리튬 매개 질소 환원 반응(Lithium‐mediated nitrogen reduction reaction, Li‐NRR)은 암모니아(NH 3 ) 합성을 위한 에너지 집약적인 하버–보슈(Haber–Bosch) 공정의 유망한 대안으로, 재생 가능 전력을 활용한 NH 3 생산을 가능하게 한다. 그러나 이 기술은 패러데이 효율(Faradaic efficiency, FE), 에너지 효율(energy efficiency, EE), 안정성 및 스케일업 측면에서 여러 가지 도전에 직면해 있다. 이러한 문제들은 다양한 원인에서 비롯되지만, 공통적으로 균일한 리튬(Li) 증착을 통해 개선될 수 있다는 점이 있다. 따라서 균일한 Li 도금을 촉진하는 것은 이러한 문제를 해결하는 데 있어 핵심적인 돌파구가 될 수 있다. 본 리뷰는 Li‐NRR과 관련된 이슈를 다룬 다양한 연구를 조명하고, Li 금속 배터리(Li metal battery, LMB) 시스템에 대해 선행 보고된 연구를 바탕으로 한 아이디어를 제안한다. Li‐NRR 시스템은 Li 도금 및 고체 전해질 계면(solid‐electrolyte interphase, SEI) 형성 측면에서 LMB 시스템과 유사성을 보인다. 전극 개질, Li + 의 용매화 제어, 첨가제 적용을 포함한 다양한 방법에 대한 상호 교류(cross‐pollination)가 소개된다. Li‐NRR과 LMB 시스템 간의 대응 관계를 구체화함으로써, Li‐NRR 분야를 발전시키기 위한 효율적인 연구 전략을 제시한다. 본 리뷰는 Li‐NRR과 관련된 핵심 도전 과제를 해결하기 위한 하이브리드 전략의 시너지 잠재력을 강조하고, 궁극적으로 지속 가능한 그린 NH 3 생산으로의 진전을 가속할 향후 연구 방향과 가능성을 제시한다.

용해성은 질량 수송을 촉진한다. 본 연구는 Li-NRR 효율을 향상시키기 위해 LHCE를 효과적인 전해질 공학 전략으로 적용할 수 있음을 제안한다.

광촉매 H2 진화 논문 번호 2200172에서 Kijung Yong과 동료 연구진은 광촉매 물 분해를 위한 Pt/g-C3N4/TiO2/IrOx 속빈(hollow) 구형 구조를 제시한다. 두 보조촉매인 Pt와 IrOx는 g-C3N4/TiO2 이종접합 내 Z-scheme( Z-scheme) 전하이동 경로를 따라 공간적으로 분리되어 있다. 보조촉매의 공간적 분리와 Z-scheme 이종접합의 상승효과는 전하 분리/이동을 증진시켜, 물에서의 광촉매 H2 진화를 보다 우수하고 안정적으로 이끈다.

, 각각. 광보조 켈빈 프로브 힘 현미경(photoassisted Kelvin probe force microscopy)을 사용하여 PCTI 내에서 Z-스킴(charge-transfer) 전하이동 메커니즘을 체계적으로 분석한다. 또한 PCTI 시스템에서 공촉매(co-catalysts)를 공간적으로 분리하는 것의 이점을, 무작위로 공촉매를 증착하는 경우와 비교하여 방법론적으로 조사한다. 본 연구는 Z-스킴 이종접합과 공간적으로 분리된 공촉매의 조합이 태양연료 생산을 위한 고성능 광촉매 플랫폼을 설계하는 유망한 전략이 될 수 있음을 적절히 입증한다.

액체-고체 트라이보일렉트릭 나노발전기(L-S TENGs)는 지속 가능한 에너지 수확과 자체 구동형 센싱을 위한 유망한 기술로 부상하였다. 액체-고체 계면에서의 상호작용을 활용함으로써 L-S TENGs는 빗방울, 파도, 흐르는 하천과 같은 다양한 수원으로부터 발생하는 저주파 기계 에너지를 효율적으로 사용 가능한 전기 에너지로 변환한다. 기존의 고체-고체 TENGs에 비해 L-S TENGs는 더 우수한 내구성, 유연성, 비용 효율성을 제공한다. 최근의 혁신은 에너지 생성 범위를 넘어 기능을 확장하여, 자체 구동형 센싱 시스템과의 통합을 가능하게 하였다. 이러한 L-S 트라이보일렉트릭 나노발전기 기반 센서(TENS)는 트라이보일렉트릭 출력 신호를 본질적인 감지 메커니즘으로 활용하여 외부 전원원을 제거하고 완전한 자율 운전을 가능하게 한다. L-S TENGs의 감지 성능은 액체 매질의 물리적·화학적 특성을 변경하거나 고체 계면에 스마트 소재를 통합함으로써 정밀하게 조절할 수 있다. 이들 소재는 온도, 빛 또는 자기장과 같은 외부 자극에 동적으로 반응하여 적응형 감지 성능을 구현할 수 있다. 본 관점(perspective)은 L-S TENS의 기본 원리, 설계 전략, 그리고 광범위한 적용 가능성을 탐구한다. 또한 현재의 과제들을 논의하고, 이러한 시스템을 다기능의 에너지 자율형 센싱 플랫폼으로 발전시키기 위한 향후 방향을 제시한다.

