이산화탄소를 원료로 바꾸는 촉매 나왔다…화학연, CO 전환 기술 성과 작성일 03-08 8 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">구리-니켈 이중 원자 구조 설계<br>고온 반응서 촉매 소결·성능 저하 문제 해결<br>CO₂ 자원화 핵심 기술, 공정 상용화 기대</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="bSFblJsAwi"> <p contents-hash="cd97bea42e387412d1ac159c8bb768e1aa2766bdee3f3b7f4b6ec6915506566c" dmcf-pid="Kv3KSiOcmJ" dmcf-ptype="general"> [이데일리 이소현 기자] 한국화학연구원은 김현탁 박사 연구팀이 김영진 경북대학교 교수, 이근식 UNIST 교수, 김상준 충남대학교 교수 연구팀과 함께 이산화탄소(CO₂)를 산업 원료인 일산화탄소(CO)로 전환하는 고성능 촉매를 개발했다고 8일 밝혔다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="386745433c04690a84353692ca076c09c3814d76e9ed81653517780fde008756" dmcf-pid="9Xq6HjTssd" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="공동연구팀 사진 (중앙 왼쪽부터 시계 방향으로) (교신저자) 화학연 김현탁 박사, 경북대 김영진 교수, UNIST 이근식 교수, 충남대 김상준 교수, (1저자) 화학연 김경민 연구원, UNIST 문진홍 연구원.(사진=한국화학연구원" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/08/Edaily/20260308120408332yiof.jpg" data-org-width="670" dmcf-mid="7ypDfGb0rg" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/08/Edaily/20260308120408332yiof.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 공동연구팀 사진 (중앙 왼쪽부터 시계 방향으로) (교신저자) 화학연 김현탁 박사, 경북대 김영진 교수, UNIST 이근식 교수, 충남대 김상준 교수, (1저자) 화학연 김경민 연구원, UNIST 문진홍 연구원.(사진=한국화학연구원 </figcaption> </figure> <div contents-hash="a75623c11133889f8fb1053846c74e1c38d1b37c50da34c08206d63d9aed9927" dmcf-pid="2ZBPXAyOIe" dmcf-ptype="general"> 이번 연구는 금속을 덩어리 형태의 입자가 아니라 원자 단위로 정밀 설계한 ‘이중 원자 촉매’를 적용해 고온 열화학 반응에서도 안정적으로 CO₂를 CO로 전환할 수 있도록 한 것이 특징이다. </div> <p contents-hash="883a9966a84ee1953d167db4e0628721eda3229663f656652d794139c33796dd" dmcf-pid="V5bQZcWIDR" dmcf-ptype="general">CO₂를 CO로 바꾸는 기술은 합성연료와 화학제품 생산의 핵심 공정으로 주목받고 있다. 그러나 CO₂는 화학적으로 매우 안정적인 분자여서 반응을 위해 500~600℃ 이상의 고온이 필요하며, 이 과정에서 촉매 성능이 빠르게 저하되는 문제가 있었다.</p> <p contents-hash="f12e9f092c594d09c8f5b782becd81f9c512ceabffaab62cfcc64797850dfdb4" dmcf-pid="f1Kx5kYCOM" dmcf-ptype="general">기존 촉매는 니켈(Ni), 구리(Cu), 백금(Pt) 등 금속 나노입자를 사용하는 방식이 일반적이다. 하지만 고온 장시간 운전 과정에서 금속 입자가 서로 뭉치는 ‘소결’ 현상이 발생해 활성점이 줄어들고 성능이 떨어지는 한계가 있었다.</p> <p contents-hash="a30bb7d3769758afb363f346b5497f4787ad69e3b90b49a5220d2c5671b95799" dmcf-pid="4t9M1EGhmx" dmcf-ptype="general">이를 보완하기 위해 금속을 단일 원자 형태로 고정하는 연구도 진행돼 왔지만, 고온 환경에서는 금속 원자가 이동하거나 응집해 성능이 흔들리는 문제가 남아 있었다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="0c9364c1eecbbc0c0579014ab2c2f442c898a2a240dfaddc2509607abaa9459c" dmcf-pid="8F2RtDHlwQ" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="이산화탄소(CO2) 일산화탄소(CO) 전환 및 생활용품 활용 예시(사진=한국화학연구원)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/08/Edaily/20260308120409621rmcd.jpg" data-org-width="670" dmcf-mid="zS6Yoqd8ro" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/08/Edaily/20260308120409621rmcd.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 이산화탄소(CO2) 일산화탄소(CO) 전환 및 생활용품 활용 예시(사진=한국화학연구원) </figcaption> </figure> <div contents-hash="09cccc3810ee9cabcc34e71d25154de643e250a9dc2d98fe64524aa8f676cbf7" dmcf-pid="63VeFwXSDP" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 이러한 한계를 해결하기 위해 질소가 도핑된 탄소 구조 안에 구리와 니켈 두 금속 원자를 원자쌍 형태로 고정한 이중 원자 촉매(Cu–Ni DAC) 구조를 설계했다. 이 구조는 CO₂를 빠르게 활성화하고 생성된 CO를 즉시 분리시키는 동시에 메탄(CH₄) 생성 반응은 억제하는 역할을 한다. </div> <p contents-hash="26075f4f22166abdbdc8343dd0db3246650dac150cb4ba2320e2119666582b12" dmcf-pid="P0fd3rZvw6" dmcf-ptype="general">또 금속 원자가 탄소 구조에 단단히 고정돼 있어 고온 환경에서도 위치가 바뀌지 않아 촉매 성능을 장시간 유지할 수 있다는 설명이다.