액체 전해질 환경에서 환원 이뤄져 특성화 현미경 통해 관찰
초미세 영역에서 실시간으로 일어나는 환원 과정 및 표면 구조 재구조화
(내외방송=정지원 기자) 이산화탄소를 전기로 전환하는 과정 원리가 드디어 밝혀졌다.
KAIST(한국과학기술원)는 "박정영 화학과 교수 연구팀이 이산화탄소 전기 환원 과정에서 단원자 구리 금속 촉매가 분해되는 과정을 실시간 원자 단위로 관찰하고, 주된 반응 활성자리임을 규명하는 데 성공했다"고 최근 밝혔다.
이산화탄소를 전기로 전환하는 기술은 비교적 간단하면서도 구리를 기반으로 한 촉매를 사용할 경우 고부가가치 화합물을 생산할 수 있다는 장점이 있다.
반면, 전환 과정에서 일산화탄소와 메탄, 에탄올과 수소 등 다른 생성물도 함께 만들어질 뿐만 아니라 촉매 표면 구조에 변화를 일으킨다는 문제점이 있었다.
연구팀은 '전기화학 주사 터널링 현미경' 분석법을 이용해 단원자 구리금속 촉매의 표면에서 일어나는 이산화탄소 환원 반응을 관찰해 분석했다.
이때 촉매 표면에서 형성되는 산화구리 나노 복합체가 주된 반응 활성자리라는 것이 발견됐다.
또, 액체 전해질(전기가 통하는 물질이 액체에 녹아 있음) 환경에서 반응이 이뤄져 분석이 어렵다는 난제를 원자 수준의 표면 특성화 현미경을 활용해 풀었다.
기존에 발견하지 못했던 단원자 구리금속 기반 촉매 표면의 100억 분의 1m의 초미세 영역에서 실시간으로 일어나는 이산화탄소 분자의 환원 과정과 표면 구조 재구조화를 통해 산화구리 나노 복합체 형성 현상을 직접 제시한 것이다.
박 교수는 "이 기술은 차후 이산화탄소의 전기화학적 전환 연구 외에도 탄소중립 정책을 위한 다양한 촉매 소재 연구개발에 기여할 것"이라고 말했다.
정용찬, 김용만, 김영재 연구원이 참여한 이번 연구는 기초과학연구원 등의 지원을 받아 수행됐으며 국제학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 내부 표지 논문으로 최근 선정됐다(논문명: In Situ Probing of CO2 Reduction on Cu-Phthalocyanine-Derived CuxO complex).
