이산화탄소 전환 효과 높이는 촉매제 개발 성공

[산업일보]
이산화탄소 전환은 이산화탄소와 물의 반응으로 고부가가치 화합물을 생산하는 기술로 실용화를 위한 연구가 활발하다. 이 중 효율적인 촉매의 개발은 탄소중립정책의 성공을 좌우할 중요한 요소로 꼽힌다.

원자수준에서 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. 실용화가 가능한 고성능 촉매 개발을 위해 촉매의 활성점 규명과 합리적인 활성점의 설계가 관건이다.

이에 한국연구재단(이사장 노정혜)은 최창혁 교수(광주과학기술원), 김형준 교수(한국과학기술원), 서지원 교수(광주과학기술원) 공동 연구팀이 고성능 이산화탄소 촉매 소재 설계기술을 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 전기화학적 방식의 이산화탄소 전환에 뛰어난 단원자 전이금속 촉매의 활성점을 도출하고자 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 것을 확인했다. 대칭이 깨어진 구조가 반응중간체 생성을 유리하게 해 촉매의 성능을 높인 것이다.

활성점 주변의 원자 수준에서 뒤틀린 대칭성이 고성능 이산화탄소 전환에 핵심 요소임을 밝힌 이번 연구결과가 고성능 이산화탄소 전환 촉매 개발에 도움이 될 것으로 기대된다.

연구팀은 “본 연구는 단원자 전이금속 촉매의 활성점 규명에 핵심적인 정보를 제공한다. 전기화학 및 계산화학적 접근을 통해 활성점 주변의 원자 수준에서 뒤틀린 대칭성이 고성능 이산화탄소 전환에 핵심 요소임을 밝힐 수 있었다”고 말했다.

아울러, “이는 향후 고성능 촉매 소재 개발을 위한 핵심적인 접근법을 제공하며, 이산화탄소의 전기화학적 전환기술 외에도 탄소중립정책을 위한 연료전지 및 수전해 등의 촉매 소재 개발에 폭넓게 활용 가능할 것으로 기대된다”고 연구팀은 덧붙였다.