[로이슈 전여송 기자] 한국연구재단은 포항공과대학교 최창혁 교수, 고려대학교 김세호 교수, 경희대학교 신혜영 교수 공동 연구팀이 구리 촉매 내부에 유입된 나트륨 이온이 이산화탄소 환원 반응의 활성 부위를 안정화해 촉매 성능을 높이는 원리를 규명했다고 7일 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 나노미래소재원천기술개발사업 등의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 촉매 분야 국제학술지 '네이처 카탈리시스(Nature Catalysis)'에 지난 6일 게재됐다.

이산화탄소 환원 기술은 온실가스인 이산화탄소를 전기를 이용해 일산화탄소와 에틸렌 등 기초 산업원료로 전환하는 기술이다. 산화물 유래 구리 촉매는 높은 반응성을 갖지만 반응 과정에서 구조와 조성이 변화해 성능 향상 원인을 규명하기 어려웠다.

연구팀은 촉매 자체뿐 아니라 전해질 이온의 역할을 분석한 결과, 촉매 내부에 유입된 전해질 유래 나트륨 이온이 촉매의 활성 부위를 안정화해 이산화탄소 환원 성능을 높인다는 사실을 확인했다.

연구팀은 극저온 원자탐침단층촬영 기법을 활용해 산화구리 환원 과정에서 전해질의 나트륨 이온이 촉매 내부 나노 수준 결함에 포획되는 현상을 관찰했다. 나트륨 이온은 촉매 표면뿐 아니라 내부 수십 나노미터 깊이까지 존재하는 것으로 나타났다.

또 실시간 라만 분광분석을 통해 나트륨 이온이 이산화탄소 환원 반응의 핵심 활성종인 1가 구리 양이온(Cu⁺)을 더 오래 유지하는 데 기여하는 것으로 분석됐다.

최창혁 포항공과대학교 교수는 "이번 연구는 촉매에 침투한 나트륨 이온이 활성점을 안정화하는 역할을 원자 수준에서 규명한 데 의미가 있다"며 "앞으로 전해질 조성과 촉매 내부 미세구조의 관계를 규명해 수전해와 질소환원 등 다양한 전기촉매 시스템으로 연구를 확장할 계획"이라고 말했다.

전여송 로이슈(lawissue) 기자 arrive71@lawissue.co.kr