질산염을 암모니아로 바꾸며 전기도 생산…'스마트 촉매' 개발

[진주=뉴시스] 정경규 기자 = 경상국립대학교는 자연과학대학 화학과 최명룡 교수 연구팀이 오염물질인 질산염을 친환경적으로 암모니아로 전환하면서 동시에 전기를 생산할 수 있는 ‘스마트 촉매’를 개발했다고 19일 밝혔다.

이번 연구는 세계적인 과학 저널인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)' (IF:19)와 '스몰(Small)' (IF:12.1)에 각각 실렸으며 두 편 모두 표지논문으로 선정되어 연구의 우수성을 인정받았다.

연구팀이 개발한 촉매는 일반적인 촉매처럼 단순히 반응을 돕는 데 그치지 않고 반응이 진행되는 도중에 스스로 구조를 바꿔 성능을 높이는 점이 특징이다.

'어드밴스드 펑셔널 머티리얼스'에 게재된 첫 번째 연구에서는 은(Ag)과 구리(Cu) 기반 산화물 촉매가 반응 중에 금속 상태로 바뀌며 성능이 더 향상되는 현상에 주목했다.

전기화학 반응이 진행되면서 촉매 내부에 전자 흐름이 잘 일어나는 계면 구조가 스스로 형성됐고, 이 구조는 질산염을 암모니아로 바꾸는 반응 효율을 크게 높였다. 또한 이 과정에서 전기도 함께 생성돼 암모니아 생산과 에너지 회수가 동시에 가능한 새로운 시스템을 구현할 수 있었다.

'스몰'에 게재된 두 번째 연구에서는 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 망간(Mn) 등 다섯 가지 금속을 섞은 고엔트로피 산화물 촉매를 개발했다. 여기에 레이저를 짧게 쏘아 결정 구조를 바꾸는 기술을 적용해 암모니아를 더욱 선택적으로 만들어내는 반응 환경을 구현했다.

특히 복잡한 공정 없이도 반응 효율과 선택성을 동시에 확보할 수 있는 이 기술은 저비용·고효율 촉매 개발의 새로운 가능성을 제시했다.

최명룡 교수는 “이번 연구는 작동 중 스스로 구조를 바꾸며 반응 효율을 높이는 똑똑한 촉매를 통해 에너지와 환경 문제를 함께 해결할 수 있다는 가능성을 보여줬다”며 “앞으로 수소 에너지, 폐수 자원화 같은 분야로도 확장되길 기대한다”고 말했다.


◎공감언론 뉴시스 [email protected]