【목적】고체 아민 흡착제를 기반으로 한 직접 공기 포집(Direct Air Capture, DAC) 기술은 유연한 배치가 가능한 탄소 저감 기술로서, 우리나라의 "이중 탄소" 목표 달성에 중요한 의미를 가진다. 본 논문은 아민 분자와 이산화탄소의 미시적 반응 메커니즘을 탐구하고, CO₂ 흡착 과정에 영향을 미치는 다양한 인자의 작용 규칙을 명확히 하는 것을 목적으로 한다. 【방법】양자역학 시뮬레이션을 통해 아민 분자와 CO₂의 미시적 반응 메커니즘을 연구하였고, 반응 경로를 명확히 하였으며; 다양한 아민 개질제와 CO₂ 반응 활성 부위의 흡착 에너지 분포를 계산하여 CO₂ 흡착 반응의 에너지 변화를 정량적으로 특성화하고, 작용기 전자 특성과 공간 차단 효과가 CO₂ 흡착에 미치는 시너지 조절 메커니즘을 심층 분석하였다; CO₂와 N₂, H_2O의 경쟁 흡착 거동을 탐구하고, 각종 인자가 흡착 선택성에 미치는 영향을 분석하였다. 【결과】아민 분자와 CO₂의 반응은 양쪽성 이온 메커니즘을 따르며, 아민이 먼저 CO₂와 반응하여 양·음 전하를 가진 양쪽성 이온 중간체를 생성하고, 프로톤 제거 반응을 거쳐 카르복실 또는 기타 형태의 생성물을 형성한다; 아민 분자나 기타 보조 조건이 없을 때, 모노에탄올아민(MEA)과 CO₂ 반응의 에너지 장벽은 147.18 kJ/mol에 달하며, 추가 MEA가 프로톤 이동을 돕는 경우 반응 장벽이 21.86 kJ/mol로 감소하고, 물 분자가 돕는 경우 장벽은 54.50 kJ/mol로 감소한다; 직선형 구조는 공간적 장벽 효과를 완화하여 화학적 흡착 지점을 증가시키기 때문에 CO₂ 반응 성능 향상 측면에서 가장 두드러진 성능을 보인다; 비록 MEA와 CO₂ 계면 상호작용이 화학 결합을 형성하지 않지만, 두 사이에는 강한 반데르발스 힘 상호작용이 존재한다. 【결론】연구 결과는 DAC 흡착제의 아민 개질 및 흡착 성능 향상에 대한 이론적 근거를 제공할 수 있다.

직접 공기 포집;아민 개질 수지;흡착;양자역학 시뮬레이션