'지구온난화' 주범 이산화탄소 전환 앞당길 촉매 소재 개발

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 이산화탄소를 효과적으로 전환하는데 필요한 촉매 소재 기술을 선보였다. 앞으로 이산화탄소의 전기화학적 전환기술 외에도 연료전지 등 촉매 소재 개발에 넓게 활용할 수 있게 될 전망이다.

한국연구재단은 최창혁 광주과학기술원 교수, 김형준 한국과학기술원 교수, 서지원 광주과학기술원 교수 공동 연구팀이 고성능 이산화탄소 촉매 소재 설계기술을 개발했다고 2일 밝혔다.

각기 다른 대칭성을 가진 단원자 촉매의 전기화학적 이산화탄소 전환.(자료=한국연구재단)

이산화탄소 전환은 이산화탄소와 물의 반응으로 고부가가치 화합물을 생산하는 기술이다. 이 기술을 실용화하려면 효율적인 촉매를 개발해야 한다.

원자수준에서 배열된 전이금속 촉매는 효율적으로 이산화탄소를 전환할 수 있다는 점에서 주목을 받고 있지만 다양한 구조가 섞여 활성점 파악과 같은 촉매에 대한 이해가 부족하다. 실용화하기 위한 고성능 촉매 개발을 위해 촉매의 활성점을 알아내고, 합리적으로 활성점을 설계해야 한다.

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

대칭적인 구조와 대칭이 깨어진 구조를 합성하고, 다양한 전기화학·분광학적 접근과 계산화학을 통해 대칭이 깨어진 구조에서 이산화탄소 전환이 효율적으로 이뤄지는 것을 확인했다. 대칭이 깨어진 구조가 반응중간체 생성을 유리하게 해 촉매 성능을 높인 것이다.

연구팀은 활성점 주변의 원자 수준에서 뒤틀린 대칭성이 고성능 이산화탄소 전환에 핵심 요소임을 밝혀 고성능 이산화탄소 전환 촉매 개발에 도움이 될 것이라고 기대했다.

최창혁 광주과학기술원 교수는 “실제 단원자 촉매에서 구조적 뒤틀림을 유도하는 합성적 접근이 이뤄져야 하며, 이를 바탕으로 촉매개발이 이뤄지면 친환경에너지를 이용해 효율적으로 이산화탄소를 일산화탄소로 전환 가능할 것”이라며 “이렇게 생성된 일산화탄소는 다양한 석유화학기반 화합물을 생산하는 데 중요하게 활용할 수 있다”고 했다.

연구 결과는 화학분야 국제학술지 ‘미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)’에 지난 달 7일자에 게재됐다.