환경기술특허연구회

국내 연구진, 고성능 촉매소재 개발에 핵심적 접근법 제공

각기 다른 대칭성을 가진 단원자 촉매의 전기화학적 이산화탄소 전환(출처:GIST 최창혁 교수 등 공동연구팀)© 뉴스1

(대전=뉴스1) 심영석 기자 = 효과적인 이산화탄소 전환을 위한 촉매소재가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국연구재단은 ΔGIST 최창혁·서지원 교수 ΔKAIST 김형준 교수 공동 연구팀이 고성능 이산화탄소 촉매소재 설계기술을 개발했다고 2일 밝혔다.

이산화탄소 전환은 이산화탄소와 물의 반응으로 고부가가치 화합물을 생산하는 기술로 실용화를 위한 연구가 활발하다.

이중 효율적인 촉매의 개발은 탄소 중립정책의 성공을 좌우할 중요한 요소로 꼽힌다.

원자 수준에서 배열된 전이금속 촉매는 효율적으로 이산화탄소 전환을 할 수 있다는 점에서 주목받고 있다. 하지만 다양한 구조가 섞여 있는 탓에 활성점 파악과 같은 촉매에 대한 이해가 부족하다.

특히, 실용화가 가능한 고성능 촉매 개발을 위해서는 촉매 표면에서 반응물질이 촉매 작용을 받는 부위인 촉매 활성점 규명과 합리적인 활성점의 설계가 관건이다.

연구팀은 전기화학적 방식의 이산화탄소 전환에 뛰어난 촉매의 활성점이 1개인 단원자 전이금속 촉매의 활성점을 도출하기 위해 원자수준에서 정확하게 제어된 구조체를 도입했다.

대칭적인 구조와 대칭이 깨어진 구조 두 가지를 합성하고, 다양한 전기화학 및 분광학적 접근과 계산화학을 통해 대칭이 깨어진 구조에서 이산화탄소 전환이 효율적으로 이뤄지는 점을 확인했다.

즉, 대칭이 깨어진 구조가 반응중간체 생성을 유리하게 해 촉매의 성능을 높인 것이다.

활성점 주변의 원자수준에서 뒤틀린 대칭성이 고성능 이산화탄소 전환에 핵심 요소임을 밝힌 이번 연구결과는 고성능 이산화탄소 전환촉매 개발에 도움이 될 것으로 기대된다.

이번 연구의 성과는 화학분야 국제학술지 ‘미국화학회지’2021년 1월7일자에 게재됐다.