은 개념적으로 인공 광합성의 가장 단순한 형태이지만, 실용적인 방식으로 입증되지는 않았다.
2 CO2  →  2 CO + O2
관련 프로세스는 폼산(HCO2H)을 생성한다:
2 H2O + 2 CO2  →  2 HCO2H + O2
변형은 폼알데하이드 또는 동등하게 탄수화물을 생성할 수 있다:
2 H2O + CO2  →  H2CO + O2
이러한 과정은 자연적인 탄소 고정을 재현한다.
사회경제적 함의 때문에 인공 광합성은 많은 도전에도 불구하고 시의성이 있다. 이상적으로는 이러한 태양연료를 생산하는 데 필요한 유일한 입력은 물, 이산화탄소, 그리고 햇빛뿐이다. 유일한 부산물은 직접적인 과정을 사용함으로써 산소가 될 것이다.
인공 광합성 역사
인공 광합성은 1912년 이탈리아의 화학자 자코모 치아미치안에 의해 처음으로 예상되었다. 나중에 사이언스지에 게재된 강연에서 그는 화석연료 사용에서 태양에 의해 제공되고 기술적 광화학 장치에 의해 포착되는 복사 에너지로의 전환을 제안했다. 이 전환에서 그는 유럽의 부유한 북부와 가난한 남부 사이의 격차를 줄일 가능성을 보았고, 석탄에서 태양 에너지로의 전환이 "진보와 인간의 행복에 해롭지 않을 것"이라고 추측했다.
1960년대 후반, 후지시마 아키라는 이산화 타이타늄의 광촉매 특성, 즉 혼다-후지시마 효과를 발견했는데, 이는 가수분해에 사용될 수 있었다.
인공 광합성 역사
단일 부품 다중 접합 반도체 장치(UV 광선과 이산화 타이타늄 반도체 대비)를 이용한 가시광선 물 분해는 1983년 Energy Conversion Devices의 윌리엄 에어스에 의해 처음으로 시연되고 특허를 받았다. 이 그룹은 물을 광분해하여 수소와 산소로 분리하는 것을 시연했으며, 이는 현재 "인공 잎"이라고 불리며 저비용의 박막 비정질 실리콘 다중 접합 시트를 물에 직접 담그는 방식이다. 수소는 다양한 촉매로 장식된 전면 비정질 실리콘 표면에서 발생했으며, 산소는 후면 금속 기판에서 발생하여 수소/산소 혼합 가스 발생의 위험을 제거했다. 침지된 장치 위의 폴리머 막은 양성자 수송 경로를 제공했다. 가시광선을 이용한 다중 접합 박막 장치에서 얻을 수 있는 더 높은 광전압은 UV 또는 다른 단일 접합 반도체 광전극을 이용한 이전 광분해 시도에 비해 큰 발전이었다. 이 그룹의 특허는 또한 비정질 실리콘 외에도 여러 다른 반도체 다중 접합 구성을 나열하고 있다.
1990년대 이후로, 수소 발생 반응과 산소 발생 반응의 촉매에 대해 많은 것이 밝혀졌다. 불행히도, 많은 노력에도 불구하고 실용적인 시스템은 아직 입증되지 않았다.
인공 광합성 촉매작용
인공 광합성 개념 중 일부는 자연 광합성에서 영감을 받은 개별 구성 요소로 구성된다.
이러한 과정은 촉매 삼잔기 조합에 의해 복제될 수 있는데, 이는 하나의 촉매에서 물을 산화시키고, 다른 촉매에서 양성자를 환원시키며, 전체 시스템에 동력을 공급하는 감광제 분자를 가질 수 있다.
태양 전지용 일부 촉매는 수소를 생산하도록 고안되었다.
1) 균일 시스템은 촉매가 구획화되지 않은 시스템으로, 구성 요소가 동일한 구획에 존재한다는 의미이다. 이는 수소와 산소가 같은 위치에서 생산된다는 것을 의미한다. 이는 폭발성 혼합물을 구성하므로 가스 제품 분리가 필요하다는 단점이 될 수 있다. 또한, 모든 구성 요소는 대략 동일한 조건(예: 수소 이온 농도 지수)에서 활성화되어야 한다.
2) 이종 시스템은 두 개의 분리된 전극인 양극과 음극을 가지고 있어 산소와 수소 생산을 분리할 수 있다. 또한, 다른 구성 요소들이 반드시 동일한 조건에서 작동할 필요는 없다. 그러나 이러한 시스템의 복잡성이 증가하면 개발이 더 어려워지고 비용이 더 많이 든다.
인공 광합성 촉매작용
O2-발생 및 환원 측면 모두에 대해 많은 촉매가 평가되었다. 아래에 나열된 산화제 및 환원제를 포함하는 촉매는 실용적이지 않지만 예시적이다.
자연 광합성과 유사하게, 이러한 인공 잎은 전체 물 분해 또는 CO2 환원을 위해 빛 흡수체의 탠덤을 사용할 수 있다. 이러한 통합 시스템은 가볍고 유연한 기판 위에 조립될 수 있으며, 그 결과 연잎과 유사한 부유 장치가 만들어진다.
인공 광합성용 촉매는 수백만 번의 회전수를 달성할 것으로 예상된다. 촉매는 특히 빛에 노출될 때 물에서 종종 부식된다. 따라서 태양광 발전보다 안정성이 낮을 수 있다. 수소 산화 촉매는 산소에 매우 민감하여 산소가 존재하면 비활성화되거나 분해되며, 시간이 지남에 따라 광손상도 발생할 수 있다.