"불순물인 줄 알았더니 '숨은 조력자'…나트륨 이온, CO₂ 전환 효율 높였다"[과학을읽다] 작성일 07-07 33 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">구리 촉매 내부 침투한 나트륨 이온, 고활성 부위 안정화 원리 규명<br>이산화탄소 자원화 촉매 설계 새 방향 제시…'네이처 카탈리시스' 게재</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="XHUs9VcngA"> <p contents-hash="9873dde1fe5a04b77b532a450643fb67a9532fd74e10a02ce1c3f168075792a0" dmcf-pid="ZXuO2fkLNj" dmcf-ptype="general">온실가스인 이산화탄소(CO₂)를 유용한 화학원료로 바꾸는 전기화학 촉매의 성능을 높이는 새로운 원리가 국내 연구진에 의해 밝혀졌다. 그동안 제거 대상이던 나트륨 이온 불순물이 오히려 촉매 내부에서 핵심 활성점을 안정화하며 이산화탄소 전환 효율을 높인다는 사실을 원자 수준에서 규명한 것이다.</p> <div contents-hash="416331be91ea2799f7cd37da79e9b42a781a9452d404ee74155029633ba7e46e" dmcf-pid="5Z7IV4EojN" dmcf-ptype="general"> <p>한국연구재단은 최창혁 포항공과대학교 교수와 김세호 고려대학교 교수, 신혜영 경희대학교 교수 공동 연구팀이 구리 촉매 내부에 유입된 나트륨 이온이 촉매의 고활성 부위를 안정화해 이산화탄소 환원 성능을 높이는 작동 원리를 규명했다고 7일 밝혔다.</p> </div> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="799cefac698031018a00f4e4730460dff73d1866ee103cf8127c061b07c164b6" dmcf-pid="15zCf8Dgja" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="산화물 유래 구리 촉매에서 나트륨 이온 불순물이 활성 구리종을 안정화하는 원리. 극저온 원자탐침단층촬영으로 확인한 구리 촉매의 3차원 원소 분포(왼쪽)와 작동 원리 모식도. 촉매 내부에 침투한 나트륨 이온이 활성 구리종을 안정화해 이산화탄소를 일산화탄소·에틸렌 등으로 전환하는 반응을 촉진한다. 최창혁 포항공대 교수 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/07/akn/20260707120303320zaiw.jpg" data-org-width="586" dmcf-mid="pI4GeJlwN5" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/07/akn/20260707120303320zaiw.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 산화물 유래 구리 촉매에서 나트륨 이온 불순물이 활성 구리종을 안정화하는 원리. 극저온 원자탐침단층촬영으로 확인한 구리 촉매의 3차원 원소 분포(왼쪽)와 작동 원리 모식도. 촉매 내부에 침투한 나트륨 이온이 활성 구리종을 안정화해 이산화탄소를 일산화탄소·에틸렌 등으로 전환하는 반응을 촉진한다. 최창혁 포항공대 교수 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="f0cd2c0dfc170064c00235c1021a594e36a6536502e0b1bee384df1ebb75de49" dmcf-pid="t1qh46waNg" dmcf-ptype="general">이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 나노미래소재원천기술개발사업 등의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 촉매 분야 국제학술지 네이처 카탈리시스(Nature Catalysis)에 6일 게재됐다.</p> <p contents-hash="554a3d6684d62dab84b783967412f5d7630ba36e4f679dca2256eb3bc86116d1" dmcf-pid="FtBl8PrNAo" dmcf-ptype="general"><strong><strong><strong>불순물이 만든 '의외의 효과'</strong></strong></strong></p> <p contents-hash="73d476c442810dd491bb388d329ac29fbb84e6d3bdd4834edc917fcbd6082e6a" dmcf-pid="3FbS6QmjkL" dmcf-ptype="general">이산화탄소 환원 기술은 전기를 이용해 이산화탄소를 일산화탄소(CO)나 에틸렌 등 산업용 원료로 전환하는 차세대 탄소중립 기술이다. 특히 산화물 유래 구리 촉매는 반응성이 뛰어나지만, 반응 과정에서 구조와 조성이 계속 변해 성능 향상의 원인을 규명하기 어려웠다.</p> <p contents-hash="d44367554368a5c59aafcd31c5537665bee5422dd8cddc9dbd5ee39819e249c8" dmcf-pid="03KvPxsAan" dmcf-ptype="general">연구팀은 촉매 자체가 아니라 전해질에서 유래한 나트륨 이온에 주목했다. 