□ 효과적인 이산화탄소 전환을 위한 촉매 소재 실마리가 나왔다.

∘ 지스트(광주과학기술원, 총장 김기선) 신소재공학부 최창혁 교수, 화학과 서지원 교수, 김형준 교수(한국과학기술원) 공동 연구팀은 고성능 이산화탄소 촉매 소재 설계기술을 개발했다.

□ 이산화탄소 전환은 이산화탄소와 물의 반응으로 고부가가치 화합물을 생산하는 기술로 실용화를 위한 연구가 활발하다. 이 중 효율적인 촉매의 개발은 탄소중립정책의 성공을 좌우할 중요한 요소로 꼽힌다.

∘ 원자수준에서 배열된 전이금속* 촉매는 효율적으로 이산화탄소 전환을 할 수 있다는 점에서 주목받고 있다.

* 전이금속 : 주기율표상에 위치하는 4~7주기, 3~11족의 금속원소.

∘ 하지만 다양한 구조가 섞여 있는 탓에 활성점 파악과 같은 촉매에 대한 이해가 부족하다. 실용화가 가능한 고성능 촉매 개발을 위해 촉매의 활성점* 규명과 합리적인 활성점의 설계가 관건이다.

* 활성점 : 촉매 표면에서 반응물질이 촉매 작용을 받는 부위.

□ 연구팀은 전기화학적 방식의 이산화탄소 전환에 뛰어난 단원자 전이금속 촉매*의 활성점을 도출하고자 원자수준에서 정확하게 제어된 구조체를 도입하였다.

* 단원자 전이금속 촉매 : 촉매의 활성점이 금속원자 한 개로 구성된 촉매를 지칭함. 단원자 촉매는 금속 촉매에 필적하는 성능을 보이며, 상대적으로 저렴한 전이금속을 소량 사용함으로써 촉매생산에 필요한 비용을 절감할 수 있음.

∘ 대칭적인 구조와 대칭이 깨어진 구조 두 가지를 합성하고, 다양한 전기화학 및 분광학적 접근과 계산화학을 통해 대칭이 깨어진 구조에서 이산화탄소 전환이 효율적으로 이뤄지는 것을 확인하였다. 대칭이 깨어진 구조가 반응중간체* 생성을 유리하게 하여 촉매의 성능을 높인 것이다.

* 반응 중간체 : 화학반응에서 반응물이 생성물로 전환되는 과정에서 생성되는 물질.

□ 활성점 주변의 원자 수준에서 뒤틀린 대칭성이 고성능 이산화탄소 전환에 핵심 요소임을 밝힌 이번 연구결과가 고성능 이산화탄소 전환 촉매 개발에 도움이 될 것으로 기대된다.

□ 과학기술정보통신부·한국연구재단이 추진하는 미래소재디스커버리, 개인기초연구 사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 화학분야 국제학술지 ‘미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)’에 1월 7일 게재되었다.