연구팀이 개발한 새로운 염소발생 촉매의 투과전자현미경(TEM) 사진과 활성점의 모식도. 흰색으로 빛나는 백금 원자가 고르게 퍼져있는 것을 볼 수 있다. UNIST 제공
연구팀이 개발한 새로운 염소발생 촉매의 투과전자현미경(TEM) 사진과 활성점의 모식도. 흰색으로 빛나는 백금 원자가 고르게 퍼져있는 것을 볼 수 있다. UNIST 제공

울산과학기술원(UNIST) 주상훈ㆍ곽상규 에너지 및 화학공학부 교수팀이 21일 염소 생산에 주로 쓰는 전기화학적 방법에 사용할 새로운 저렴한 촉매를 개발했다고 밝혔다.

염소는 살균ㆍ소독에 흔하게 쓰이며 10대 화학물질 중 하나로 꼽힌다.

개발된 촉매는 탄소나노튜브 위에 질소원자 4개로 둘러싸인 백금 원자가 분산된 형태의 단원자 분산 촉매다.

이 촉매는 현재 쓰이는 상용 촉매보다 귀금속 함량이 150배 적으면서 염소 발생 효율이 높고, 반응 조건은 덜 까다롭다.

기존의 염소발생용 전기화학 촉매는 루테늄과 이리듐 같은 귀금속을 다량 포함한 산화물이기 때문에 비싼데다가 염소이온 농도가 낮은 조건이나 중성 수소이온농도 환경에서는 염소만이 아니라 산소까지 발생시키기에 생산효율이 떨어진다.

연구진은 그 원인이 금속산화물 기반 촉매의 본질적인 특성에 있다는 점에 주목하여 금속산화물이 아닌 다른 형태의 촉매를 개발했다.

촉매는 금속 원자가 표면에 완전히 드러나기 때문에 그 함량이 적어도 높은 효율을 낼 수 있고 다양한 전해질 조건에서 현재 사용하는 촉매보다 우수한 성능을 보였다.

특히, 염소이온의 농도에 구애받지 않고 모두 높은 효율을 나타냈다.

주 교수는 "이번에 개발한 단원자 촉매는 50년 전 상용화된 귀금속 산화물계 촉매의 패러다임을 바꾸는 새로운 촉매 설계 개념이다."라며 전해질 조성에 크게 영향을 받지 않아 중·소규모 수처리 장치와 선박 평형수 처리 등에서 다양하게 응용될 것이라고 기대했다.

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