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| 산소와 물만을 이용해 친환경적으로 과산화수소를 생산할 수 있는 전기촉매를 개발한 기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단 연구팀(현택환·성영은 서울대 교수) 등 국내연구는 세계적 학술지인 네이처 머터리얼스(Nature Materials, IF 39.124) 1월 14일 게재됐다.(자료출처=네이처 머터리얼스/제공=서울대) |
[아시아뉴스통신=이기종 기자] 기초과학연구원(IBS)은 나노입자 연구단 현택환 단장(서울대 화학생물공학부 석좌교수)과 성영은 부연구단장(서울대 화학생물공학부 교수) 연구팀이 유종석 서울시립대 교수팀과 공동으로 산소와 물만을 이용해 친환경적으로 과산화수소를 생산할 수 있는 전기촉매를 개발했다고 15일 밝혔다.
과산화수소는 치약이나 주방세제 등 생활용품은 물론 멸균이 필요한 의료현장, 폐수 처리제, 불순물 제거가 필요한 반도체 공정 등에서 폭넓게 사용된다.
그러나 산업용 과산화수소는 주로 안트라퀴논 공정(Anthraquinone process)으로 생산되는데 이 안트라퀴논 공정은 값비싼 팔라듐 촉매를 사용하며 에너지가 많이 소비될 뿐만 아니라 부산물로 유기물이 발생해 환경오염을 유발한다는 한계가 있다.
이로 인해 초정밀 반도체 및 기계부품의 발전과 함께 과산화수소 수요가 증가하고 있어 저렴하면서도 높은 효율로 과산화수소를 생산할 수 있는 지속가능한 공정이 요구되는 상황이다.
이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 여러 단계에 걸친 복잡한 공정 없이 물(H2O)과 산소(O2)를 이용해 과산화수소를 전기적으로 생산할 수 있는 저렴한 촉매를 고안해냈다.
연구과정을 보면 단원자 촉매를 이용하여 원자수준에서 그 주변 구조가 촉매반응 메커니즘에 어떻게 작용하는지를 파악하고 파악된 정보를 바탕으로 나노합성기술과 계산화학을 통해 최적화된 전기촉매를 개발했다.
이후 개발된 코발트 원자·그래핀 촉매를 산소를 포화시킨 수용액에 넣고 전기를 가하면 별도의 화합물 첨가 없이도 과산화수소를 생산했다.
이 연구결과에 의하면 이 촉매는 지금까지 가장 효율이 좋다고 알려진 값비싼 귀금속계 촉매보다 최대 8배 이상 높은 생산성능을 나타냈고 1kg의 촉매를 사용했을 때 하루에 341.2kg의 과산화수소를 생산할 수 있는 성능이다.
또 이 촉매는 기존 촉매와 달리 백금, 팔라듐 등 귀금속 대신 값싼 코발트 원자를 사용했기 때문에 가격이 저렴하다.
성영은 부연구단장(서울대 교수)은 “원자 수준에서 촉매의 활성을 조절할 수 있음을 규명하고 계산화학을 통해서도 정당성을 확인했다”며 “코발트 원자 주변 구조를 변화시킨 결과로 세계 최고 수준의 과산화수소 생산 성능을 보이는 촉매를 개발할 수 있었다”고 말했다.
이 연구는 재료 분야 세계적 학술지인 네이처 머터리얼스(Nature Materials, IF 39.124)에 1월 14일 게재됐다.
