이산화탄소를 공업 원료로…고성능 주석 산화물 촉매 개발

UNIST 권영국 교수팀, 성균관대·DGIST와 공동연구
주석 촉매 입자에 초미세 균열 내는 기술로 성능 향상

이산화탄소를 공업 원료인 개미산으로 바꾸는 촉매를 국내 연구진이 개발했다.

울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 권영국 교수 연구팀이 성균관대, 대구경북과학기술원(DGIST) 연구팀과 함께 고성능 주석 산화물 촉매를 개발했다고 1일 밝혔다.

연구팀에 따르면 이산화탄소에 전기를 가해 고부가가치의 화합물이나 연료로 바꾸는 기술이 최근 주목받고 있다.

이 기술이 경쟁력을 갖추기 위해서는 값싸고 성능 좋은 촉매가 필요하다.

촉매는 반응에 소모되는 전기에너지를 줄이는 물질로, 주로 귀금속이 쓰인다.

연구팀은 값싼 비귀금속인 주석 기반 촉매를 공업 원료인 개미산 생산 촉매로 만들었다.

개미산은 식품, 가죽 처리, 제약 산업에 널리 쓰이며, 최근에는 연료전지 연료와 수소 저장체로도 주목받는 물질이다.

연구팀이 개발한 촉매는 기존 상용 주석 산화물 소재와 비교해 에너지 소모가 적고 개미산 생산 속도가 19배 이상 향상됐다.

또 반응 부산물(수소) 생성도 70% 줄었다.

기존 주석 촉매는 값은 싸지만 반응 속도가 느리고 반응 부산물 생성이 많다는 문제가 있었다.

부산물이 많이 생길수록 전기에너지가 원치 않는 반응에 낭비된다는 의미라고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 촉매 입자에 1㎚(나노미터·10억분의 1ｍ) 이하의 초미세 균열을 내는 양이온 주입 기술을 이용해 이 문제를 해결했다.

초미세 균열 사이에서 반응물이 갇히면서 반응에 필요한 에너지가 줄고 반응 부산물 생성이 효과적으로 억제되는 것이다.

권영국 교수는 "주석 입자 내 원자 수준 틈을 제어하는 기술을 통해 고부가 개미산의 생산 속도와 선택성을 획기적으로 증가시킬 수 있었다"며 "이번 연구에서 제안한 기술은 다양한 전기화학 촉매 연구 분야로 확장이 가능해 의의가 크다"고 말했다.

연구 결과는 재료공학·전기화학 분야 국제 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스'(Advanced Functional Materials)에 온라인 공개됐으며, 표지 논문으로 선정돼 출판을 앞두고 있다.

연구는 한국연구재단의 중견과제, '카본 투 엑스'(Carbon to X) 기술개발사업 등의 지원을 받아 이뤄졌다.

/연합뉴스