“이산화탄소→일산화탄소 전환” 불순물없이…화학硏, 촉매 ‘내구성’ 한계 해결 작성일 03-08 28 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">- 금속을 원자 단위로 정밀 설계, 10g 규모 대량 합성 성공</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="2MfBhdmj5I"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="be0c31fdab77583ad5aae2e2bf4a0e7ea76914372c4e136b874b33569355f51f" dmcf-pid="VR4blJsAGO" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="이번 연구를 수행한 공동연구진. 김현탁(가운데 왼쪽부터 시계 방향) 화학연 박사, 김영진 경북대 교수, 이근식 UNIST 교수, 김상준 충남대 교수, 김경민 화학연 연구원, 문진흥 UNIST 연구원.[한국화학연구원 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/08/ned/20260308120210799ksuc.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="KGp5A2oMZh" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/08/ned/20260308120210799ksuc.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 이번 연구를 수행한 공동연구진. 김현탁(가운데 왼쪽부터 시계 방향) 화학연 박사, 김영진 경북대 교수, 이근식 UNIST 교수, 김상준 충남대 교수, 김경민 화학연 연구원, 문진흥 UNIST 연구원.[한국화학연구원 제공] </figcaption> </figure> <p contents-hash="ce1c2ac7b54e75cd6482d800ff2857b7101638087d88ab13faa9f4486388bffd" dmcf-pid="fe8KSiOcts" dmcf-ptype="general">[헤럴드경제=구본혁 기자] 이산화탄소(CO₂)를 산업 원료인 일산화탄소(CO)로 전환하는 기술은 합성연료·화학제품 생산의 핵심 공정으로 주목받고 있다. 하지만 CO₂는 화학적으로 매우 안정적인 분자이기 때문에 500~600℃ 이상의 고온이 필요하며, 반응 과정 중 촉매 성능이 쉽게 저하되는 문제가 있었다.</p> <p contents-hash="329579e5f6af195b0669f6eb47aadda99b59f1a28d63be5fee8274e725dbda2b" dmcf-pid="4d69vnIkYm" dmcf-ptype="general">한국화학연구원 김현탁 박사팀은 경북대학교 김영진 교수, UNIST(울산과학기술원) 이근식 교수, 충남대학교 김상준 교수와 함께 금속을 ‘덩어리’가 아닌 ‘원자 단위’로 정밀 설계한 이중 원자 촉매를 개발, 고온 열화학 반응에서도 안정적으로 CO₂를 CO로 전환하는 데 성공했다.</p> <p contents-hash="706145bdb942ba6aaf4833c88b72d4a2fcbb0b9e5999cbb22ccb80b73ca25fd7" dmcf-pid="8mALuIFYYr" dmcf-ptype="general">기존 CO₂ 전환 촉매는 니켈(Ni), 구리(Cu), 백금(Pt) 등 금속 나노입자를 주로 사용한다. 금속이 많아질수록 비용도 늘고, 고온 장시간 운전에서 소결(금속 입자 뭉침) 현상으로 활성점이 줄어 성능이 떨어지기 쉽다.</p> <p contents-hash="1299fd23022babcb531cd3f654d21e2f32ef76bfacaa10c349ed00634dee0b53" dmcf-pid="6sco7C3GXw" dmcf-ptype="general">보완책으로 금속을 탄소 기반 틀에 단일 원자(SAC)로 고정하는 연구도 확대됐지만, 열적·구조적 스트레스 조건에서 금속 원자가 이동, 응집하거나(결과적으로 소결) 성능이 흔들리는 문제가 남아 있었다.</p> <p contents-hash="c39982582fb5bffd45cdaaf1d5d74191632b04bd7f3bd9cb54708d09f4bf4b7a" dmcf-pid="POkgzh0HtD" dmcf-ptype="general">연구팀은 촉매에 금속을 원자 단위로 정밀 분산해 사용량을 극소화했다. 같은 성능을 내면서도 금속 투입량이 매우 적어 훨씬 경제적이다. 성능 저하 문제는 질소가 도핑된 탄소 구조 안에 두 금속 원자(Cu–Ni)를 원자쌍 형태(N₂Cu–N₂–NiN₂)로 고정하는 합성법으로 해결했다.