김웅 고려대 신소재공학부 교수 연구팀, 이산화탄소를 삼차 뷰틸 알코올로 전환하는 고효율 촉매 개발
김웅 고려대 신소재공학부 교수 연구팀, 이산화탄소를 삼차 뷰틸 알코올로 전환하는 고효율 촉매 개발
  • 복현명
  • 승인 2023.06.21 10:27
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김웅(오른쪽) 고려대학교 공과대학 신소재공학부 교수와 김명근 박사, 박진우 박사, 최영조 박사과정생. 사진=고려대.
김웅(오른쪽) 고려대학교 공과대학 신소재공학부 교수와 김명근 박사, 박진우 박사, 최영조 박사과정생. 사진=고려대.

[스마트경제=복현명 기자] 김웅 고려대학교 공과대학 신소재공학부 교수 연구팀이 한국과학기술연구(KIST), 인하대 연구팀과 협력 연구를 통해 대표적 온실가스인 이산화탄소를 화장품 원료로 쓰이는 삼차 뷰틸 알코올로 전환하는 촉매를 개발했다. 

연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘Advanced Energy Materials’(IF : 29.698) 6월호(Inside Front Cover)에 게재됐다.

전기화학적 이산화탄소 환원은 전기에너지를 이용해 이산화탄소를 고부가가치 화합물로 전환하는 차세대 기술이다. 

대기 중 온실가스의 농도를 낮출 뿐 아니라 이산화탄소를 고부가가치 화학 원료 형태로 변환할 수 있기에 기후 변화에 대응하는 핵심기술로 여겨진다. 이산화탄소는 안정한 구조를 이루고 있기에, 전환 반응을 일으키기 위해서는 촉매가 필요하다. 

하지만 현재까지 개발된 대부분 촉매를 이용해 CO₂를 전환할 경우 비교적 단순한 구조를 갖는 일산화탄소(CO), 개미산(HCOOH), 메탄올(CH₃OH)등 탄소 한 개를 포함하는 분자는 형성할 수 있지만 삼차 뷰틸 알코올 처럼 탄소를 4개이상 포함하는 다탄소 화합물 형성은 매우 어렵다고 알려져 있다. 

그러므로 이산화탄소를 다양한 화학 원료 형태로 전환하기 위해서는 신소재 개발이 필요한 상황이다.

고려대 연구팀은 구리-이리듐 합금 촉매 나노 입자 형태로 합성하는데 성공했고 이산화탄소를 삼차 뷰틸 알코올로 효율적으로 전환하는 데에 성공했다. 현재까지 다탄소 생성물의 전환 효율(Faradaic efficiency)이 1% 이하인 반면 연구팀은 약 15%의 효율로 이산화탄소를 삼차 뷰틸 알코올로 전환했다. 

삼차 뷰틸 알코올은 화장품의 핵심 원료로써 용제 또는 향료 담체의 역할을 한다. 연구팀이 개발한 나노 입자 촉매는 표면에 이리듐이 많이 존재하고 중심부에는 구리가 많이 존재하는 조성 구배(composition gradient)를 보인다. 

연구팀은 다탄소 화합물로 전환하는 과정에서 이리듐의 존재가 중요하다는 사실을 다양한 실험과 계산 과학을 통해 입증했다. 

이번 연구는 국가과학기술연구회 창의형 융합연구사업, 한국에너지기술평가원 신재생에너지기술개발사업, 고려대 교내연구교원 지원사업의 지원을 받아 한국과학기술연구원(KIST), 인하대 연구팀과 공동으로 수행됐다.

 

 

복현명 기자 hmbok@dailysmart.co.kr


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