전기화학적 리튬 매개 질소 환원(Electrochemical lithium-mediated nitrogen reduction, Li-NRR)은 암모니아 합성을 위한 Haber–Bosch에 대한 지속가능한 대안으로 주목받고 있다. 효율성과 안정성은 반응물 수송을 조절하고 부반응을 억제하는 고체 전해질 계면(solid electrolyte interphase, SEI)에 의해 결정적으로 좌우된다. 음이온이 풍부한 용매화 조건에서 형성되는 음이온 유래 SEI는 유익하지만, 기존의 전기이중층(electric double layer, EDL)은 음이온을 음극에서 반발시켜 유리한 SEI 형성을 제한한다. 따라서 본 연구에서는 음이온 반발을 완화하고 계면 용매의 축적을 감소시키는, 양전하를 띤 이온성 계면층을 형성하는 양이온성 이오노머 첨가제를 도입한다. 이미다졸리움(imidazolium, C3H4N2) 기능화 양이온 이오노머는 조절된 EDL 형성을 가능하게 하여 패러데이 효율과 암모니아 생성량이 각각 92 ± 3%와 58 ± 4 nmol s–1 cm–2에 이르렀으며, 이는 기존 EDL(63 ± 7%, 28 ± 9 nmol s–1 cm–2)을 현저히 상회한다. 계산 및 in situ 분광 분석을 통해 음이온 반발의 유의미한 감소가 확인되었다. 다양한 리튬염에 걸친 적용 가능성은 Li-NRR에서 이 양이온성 이오노머 기반 EDL 공학의 전반적 효과가 뚜렷함을 명확히 보여준다.

리튬 매개 질소 환원 반응(Lithium‐mediated nitrogen reduction reaction, Li‐NRR)은 암모니아(NH 3 ) 합성을 위한 에너지 집약적인 하버–보슈(Haber–Bosch) 공정의 유망한 대안으로, 재생 가능 전력을 활용한 NH 3 생산을 가능하게 한다. 그러나 이 기술은 패러데이 효율(Faradaic efficiency, FE), 에너지 효율(energy efficiency, EE), 안정성 및 스케일업 측면에서 여러 가지 도전에 직면해 있다. 이러한 문제들은 다양한 원인에서 비롯되지만, 공통적으로 균일한 리튬(Li) 증착을 통해 개선될 수 있다는 점이 있다. 따라서 균일한 Li 도금을 촉진하는 것은 이러한 문제를 해결하는 데 있어 핵심적인 돌파구가 될 수 있다. 본 리뷰는 Li‐NRR과 관련된 이슈를 다룬 다양한 연구를 조명하고, Li 금속 배터리(Li metal battery, LMB) 시스템에 대해 선행 보고된 연구를 바탕으로 한 아이디어를 제안한다. Li‐NRR 시스템은 Li 도금 및 고체 전해질 계면(solid‐electrolyte interphase, SEI) 형성 측면에서 LMB 시스템과 유사성을 보인다. 전극 개질, Li + 의 용매화 제어, 첨가제 적용을 포함한 다양한 방법에 대한 상호 교류(cross‐pollination)가 소개된다. Li‐NRR과 LMB 시스템 간의 대응 관계를 구체화함으로써, Li‐NRR 분야를 발전시키기 위한 효율적인 연구 전략을 제시한다. 본 리뷰는 Li‐NRR과 관련된 핵심 도전 과제를 해결하기 위한 하이브리드 전략의 시너지 잠재력을 강조하고, 궁극적으로 지속 가능한 그린 NH 3 생산으로의 진전을 가속할 향후 연구 방향과 가능성을 제시한다.

용해성은 질량 수송을 촉진한다. 본 연구는 Li-NRR 효율을 향상시키기 위해 LHCE를 효과적인 전해질 공학 전략으로 적용할 수 있음을 제안한다.

광촉매 H2 진화 논문 번호 2200172에서 Kijung Yong과 동료 연구진은 광촉매 물 분해를 위한 Pt/g-C3N4/TiO2/IrOx 속빈(hollow) 구형 구조를 제시한다. 두 보조촉매인 Pt와 IrOx는 g-C3N4/TiO2 이종접합 내 Z-scheme( Z-scheme) 전하이동 경로를 따라 공간적으로 분리되어 있다. 보조촉매의 공간적 분리와 Z-scheme 이종접합의 상승효과는 전하 분리/이동을 증진시켜, 물에서의 광촉매 H2 진화를 보다 우수하고 안정적으로 이끈다.