[아시아경제] 쓰면 쓸수록 더 강력해지는 인공광합성 촉매 개발

KIST, 물 속에 존재하는 금속 불순물로부터 자가 활성화 되는 새로운 촉매 개발

기존 시스템의 금속 불순물에 의한 비활성화 모식도 및 성능 평가

[아시아경제 김철현 기자] 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 국가기반기술연구본부 민병권 본부장, 황윤정, 김찬연 박사 연구팀이 인공광합성 기술 연구에 있어 그동안 오염원으로만 여겨지던 수용액 내 금속 불순물을 이산화탄소 전환 촉매의 성능을 향상하는데 역이용해 이산화탄소로부터 일산화탄소를 안정적으로 생산할 수 있는 새로운 촉매를 개발했다고 8일 밝혔다.

지구 온난화의 주범으로 알려진 이산화탄소를 전기화학적으로 유용한 화합물로 전환하는 반응은 에너지·자원 분야의 꿈의 기술인 인공광합성을 구현하는데 핵심 기술일 뿐만 아니라 그 자체로 이산화탄소의 자원화를 위한 핵심 에너지 기술로 알려져 있다. 이러한 기술을 위해 다양한 종류의 촉매들이 주로 금, 은과 같은 고가의 소재를 기반으로 개발되고 있다. 하지만 귀금속 촉매들은 전해질로 사용되는 물속에 존재하는 아주 적은 양의 금속 불순물의 흡착으로 인해 촉매 성능이 급격하게 떨어지는 문제점을 지니고 있다.

연구진은 촉매 안정성에 심각한 원인이 되는 수용액 내 금속 불순물을 촉매 성능을 높이는 활성점으로 이용하자는 역발상으로 실제 반응을 하면 할수록 오히려 성능이 점점 더 향상되는 새로운 촉매를 개발했다. 새로운 촉매는 질소가 도입된 탄소 소재를 촉매 전극으로 사용했다. 이렇게 만들어진 전극에서는 반응 도중 물속에 존재하는 금속 불순물 이온들이 질소가 첨가된 탄소 소재와 결합하게 되고 이는 일산화탄소 생성 성능을 더욱 향상시키는 역할을 하게 된다. 연구팀은 이러한 탄소 소재 기반 촉매를 이용해 일반적인 수돗물에 함유된 철 이온 농도인 0.05ppm보다 50배의 진한 농도에서도 기존 촉매 대비 최대 80% 이상 향상된 성능으로 120시간 이상 안정적으로 일산화탄소를 생산할 수 있었다.

민병권 본부장은 "이번 연구는 촉매 안정성에 가장 큰 폐해라 할 수 있는 수용액 내 금속 불순물을 역으로 이용해 보자는 아이디어에서 시작됐다"며 "저렴하고 안정적인 탄소 소재 촉매는 향후 인공광합성 및 이산화탄소 자원화 기술의 실용화를 앞당기는데 크게 이바지할 것으로 기대한다"라고 말했다.