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한국재료硏-KAIST, ‘CO₂ 전환율’ 50% 높인 촉매 개발했다

등록 2025.01.16 09:55:25

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효율향상 촉매 합성공정과 정밀제어 기술 개발 ‘쾌거’

간단한 공정 적용해 대량 생산과 상용화 가능성 확보

[창원=뉴시스]한국재료연구원 박다희(왼쪽) 선임연구원과 카이스트 박정영 교수.(사진=한국재료연구원 제공)2025.01.16.photo@newsis.com

[창원=뉴시스]한국재료연구원 박다희(왼쪽) 선임연구원과 카이스트 박정영 교수.(사진=한국재료연구원 제공)2025.01.16.photo@newsis.com

[창원=뉴시스]홍정명 기자 = 한국재료연구원과 KAIST 공동 연구팀이 이산화탄소 전환 효율을 50% 이상 높인 새로운 촉매 기술을 개발했다.

한국재료연구원(KIMS)은 나노재료연구본부 박다희 박사 연구팀이 KAIST 화학과 박정영 교수 연구팀과 함께 이 기술을 개발했다고 16일 밝혔다. 전 세계가 기후위기와 탄소배출 저감에 주목하는 상황에서 이산화탄소를 화학 연료와 화합물 등 자원으로 전환하는 기술 개발이 절실한 시점이다.



기존의 이산화탄소 전환 기술은 높은 에너지 소비에 비해 효율이 낮아 상용화가 어려웠다. 특히 단원자 촉매(SACs)는 합성이 복잡하고, 금속산화물 지지체와의 결합 안정성 유지가 어려워 성능이 떨어졌다.

연구팀은 이런 한계를 극복하고자 단일 및 이중 단원자 촉매 기술을 개발했다. 이중 단원자 촉매(DSACs)는 금속 간 전자 상호작용을 활용해 기존보다 50% 이상 높은 전환율을 달성했다. 또한 금속산화물 지지체 내 산소 공공과 결함 구조를 정밀 제어해 이산화탄소 전환 반응의 효율과 선택성을 획기적으로 높였다.

[창원=뉴시스]이중 단원자 촉매의 시너지 작용을 통한 이산화탄소 전환 반응 향상 효과 모식도.(자료=한국재료연구원 제공)2025.01.16. photo@newsis.com

[창원=뉴시스]이중 단원자 촉매의 시너지 작용을 통한 이산화탄소 전환 반응 향상 효과 모식도.(자료=한국재료연구원 제공)2025.01.16. photo@newsis.com

특히 에어로졸 분무 열분해법을 적용해 간단한 공정으로 촉매를 합성하고 대량 생산 가능성도 확보했다. 이는 액체 상태의 재료를 에어로졸로 만든 후 뜨거운 챔버에 보내 촉매를 완성하는 방식으로, 금속 원자를 균일하게 분산시키고 결함 구조를 정밀하게 조절할 수 있다.



연구책임자인 박다희 선임연구원은 "개발한 기술은 이산화탄소 전환 촉매의 성능을 획기적으로 향상하는 동시에 간단한 공정을 통해 상용화를 가능하게 한 중요한 성과"라며, "탄소중립 실현을 위한 핵심 기술로 활용될 수 있을 것"이라고 밝혔다.

KAIST 박정영 교수는 "이번 연구는 새로운 종류의 단원자 촉매를 상대적으로 쉽게 합성할 수 있어 다양한 화학 반응에 활용할 수 있다"며 "온실가스로 인한 지구온난화 문제 해결에 중요한 단초를 제공할 것"이라고 강조했다.

[창원=뉴시스]에어로졸 분무 열분해 합성 공정을 통한 단원자 및 이중 단원자 촉매 합성 모식도.(자료=한국재료연구원 제공) 2025.01.16.photo@newsis.com

[창원=뉴시스]에어로졸 분무 열분해 합성 공정을 통한 단원자 및 이중 단원자 촉매 합성 모식도.(자료=한국재료연구원 제공) 2025.01.16.photo@newsis.com

이번 연구는 과학기술정보통신부, 산업통상자원부, 국가과학기술연구회의 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 국제학술지 '어플라이드 카탈러시스 B: 인바이런멘탈 앤 에너지'에 게재됐다.


◎공감언론 뉴시스 hjm@newsis.com

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