학계 정설 뒤집고 이산화탄소로 수소 저장체 만든다 [언박싱 연구실] 작성일 06-16 42 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true"><45> 고려대 백서인 교수팀<br>세계 최초 산소 대신 '탄소'와 결합해 포름산 변신<br>컴퓨터 시뮬레이션으로 예측해 실제 실험으로 증명<br>비스무트 촉매, 포름산 전환 효율 90.6% 달성</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="pWK8X55TAR"> <div contents-hash="be71de2764be0ddea0e868c5962810165a5143200abc9a87b3d2b4d81b7c525b" dmcf-pid="UY96Z11yAM" dmcf-ptype="general"> <div data-mce-desctitle="acdesc"> <strong>택배 상자를 열 때의 설렘, 기억하시나요? 대학 연구실에서는 지금 이 순간에도 우리 삶을 바꿀 놀라운 발견들이 쏟아지고 있습니다. 다만 '논문'이라는 두꺼운 포장지에 쌓여있을 뿐이죠. '언박싱 연구실'에서는 복잡한 수식과 이론 대신, 여러분이 알고 싶은 알맹이만 쏙 골라 담겠습니다. 자, 그럼 상자를 열어볼까요? 오늘 언박싱할 주인공은 바로 이 연구입니다.</strong> </div> </div> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="d6d6e0c73787b3e02ab3d7c22dbc98c4de25eb4e8dc6dc24d87441fc4bfdc7d6" dmcf-pid="uG2P5ttWkx" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="이산화탄소 분자들이 촉매와 결합하는 과정을 보여주며, 학계의 새로운 발견을 상징하는 역동적인 반전 효과를 시각화했다. (그래픽=제미나이 생성)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/16/fnnewsi/20260616055724935cxtj.png" data-org-width="800" dmcf-mid="0y4MF00Hce" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/16/fnnewsi/20260616055724935cxtj.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 이산화탄소 분자들이 촉매와 결합하는 과정을 보여주며, 학계의 새로운 발견을 상징하는 역동적인 반전 효과를 시각화했다. (그래픽=제미나이 생성) </figcaption> </figure> <div contents-hash="536c1f9138aab99d5805220e502478a8265eb4f964db76bae13ea17604e0ba22" dmcf-pid="7QwCeJJ6oQ" dmcf-ptype="general"> [파이낸셜뉴스] 고려대학교 백서인 교수 연구팀이 온실가스인 이산화탄소를 차세대 친환경 수소 저장체로 꼽히는 '포름산'으로 전환하는 원자 수준의 반응 원리를 밝혀냈다. 그동안 산소 결합을 거쳐 포름산이 만들어진다는 학계의 지배적인 통념을 깨고, 실제로는 탄소 결합형 중간체(이하 탄소 중간체)가 핵심 경로로 작용해 포름산 전환을 주도한다는 사실을 세계 최초로 밝혀냈다. </div> <p contents-hash="26d0789905208aa9ebba0d966c8cd358652c46c35911f60115bf0e71de8faed8" dmcf-pid="zxrhdiiPNP" dmcf-ptype="general">이번 연구는 고려대 백서인 교수팀이 주도하고 서강대, 중국 푸단대 연구팀이 공동으로 참여했다. 연구 성과는 세계적인 화학 분야 최고 학술지인 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)' 온라인판에 게재됐다. </p> <div contents-hash="107ec9b23f289ddb94d897de5d50ba74af17cc1048589179bd397db00e2c655a" dmcf-pid="qMmlJnnQk6" dmcf-ptype="general"> <div data-mce-desctitle="smtitle"> <strong>■ 친환경 수소 경제의 핵심 도구</strong> </div> <br>전기화학적 이산화탄소 환원 기술은 대기 중 온실가스를 고부가가치 화합물로 바꾸어 탄소 중립을 실현하는 차세대 핵심 기술이다. 이 중에서도 포름산은 에너지 밀도가 높고 다루기 쉬워 미래 청정 에너지인 수소를 안전하게 보관·운송할 수 있는 '수소 저장체'로 큰 주목을 받고 있다. </div> <p contents-hash="fee80a0b33dedae2d0ba26c21a8298141662e53be4f9d59c542998afdd555945" dmcf-pid="BRsSiLLxk8" dmcf-ptype="general">친환경 연료를 만드는 재료로 주목받는 비스무트 금속은 이 포름산을 가장 효율적으로 만들어내는 촉매(화학 반응을 도와주는 물질)이지만, 그동안 원자 수준에서 어떤 정밀한 화학 반응을 거치는지 명확히 알지 못해 촉매 설계에 한계가 있었다. 