(대전=연합뉴스) 정찬욱 기자 = 국내 연구진이 기후변화 주원인인 이산화탄소 자원화에 필요한 고효율 촉매를 개발하는 데 성공했다.
한국에너지기술연구원은 탄소전환연구실 김영은 박사 연구진이 이산화탄소를 높은 효율로 알코올, 플라스틱 등 다양한 화학제품 기초물질인 일산화탄소로 전환하는 니켈 단일원자 촉매를 개발했다고 8일 밝혔다.
비싼 기존 은(Ag) 나노입자 촉매보다 30배 더 적은 금속량을 사용하고도 일산화탄소 생산 속도를 최대 7배까지 향상해 생산 비용을 크게 낮출 수 있다.
연구진은 니켈 원자를 질소 원자와 결합해 탄소나노튜브 위에 고르게 분산시켜 적은 양으로도 높은 반응성을 얻는 데 성공했다.
질소 원자는 니켈과 같은 전이 금속의 화학적 흡착을 많이 증가시키는데, 이에 따라 니켈 반응이 활발해져 전체적인 반응속도가 향상된다.
대부분의 단일원자 촉매 합성은 열처리와 산 처리 등 여러 복잡한 과정을 거치지만, 개발한 촉매는 니켈과 질소를 포함한 전구체(Precursor)와 탄소 지지체를 혼합, 열처리하는 간단한 공정으로 할 수 있어 대량생산도 용이하다.
상용 음이온 교환막에 적용해 실험한 결과 100mA/㎠ 조건에서 70시간 동안 98%의 높은 선택도와 안정성을 유지하는 우수한 성능을 보였다.
김영은 박사는 "이산화탄소를 효율적·안정적으로 전환해 일산화탄소를 생산할 수 있는 핵심 소재 원천기술을 확보했다"며 "앞으로 저가 단일원자 촉매 기반 막전극접합체와 셀 개발이 완성돼 산업체에 이전되면 이산화탄소를 애물단지에서 보물단지로 바꿀 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
연구 결과는 소재·나노 과학기술 분야 국제학술지인 'ACS Energy Letters'에 게재됐다.
연구진이 개발한 니켈 단일원자 촉매와 반응테스트 장치