</p> <p contents-hash="2c3ca603f34c21922bfb82bc3349af9357aed8b34b55198cc98bdb3cad12e549" dmcf-pid="QIEaqlpXtE" dmcf-ptype="general">이 구조는 CO₂를 빠르게 활성화하고, 생성된 CO는 바로 분리시키며, 불필요한 메탄(CH₄) 생성 반응은 억제한다. 단단히 고정된 원자는 고온에서도 위치가 뒤바뀌지 않아 반응 성능을 오래 유지할 수 있다.</p> <p contents-hash="0fb83022b1303682b4f4fa0a8eba7f408557d906e1db4c77a4b57de8d9af052d" dmcf-pid="xCDNBSUZXk" dmcf-ptype="general">합성 공정도 진공 증착(ALD/CVD) 같은 고가 장비 의존도를 낮추고, 용액 기반 혼합-건조-열처리로 구현되는 합성 전략으로 단순화했다. 동일 조건에서 원료 투입만 늘려도 13–15g 규모의 이중 원자 촉매 (CuNi-DAC)를 반복 제조할 수 있어, 대량 생산 가능성을 보여주었다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="6bed04fc10d08fdabb1b0a473badd8cc3b9d206d3c72db6f06b160bef6c50429" dmcf-pid="yfq0w6Ai1c" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="이산화탄소(CO2) – 일산화탄소(CO) 전환 및 생활용품 활용 예시.[한국화학연구원 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/08/ned/20260308120211062utlq.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="9mOEVYB3YC" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/08/ned/20260308120211062utlq.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 이산화탄소(CO2) – 일산화탄소(CO) 전환 및 생활용품 활용 예시.[한국화학연구원 제공] </figcaption> </figure> <p contents-hash="a309a1d11f59af88b2c7d445476447678cac6565c7462f66357327f652407ba5" dmcf-pid="W4BprPcn5A" dmcf-ptype="general">실험 결과, 개발 촉매는 300~600℃ 범위에서 메탄(CH4) 같은 불순물 없이 CO가 거의 100% 선택적으로 생성됐다. 또한 온도를 올렸다 내리는 가혹 조건 등에서 100시간 이상 운전 후에도 성능을 유지했다. 한편, CO₂를 CO로 바꾸는 RWGS 반응은 열역학적(평형) 한계가 있어 600℃에서도 전환율이 무한정 올라가지 않는다. 이번 촉매는 실험 조건에서 이론적 한계(66%)에 근접한 64%의 전환율을 보였다.</p> <p contents-hash="4ba27605c34e6f065da73c620b82eb1c425ef9338b6a99723bcbe2f89ce5a3b4" dmcf-pid="Y8bUmQkLYj" dmcf-ptype="general">이번 성과는 RWGS(역 수성가스전환) 공정의 핵심 촉매 후보로 기대된다. RWGS는 CO₂를 CO로 전환해 합성가스를 만들고, 이후 메탄올, 합성연료, 플라스틱, 화학원료 등 다양한 공정으로 연결되는 CO₂ 자원화 밸류체인의 관문 공정이다. 상용 RWGS 공정에서는 금속 나노입자 기반 촉매 활용 사례가 있으나, 고온 장시간 운전 시 입자 뭉침 또는 메탄 생성이 동반될 수 있다. 이번 촉매는 이런 한계를 완화해 기존 촉매의 보완 및 고도화 가능성을 제시한다.</p> <p contents-hash="f6f7c23cd3237f7f7caeb095f07bc061fd8d001b12d185fed004b42849f7f3ff" dmcf-pid="G6KusxEoGN" dmcf-ptype="general">김현탁 박사는 “Cu-Ni 이중 원자 구조를 정밀 설계해 고온 열화학 조건에서도 CO₂를 선택적으로 CO로 전환하면서, 반복 운전에서도 원자 분산 구조를 유지함을 입증했다”고 설명했다. 이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 게재됐다.</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 헤럴드경제. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 강남, 연극반 선생님 됐다…예능감 폭주에 연극반 초토화 [방과후 태리쌤] 03-08 다음 CO₂를 CO로 바꾸는 '원자쌍 촉매'…고온 안정성·대량 합성 가능성 제시[과학을읽다] 03-08 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