이번 연구는 포름산 생성 효율을 극대화할 수 있는 정확한 방향을 제시함으로써, 향후 고성능 촉매를 설계하는 길잡이로 활용될 전망이다. </p> <div contents-hash="f2d95d00a26a433f0e25da0e22f9f054ad812d8778a127a29d8d30037856bfcf" dmcf-pid="beOvnooMN4" dmcf-ptype="general"> <div data-mce-desctitle="smtitle"> <strong>■ 분자동역학 컴퓨터 시뮬레이션</strong> </div> <br>그동안 학계에서는 이산화탄소가 촉매 표면에서 '산소 결합형 중간체' 단계를 거쳐 포름산이 된다고 믿어왔다. 기존 연구들은 단순히 정적인 열역학 계산에만 의존했기 때문에 실제 용액 환경을 반영하지 못했다. </div> <p contents-hash="afb1775df2de897ece4c98d2805cd80ac96fbb8fd1b4cb0b44b5bd6376e7976d" dmcf-pid="KdITLggRkf" dmcf-ptype="general">연구팀은 실제 전극 계면(전극과 용액이 맞닿는 경계면) 환경과 전압 효과를 반영하기 위해 물 분자, 액체 속에서 전기를 흐르게 돕는 전해질 성분 등을 통합 고려한 첨단 컴퓨터 기법인 분자동역학(분자들의 실시간 움직임을 정밀 추적하는 시뮬레이션)을 도입했다. 촉매 표면의 실시간 동적 움직임을 300K(켈빈) 온도 환경에서 정밀 추적한 결과, 실제로는 주변 물 분자들의 간섭으로 생긴 소수성(물을 밀어내는 성질) 환경 탓에 산소 결합형 중간체 형성이 강하게 억제된다는 반전의 사실을 찾아냈다. 대신 일산화탄소를 만드는 찌꺼기 경로로 여겨졌던 '탄소 결합형 중간체'가 전압에 따라 안정한 화학 구조를 형성하며 반응을 이끈다는 과정을 정밀하게 알아냈다. </p> <div contents-hash="61f9307dce93fcc6e79f8353d691850f545dacf24756226688c6e25bce34f256" dmcf-pid="9JCyoaaeoV" dmcf-ptype="general"> <div data-mce-desctitle="smtitle"> <strong>■ 실험으로 증명한 탄소 중간체</strong> </div> <br>컴퓨터 가상 실험으로 도출한 이론적 예측은 정밀한 실제 화학 실험을 통해 검증됐다. 연구팀은 전기화학적 환원 공정을 거쳐 미세 구조가 뒤틀린 '산화물을 변형해 만든 비스무트 촉매'를 직접 제조했다. </div> <p contents-hash="d82c6f0807d30815d5bfdd62796a45852b47d78efbf2cf40cfcc09ee40a37a70" dmcf-pid="2ihWgNNdg2" dmcf-ptype="general">이 촉매를 활용해 전압 범위별로 포름산 생성 속도를 측정하는 동시에, 빛을 이용해 눈에 보이지 않는 미세 원자의 종류를 알아내는 실시간 분광 분석을 진행했다. 분석 결과, 컴퓨터 시뮬레이션이 지목했던 탄소 중간체의 고유 진동 신호가 실험 장비에 명확히 포착됐다. 특히 -1.0V 조건에서 비스무트 촉매의 포름산 전환 효율은 최대 90.6%에 달한 반면, 일산화탄소는 6.1% 이하의 미미한 수준에 그쳐 탄소 중간체가 포름산 생성을 결정짓는 핵심 경로임이 확고하게 증명됐다. </p> <div contents-hash="98cea8441a62aee594849fa700777cb50cb34e29d062112d8ec823f93f37940e" dmcf-pid="VnlYajjJg9" dmcf-ptype="general"> <div data-mce-desctitle="smtitle"> <strong>■ 금속 촉매 전반에 광범위 적용</strong> </div> <br>연구팀은 한 걸음 더 나아가 이번에 규명한 메커니즘이 비스무트 뿐만아니라 다른 금속 촉매들에도 적용될 수 있는지 확장 연구를 수행했다. 은, 구리, 인듐 등 대표적인 이산화탄소 환원 촉매들의 원자 표면을 모델링해 탄소 중간체가 포름산과 일산화탄소로 나뉘는 경로를 정량 비교했다. </div> <p contents-hash="d7c22f30c0e3772695a3baa05255efe5e2749cb113e3fc823367ac7ebdd4a6dc" dmcf-pid="fLSGNAAicK" dmcf-ptype="general">분석 결과, 은과 구리는 일산화탄소 생성 능력이 뛰어난 반면, 비스무트와 유사한 계열인 인듐 촉매 표면에서는 탄소 중간체가 포름산으로 바뀔 때의 에너지 장벽이 훨씬 낮게 나타났다. 이는 탄소 중간체의 미세한 원자 결합 길이와 결합 강도 변화에 따라 최종 생성물이 완전히 달라진다는 구조적 예측 인자를 발견한 성과다. 이번 연구 플랫폼은 수소 경제를 앞당길 다양한 촉매 반응을 원자 수준에서 예측하고 설계하는 자산으로 쓰일 예정이다.</p> <p contents-hash="ef43e9d84ee822e24eef8f27ac1195c15b8054a23b0921cb076ce1fd7ebdebe3" dmcf-pid="4ovHjccnAb" dmcf-ptype="general">monarch@fnnews.com 김만기 기자</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 파이낸셜뉴스. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 AI·빅테크가 바꿔놓은 메모리 사이클의 문법… “절벽 대신 완만한 내리막” 06-16 다음 올트먼 방한 취소·미 AI 수출 통제…외산 의존도 높은데 어쩌나 06-16 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