</p> <p contents-hash="381ab267d2b846847e40c7a7415fb67146bdffcd39d7c699a4473fb24ad4f47c" dmcf-pid="Qp4J0m5TO8" dmcf-ptype="general">합성 공정도 단순화했다. 진공 증착(ALD·CVD) 같은 고가 장비 대신 용액 기반 혼합·건조·열처리 방식을 적용해 제조 공정을 단순화했으며, 동일 조건에서 원료 투입량을 늘려 13~15g 규모 촉매를 반복적으로 생산하는 데 성공했다. 이는 기존 원자 촉매가 mg 단위 소량 합성에 머물렀던 한계를 넘어선 성과다.</p> <p contents-hash="c04e73263eff8a154af5e9f3bb0237bdc369855b7956a280a3d4c23277417464" dmcf-pid="xU8ips1yr4" dmcf-ptype="general">실험 결과 개발된 촉매는 300~600℃ 범위에서 CO 선택도 약 100%를 유지했으며, 메탄 등 불순물 생성 없이 안정적인 반응을 보였다. 또 온도를 반복적으로 변화시키는 가혹 조건에서도 100시간 이상 운전 후에도 성능이 유지됐다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="b4ff482bc31a12543ac71dfb961c56d88f13ebe55ed6018ee44d97439f1496ac" dmcf-pid="y6gr8X9UDf" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="이중원자 촉매 대규모 합성 가능성 제시(사진=한국화학연구원)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/08/Edaily/20260308120410927lcfk.jpg" data-org-width="670" dmcf-mid="qMqOQ1fzOL" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/08/Edaily/20260308120410927lcfk.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 이중원자 촉매 대규모 합성 가능성 제시(사진=한국화학연구원) </figcaption> </figure> <div contents-hash="e7bf9b8ea00ca4d91047f1e6c7d4e53988baa7861465338698bd6dc000245c84" dmcf-pid="WPam6Z2uEV" dmcf-ptype="general"> CO₂를 CO로 전환하는 반응인 역 수성가스 전환 반응(RWGS)은 열역학적 한계로 인해 전환율이 일정 수준 이상 증가하기 어렵다. 이번 촉매는 600℃ 조건에서 이론적 한계인 66%에 근접한 64% 전환율을 기록했다. </div> <p contents-hash="d022dc80ad8ae9b18db8e948ecc4ab28d623d20c1428c49019eae96e976e6e85" dmcf-pid="YQNsP5V7s2" dmcf-ptype="general">연구진은 이번 성과가 CO₂를 합성가스로 전환해 메탄올, 합성연료, 플라스틱 등 다양한 화학제품 생산으로 이어지는 CO₂ 자원화 밸류체인의 핵심 공정인 RWGS 기술의 상용화 가능성을 높일 것으로 기대하고 있다.</p> <p contents-hash="546c9b5782e16e8f7be7c36fa43c52385be199459f7a5a5f4c67beceaa79faff" dmcf-pid="GxjOQ1fzE9" dmcf-ptype="general">김현탁 박사는 “Cu–Ni 이중 원자 구조를 정밀 설계해 고온 열화학 조건에서도 CO₂를 선택적으로 CO로 전환하면서 반복 운전에서도 원자 분산 구조가 유지됨을 입증했다”고 말했다.</p> <p contents-hash="7364b5dc123e54c3f27d7343d8f16d19a60a493869319af69f940fd5c438fe58" dmcf-pid="HMAIxt4qrK" dmcf-ptype="general">이영국 한국화학연구원 원장은 “이번 연구는 원자 촉매의 안정성 한계를 극복하고 대량 합성 가능성을 보여준 성과로 국내 탄소중립 기술 경쟁력 강화에 기여할 것으로 기대한다”고 밝혔다.</p> <p contents-hash="68f0ad5d48b2ae94615bed5fd1283772d0e26dbe297fbd696546012a3f7bea26" dmcf-pid="XRcCMF8BOb" dmcf-ptype="general">이번 연구 결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 2025년 11월 게재됐다. 김경민 한국화학연구원 학생연구원과 문진홍 UNIST 학생연구원이 공동 제1저자로 참여했으며 김현탁 박사, 김영진 교수, 이근식 교수, 김상준 교수가 교신저자로 참여했다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="8f533c3d1816c20a69fb233e0a243113e1e88450409f915248a3b1b13a58f028" dmcf-pid="ZekhR36bEB" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="이중원자 촉매 합성 공정 모식도(사진=한국화학연구원)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/08/Edaily/20260308120412208rdie.jpg" data-org-width="670" dmcf-mid="BJDSdpQ9Dn" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/08/Edaily/20260308120412208rdie.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 이중원자 촉매 합성 공정 모식도(사진=한국화학연구원) </figcaption> </figure> <p contents-hash="9dcbfbc176a7189dc3b1088a96485cbc016e8cd642c830ff8b86ccf988f2f0c6" dmcf-pid="5dEle0PKOq" dmcf-ptype="general">이소현 (atoz@edaily.co.kr) </p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 이데일리. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 KAIST, ‘알파폴드 한계’ 넘는 신약개발 AI…약물 실제 작동까지 예측 03-08 다음 강남, 연극반 선생님 됐다…예능감 폭주에 연극반 초토화 [방과후 태리쌤] 03-08 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
