[비즈니스포스트] 이산화탄소가 구리 단원자 촉매의 전극 표면에서 분해되는 과정을 원자 수준에서 관찰하는 데 국내 연구진이 성과를 냈다.

한국과학기술원(KAIST)은 28일 박정영 화학과 교수 연구팀이 구리 단원자 촉매 전극 표면에서 일어나는 이산화탄소의 전기화학적 환원반응을 원자 수준에서 실시간 관찰해 이산화탄소를 더 효과적으로 분해하는 활성촉매 형성 과정을 관찰하는 데 성공했다고 밝혔다.
 
대표적 온실가스로 꼽히는 이산화탄소를 산업적으로 분해, 활용하기 위해 최근 단원자 전이 금속 촉매가 차세대 촉매로 큰 기대를 모으고 있다.

하지만 아직 화학반응 메커니즘 및 촉매 활성 부위가 명확히 밝혀지지 않아 고성능 촉매를 개발하는 데 어려움을 겪고 있다.

박 교수 연구팀은 전기화학 주사 터널링 현미경(EC-STM) 분석법을 적용해 단원자 구리금속 촉매 표면에서 일어나는 이산화탄소 환원반응을 관찰하고 이때 표면에 형성되는 산화구리 나노 복합체가 주된 반응 활성자리임을 시각적 증거로 처음 제시했다.

연구진은 구리 전극 표면이 이산화탄소 전환과정에서 환원되며 반응 활성도 및 촉매 표면 구조가 달라진다는 점에 착안해 액체와 고체 사이 계면에서 단원자 구리금속 촉매 전극과 반응하는 이산화탄소 분자의 분해 과정을 실시간 원자단위로 포착했다.

박 교수는 “이번 연구로 액체-고체 계면 분석에 난항을 겪고 있는 상황에서 단원자 구리금속 기반 촉매 표면의 이산화탄소 전기환원 반응 현상을 원자수준에서 관찰할 수 있었고 이를 통해 촉매 물질의 활성자리를 결정하고 정밀한 화학반응 경로 설계가 가능하다”며 “이번 기술성과는 앞으로 이산화탄소의 전기화학적 전환 연구 외에도 탄소중립 정책을 위한 다양한 촉매 소재 연구개발에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다. 

기초과학연구원, 한국과학기술연구원(KIST), 한국산업통상자원부 그리고 한국연구재단(NRF)의 지원을 받은 이번 연구성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science IF 17.5)’내부 표지 논문으로 최근 선정됐다. 논문은 11월 29일 자로 온라인에도 게재됐다. 이상호 기자