화학·제약 산업 분야에 널리 쓰이는 과산화수소를 저렴한 비용에 친환경적으로 생산할 수 있는 기술이 개발됐다. IBS(기초과학연구원) 나노입자연구단 현택환·성영은 교수 연구팀과 서울시립대 유종석 교수팀은 기존 귀금속 촉매 가격의 2천분의 1 수준으로 저렴한 과산화수소 생산 전기촉매를 개발했다고 14일 밝혔다.
과산화수소는 치약·주방세제 등 생활용품 뿐만 아니라 의료 현장의 멸균 과정, 반도체 공정의 불순물 제거 등에 널리 활용된다.
산업용 과산화수소를 생산하는 기존 공정에서 사용하는 팔라듐 촉매는 값이 비싸고 부산물로 발생하는 유기물 때문에 환경 오염의 우려가 있다. 연구팀은 백금, 팔라듐 대신 저렴한 코발트 원자를 이용해 가격을 기존 귀금속 촉매의 2천분의 1 수준으로 낮춘 촉매를 개발했다.
그래핀(흑연의 한 층에서 떼어낸 2차원 탄소나노물질) 위에 코발트 원자를 올린 형태로, 산소를 넣은 수용액에 넣고 전기 자극을 가하면 별도의 화합물을 넣지 않고도 과산화수소를 생산할 수 있다.
1㎏의 촉매를 사용했을 때 하루 341.2㎏의 과산화수소를 만들 수 있다. 이는 기존 귀금속 촉매 효율보다 8배 이상 높은 수준이다.
또 110시간 이상 과산화수소를 연속적으로 생산하는 실험을 한 이후에도 초기 성능의 98% 이상을 유지할 수 있다고 연구팀은 설명했다.
현택환 나노입자연구단장은 "세계 100대 산업용 화학물질인 과산화수소를 친환경적·경제적으로 생산할 수 있는 기술"이라며 "상온·상압에서도 촉매를 안정적으로 합성할 수 있어 다양한 화학 공정에 활용할 수 있을 것"이라고 말했다. 이번 연구 결과는 재료 분야 국제 학술지 '네이처 머티리얼스'(Nature Materials) 이날 자에 실렸다.