국내 연구진이 온실가스인 메탄(CH4)과 이산화탄소(CO2)를 고부가가치 수소(H2)로 바꿔주는 새로운 나노 촉매를 개발했다.
UNIST 에너지화학공학과 김건태 교수팀은 니켈 금속 복합체 촉매의 짧은 수명을 보안하기위해 철을 그 표면에 얇게 입히는 방법을 고안했다.
니켈은 복합체 밖으로 나가려는 성질이 강하고 철은 안으로 들어가려는 성질이 강하기 때문에 두 물질이 자리를 바꿈으로써 촉매의 수명과 성능을 줄이는 탄소가 표면에 쌓이지 않도록 방지하게 된 것이다. 또, 밖으로 나온 니켈과 철이 합금을 형성해 반응성이 더 높아진다.
제1저자인 주상욱 UNIST 에너지공학과 석박사통합과정 연구원은 “균일하고 미세한 철 박막을 입힐 수 있는 기술(원자층 증착법)을 이용해 자리교체 용출 현상’을 촉진시켰다.”고 설명했다.
공동 제1저자인 성아림 UNIST 에너지공학과 석박사통합과정 연구원은 “철 박막을 20회 반복해서 입혔을 때 촉매 단위 면적 당 약 400 개가 넘는 나노 입자(철-니켈 합금)가 생겼고, 이 입자들은 니켈과 철로 이뤄져 촉매 반응성이 높다.”고 설명했다.
연구진은 새로운 나노 촉매를 사용한 변환 기술의 성능이 700℃에서 70%이상의 높은 변환효율을 보였고, 안정성에서도 400시간 이상을 유지했다고 밝혔다.
김건태 교수는 “이는 기존 전극 촉매 보다 변환 효율이 2배 이상 뛰어난 것”이라며, “개발된 촉매는 다양한 에너지 변환 기술 분야에 쓰일 것”이라고 기대했다.
이번 연구에는 한정우 포항공대 교수, 미국 펜실베니아대 존 보스(John M. Vohs), 교수, 펜실베니아대 레이몬드 고티(Raymond J. Gorte) 교수도 함께 참여했다. 연구결과는 앞서 세계적 과학저널 사이언스(Science)의 자매지인 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 8월 26일 온라인판에 게재됐다.