고효율 이산화탄소 촉매, 지구온난화·지속가능성 문제 해결할 것
(서울=내외방송) 지구온난화와 지속가능성 문제를 해결할 이산화탄소 분해 기술이 개발됐다.
KAIST(한국과학기술원)는 26일 "박정영 화학과 교수 연구팀과 문봉진 GIST(광주과학기술원) 물리·광과학과 교수 연구팀과 공동연구를 통해 초미세 계단형 구리 촉매 표면이 이산화탄소 분자를 효과적으로 분해할 수 있다는 것을 입증했다"고 밝혔다.
구리를 기반으로 한 촉매 물질을 활용해 이산화탄소 분자(CO2)를 일산화탄소 분자(CO)와 산소 원자(O)로 분해하려면 고온·고압 환경이 필요하다는 단점이 있었다.
연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 '계단형 표면 구조'에 주목했다.
상압 전자터널링 현미경(보통 압력에서 시료 표면에 전자를 쏜 후 전자가 터널링을 일으키는 현상에서 시료의 구조를 알아내는 현미경) 기술을 통해 관찰된 머리카락 두께의 10만 분의 1 크기의 계단형 표면 구조가 온실가스 분해 반응 향상에 크게 기여한다는 것을 발견한 것이다.
이산화탄소 분자의 크기는 수 옹스트롬(Å, 100억 분의 1미터)에 불과해 촉매 물질의 표면 구조에 따라 반응 활성도가 달라질 수 있다는 점을 착안한 것이다.
연구팀이 계단형 초미세 구리 표면과 반응하는 이산화탄소 분자의 분해 과정을 실시간으로 포착한 결과, 평평하고 넓은 구리 표면 구조에 비해 훨씬 낮은 활성화 에너지가 필요하다는 것이 확인됐다.
구리 촉매 표면의 계단 위치와 충돌한 이산화탄소 분자가 상온에서도 쉽게 분해됐을 뿐만 아니라 일산화탄소 분자와 산소 원자가 표면의 구조변화를 동시에 유도해 촉매 반응 경로에 영향을 끼칠 수 있다는 것도 발견됐다.
박 교수는 "이를 통해 고효율 이산화탄소 촉매 개발을 통해 인류의 가장 시급한 문제 중 하나인 지구온난화와 지속가능성 문제 해결에 기여할 것"이라고 말했다.
한편, 이 연구는 한국연구재단 등의 지원을 받아 수행됐으며 국제학술지인 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 최근 게재됐다(논문명: Revealing CO2 dissociation pathways at vicinal copper (997) interfaces).
