불균일촉매 상용화 걸림돌인 효율성 높이는데 성공[서울신문] 수소차 이미지국내 연구진이 생체 속 효소와 비슷한 형태의 촉매를 만들어 수소생산 효율을 50% 이상 향상시킬 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다.
기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단, 서울대 재료공학부, 카이스트 화학과 공동연구팀은 몸 속 효소처럼 주변 환경변화에 따라 최적화되는 불균일 촉매를 개발했다고 22일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘네이처 머티리얼즈’ 23일자에 실렸다.
에너지 산업 분야에서 다양한 촉매가 사용되고 있는데 현재는 대부분 균일촉매를 사용하고 있다. 균일촉매는 효율은 높지만 재활용이 어렵고 비용이 많이 들며 환경친화적이지 못하다는 단점이 있다. 반면 불균일촉매는 재활용이 가능하고 저렴하지만 효율이 낮다는 문제가 있다.
연구팀은 균일촉매와 불균일촉매의 장점을 결합한 새로운 촉매를 개발하기 위해 생체내 효소의 작동원리를 모방한 불균일촉매를 개발했다. 빛을 받으면 촉매작용을 하는 이산화티타늄 나노입자에 구리입자를 올려 효소처럼 단원자 구리-이산화티타늄 촉매를 만든 것이다.
이번에 개발한 촉매는 생체내 효소처럼 구리와 이산화티타늄이 전자를 주고 받는 상호작용을 통해 구조를 변화시켜 효소와 유사하게 촉매반응에 참여한다는 것을 밝혀냈다. 보통 효소는 주변 단백질과 수소를 주고받는 상호작용을 통해 주변환경과 반응하기 적합한 형태로 자신의 구조를 바꿔 촉매반응에 참여한다는 특징이 있다.개발된 촉매를 이용해 수소를 생산하는 모습 - 개발한 단원자 구리-이산화티타늄 촉매를 수소 생산 반응에 적용해 실험하는 모습IBS 제공연구팀은 이번에 개발한 촉매로 햇빛을 이용해 물을 수소로 생산하는 반응에 적용시킨 결과 전달받은 빛의 40% 이상을 수소전환반응에 사용하는 뛰어난 수소생산성능을 확인했다. 이는 현재 가장 성능이 우수하다는 평가를 받는 백금, 이산화티타늄 광촉매와 비슷한 성능을 보였다. 더군다나 촉매 사용후 다시 회수해 재활용할 수 있어 폐촉매로 인한 환경오염 문제도 해결해줄 수 있는 것으로 분석됐다.
연구책임자인 IBS 나노입자연구단 현택환 단장은 “이번 연구는 불균열촉매의 작동원리를 원자적 수준에서 규명하고 생체효소와 비슷한 형태로 만들어 냈다는데 의미가 있다“며 “이번에 개발한 촉매를 이용하면 상용화의 걸림돌인 낮은 효율 문제를 해결해 수소 같은 친환경 에너지를 값싸고 효율적으로 이용할 수 있는 길이 열릴 것”이라고 설명했다.
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개발된 촉매를 이용해 수소를 생산하는 모습 - 개발한 단원자 구리-이산화티타늄 촉매를 수소 생산 반응에 적용해 실험하는 모습IBS 제공
