지구온난화 주범 이산화탄소를 유용한 자원으로…서울시립대, 촉매 효율 획기적 개선 원리 규명
이효선 교수팀, 2차원 산화물 구조 활용해 일산화탄소 전환 선택성 대폭 높여
[파이낸셜뉴스] 온실가스의 주범인 이산화탄소를 산업에 필요한 유용한 화학물질로 바꾸는 '탄소 자원화' 기술의 효율을 크게 높일 수 있는 촉매 설계 원리가 국내 연구진에 의해 규명됐다. 친환경 화학공정과 탄소중립 상용화를 앞당길 중요한 기술적 토대가 될 것으로 기대된다.
서울시립대학교는 신소재공학과 이효선 교수 연구팀이 김현식 교수, 경희대학교 신혜영 교수 연구팀과 공동으로 '산화물 지지체의 차원적 구조'가 이산화탄소 환원 촉매 성능에 미치는 영향을 규명했다고 23일 밝혔다.
전기화학적 이산화탄소 환원 기술은 공기 중이나 산업현장에서 발생하는 이산화탄소를 일산화탄소 등 가치 있는 물질로 전환하는 기술이다. 하지만 반응 과정에서 원하는 물질만 골라 높은 효율로 만들어내는 데 기술적 한계가 존재했다.
연구팀은 촉매를 받쳐주는 '산화물 지지체'의 입체적 형태에 주목했다. 평평한 얇은 판 형태인 2차원 구조와 입체적인 3차원 구조의 페로브스카이트 산화물에 각각 금 나노입자를 올려 성능을 비교 분석했다.
실험 결과 2차원 구조 산화물을 사용한 촉매가 3차원 구조보다 일산화탄소를 만들어내는 선택성과 반응 효율이 훨씬 높게 나타났다. 얇은 판 형태의 2차원 산화물이 금 나노입자와 만났을 때 전자의 이동을 더 활발하게 도와주어, 이산화탄소가 일산화탄소로 잘 바뀌도록 안정적인 환경을 만들어주기 때문이다.
그동안 촉매 지지체는 단순히 촉매 입자를 붙여두는 받침대 역할로만 여겨졌다. 그러나 이번 연구를 통해 지지체의 모양과 차원을 바꾸는 것만으로도 촉매 전체의 성능을 직접 조절할 수 있음이 입증됐다.
이효선 서울시립대 교수는 이번 연구가 이산화탄소 전환 기술을 비롯해 다양한 친환경 전기화학 촉매를 개발하는 데 새로운 설계 방향을 제시할 것이라고 설명했다.
한편 이번 연구 성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐으며, 나노과학 분야 국제학술지 '스몰'에 게재됐다.
[email protected] 김만기 기자
