윗줄 왼쪽 시계방향으로 최창혁 교수, 서지원 교수, 김형준 교수, 신동엽 박사과정생, 김해솔 박사과정생.[광주과기원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 지구온난화 주범으로 꼽히는 이산화탄소 전환 효율을 높여줄 촉매기술이 국내연구진에 의해 개발됐다.

한국연구재단은 광주과학기술원(GIST) 최창혁‧서지원 교수와 한국과학기술원(KAIST) 김형준 교수 공동 연구팀이 고성능 이산화탄소 촉매 소재 설계기술을 개발했다고 2일 밝혔다.

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

원자 수준에서 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.

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

단원자 전이금속 촉매란 촉매의 활성점이 금속원자 한 개로 구성된 촉매를 지칭한다. 단원자 촉매는 금속 촉매에 필적하는 성능을 보이며, 상대적으로 저렴한 전이금속을 소량 사용함으로써 촉매생산에 필요한 비용을 절감할 수 있다.

연구팀은 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 하여 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.

각기 다른 대칭성을 가진 단원자 촉매의 전기화학적 이산화탄소 전환 모식도.[광주과기원 제공]

최창혁 교수는 “이를 바탕으로 촉매개발이 이뤄진다면 효율적으로 이산화탄소를 일산화탄소로 전환이 가능하다”면서 “생성된 일산화탄소는 다양한 석유화학기반 화합물을 생산하는데 활용될 것”이라고 말했다.

과학기술정보통신부·한국연구재단의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 화학분야 국제학술지 ‘미국화학회지’ 1월 7일자로 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com