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[더파워뉴스]이산화탄소를 일산화탄소로 바꾸는 '주석 촉매' 개발돼

UNIST-KAIST 공동연구성과

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중공사 전극일체형 촉매의 이미지 (A) 촉매(전극) 가닥 (B) 촉매의 확대 이미지[사진제공=KAIST]
[더파워 심우성 기자]


지구온난화의 주범으로 꼽히는 이산화탄소(CO₂)를 일산화탄소(CO)로 바꾸는 주석 촉매를 국내연구진이 개발했다.

권영국 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 교수팀은 20일, 강석태·김형준 한국과학기술원(KAIST) 교수팀과 공동으로 저렴한 주석(Sn)과 탄소 지지체 기반의 일체형 촉매(전극)를 개발했다고 밝혔다.

KAIST에 따르면, 주석은 일산화탄소를 생산하는 금·은 기반 촉매보다 저렴하다는 장점이 있다.

하지만 주석을 이산화탄소 변환 반응에 쓰면 일산화탄소보다 포름산(formic acid)이 더 많이 생긴다. 일산화탄소를 만드는 반응 선택성이 높지 않은 것이다

공동 연구진은 탄소나노튜브를 함께 써 주석으로 일산화탄소만 골라 만들 수 있는 촉매를 개발했다. 나노(nm, 10-9) 미터 크기의 주석 입자가 탄소나노튜브 탄노나노튜브: 탄소 원자가 6각형 벌집 구조를 이루는 그래핀이 원통 형태로 말린 구조를 갖는 물질. 전자의 움직임을 나타내는 전기전도도가 매우 우수하다.

표면에 붙으면 전기장의 변화로 일산화탄소가 생기는 반응이 촉진된다. 주석 입자 주변의 전기장 변화로 반응물인 이산화탄소가 주석 입자 표면에 더 잘 달라붙기 때문이다.

반면 포름산을 만드는 반응은 탄소나노튜브가 유발하는 전기장 변화에 영향을 받지 않는다. 포름산 생성 반응과 일산화탄소 생성 반응은 경쟁관계에 있기 때문에, 개발된 촉매를 쓰면 일산화탄소는 많이 만들고 포름산 생성은 억제 할 수 있다.

특히 이번에 개발된 지지체 일체형 촉매는 마치 도자기를 만들 듯 굽는 방식 방식으로 쉽게 제조할 수 있다.

탄소나노튜브, 주석 나노입자, 고분자로 이뤄진 반액체 상태(Sol, 졸) 혼합물을 가운데가 빈 원통(중공사 구조) 형태의 전극으로 만든 뒤 이를 고온에서 굳히는(소결) 방식이다.

가운데가 뚫려 있는 구조라 반응물인 이산화탄소 기체의 확산이 원활하다는 장점도 있다. 또 주석입자와 지지체인 탄소나노튜브가 소결 반응으로 단단히 결합돼있어 주석이 전극 표면에서 벗겨지는 문제도 해결했다.

권영국 교수는 “주석 촉매는 포름산 생성을 촉진 한다는 것이 50년 이상 된 중론이었는데, 전극 전기장을 조절해 이러한 상식을 뒤집었다”며 “이산화탄소 변환 반응 촉매 디자인에 전기장을 어떻게 활용 할 수 있는지를 최초로 증명한 연구라 뜻깊다”고 설명했다.

심우성 기자 woosungshim@naver.com
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