한국에너지기술연구원(원장 이창근) 탄소전환연구실 김영은 박사 연구진이 이산화탄소를 알코올, 플라스틱 등 다양한 화학제품의 기초물질인 일산화탄소로 전환시키는 니켈 단일원자 촉매 개발에 성공했다.

연구진이 개발한 촉매는 기존의 은(Ag) 나노입자 촉매보다 30배 더 적은 금속량을 사용하고도 일산화탄소 생산속도를 최대 7배까지 향상시켜 생산비용을 크게 낮출 수 있다.

이산화탄소를 일산화탄소로 전환하기 위해서는 금, 은과 같이 값비싼 귀금속 촉매가 사용돼 상용화로 이어지기 어려웠다.

최근에는 철, 니켈과 같이 저렴한 촉매로 대체되고 있지만 촉매 제조과정이 복잡하고 일산화탄소 생산속도도 느려 추가적인 기술개발이 필요한 상황이었다.

이에 김영은 박사 연구진은 저렴하면서도 높은 효율로 일산화탄소를 생산할 수 있는 니켈 단일원자 촉매를 개발하는데 성공했다.

연구진은 니켈원자를 질소원자와 결합한 후 탄소나노튜브 위에 고르게 분산시켜 적은 양으로도 높은 반응성을 얻는데 성공했는데 질소원자는 니켈과 같은 전이금속의 화학적 흡착을 크게 증가시키고 이로 인해 니켈의 반응이 활발해져 전체적인 반응 속도가 향상된다.

또 대부분의 단일원자 촉매합성은 열처리와 산처리 등 여러 복잡한 과정이 필요하지만 연구진이 개발한 촉매는 니켈과 질소를 포함한 전구체와 탄소지지체를 혼합해 열처리를 진행하는 간단한 공정으로 합성이 가능해 향후 대량생산에도 용이하다.

연구를 주도한 김영은 박사는 “연구를 통해 이산화탄소를 효율적·안정적으로 전환해 일산화탄소를 생산할 수 있는 핵심소재 원전기술을 확보했다.”며, “향후 저가 단일원자 촉매 기반의 막전극접합체와 셀 개발이 완성돼 산업체에 이전되면 이산화탄소를 애물단지에서 보물단지로 바꿀 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다.