분석 결과, 촉매 내부로 미량 침투한 나트륨 이온이 촉매의 핵심 활성점을 안정화하면서 이산화탄소 환원 반응을 촉진하는 것으로 확인됐다.</p> <p contents-hash="39b109fdc684d91ad40cbbece763c3dd2a82351baaa0ae31bffdc47365cafbbd" dmcf-pid="p09TQMOcki" dmcf-ptype="general">이는 일반적으로 제거 대상으로 여겨지는 불순물이 오히려 촉매 성능을 향상시키는 '숨은 조절자' 역할을 할 수 있음을 보여주는 결과다. 순수한 철에 탄소를 소량 첨가해 강철을 만들거나, 반도체에 미량 원소를 넣어 전기적 특성을 조절하는 원리와 유사한 개념이다.</p> <p contents-hash="4b3aae39cce7855f4ce46c17fb8aa49cfe7909fde2c55b708a51777ae5a1e71d" dmcf-pid="Up2yxRIkaJ" dmcf-ptype="general"><strong><strong><strong>원자 수준 분석으로 작동 원리 규명</strong></strong></strong></p> <div contents-hash="b3a04cc427fec26f0d5e9f8f602e9a07927eaf2fd3f422ddca473c864ef611fe" dmcf-pid="uAIMWGfzgd" dmcf-ptype="general"> <p>연구팀은 극저온 원자탐침단층촬영(APT) 기법을 이용해 반응 직후 촉매를 원자 단위로 분석했다. 그 결과 산화구리가 환원되는 과정에서 전해질 속 나트륨 이온이 촉매 내부 나노 결함에 포획돼 새로운 미세구조를 형성하는 모습을 확인했다.</p> </div> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="0ff8cef92c56dc62a05de5c8d7f930325d0b0d5fa72fc96da78fc0d61d17b9b2" dmcf-pid="7cCRYH4qje" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="연구에 참여한 연구자들. 좌측부터 김세호 교수(고려대), 신혜영 교수(경희대), 이승훈 학생(포항공대), 최창혁 교수(포항공대), 김해솔 박사(포항공대). 최창혁 교수 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/07/akn/20260707120304587yurr.jpg" data-org-width="629" dmcf-mid="HikVIhztkc" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/07/akn/20260707120304587yurr.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 연구에 참여한 연구자들. 좌측부터 김세호 교수(고려대), 신혜영 교수(경희대), 이승훈 학생(포항공대), 최창혁 교수(포항공대), 김해솔 박사(포항공대). 최창혁 교수 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="1238e78b41e85c9a38ec74c9d6ef2284dd61d64b0ee0f03e8b4a0da8e65a6210" dmcf-pid="zkheGX8BcR" dmcf-ptype="general">특히 나트륨 이온은 촉매 표면이 아니라 내부 수십 나노미터 깊이까지 침투한 것으로 나타났다. 이어 실시간 라만 분광 분석에서는 나트륨 이온이 이산화탄소 환원 반응의 핵심 활성종인 1가 구리(Cu?) 상태를 더 오래 유지하도록 돕는다는 사실도 밝혀냈다.</p> <p contents-hash="fe20d8829d50d4342bcf0dfa8cd26b6eb38f548d29b5ba5ec9b43c78f05139bb" dmcf-pid="qEldHZ6bkM" dmcf-ptype="general">연구팀은 이번 연구가 전해질 조성과 촉매 내부 미세구조를 함께 고려하는 새로운 전기촉매 설계 전략을 제시한 것으로 평가했다.</p> <p contents-hash="ef99f1db8e72299347ef835fb58a79c94a7098b4e9adda60e122b4ff5bf00816" dmcf-pid="BDSJX5PKNx" dmcf-ptype="general">최창혁 교수는 "촉매 내부로 침투한 나트륨 이온이 활성점을 안정화하는 역할을 원자 수준에서 규명한 데 의미가 있다"며 "앞으로 전해질 조성과 촉매 내부 미세구조의 상관관계를 규명해 수전해와 질소환원 등 다양한 전기촉매 시스템으로 연구를 확장할 계획"이라고 말했다.</p> <p contents-hash="5c1a96cba54fe62c905738ff5299ca1cd9e1ef45eb2494826a4edf1a6ef16b3b" dmcf-pid="bwviZ1Q9cQ" dmcf-ptype="general">김종화 기자 justin@asiae.co.kr</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 아시아경제. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 "AI 도입해도 절반은 안쓰는 현실…개발자 아닌 '키맨'이 조직 내 확산" [2026 한경 AX 서밋] 07-07 다음 과기정통부, 1조4131억원 규모 경남·전북 AX 연구개발사업 공모 07-07 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
