이산화탄소를 26℃에서 쉽게 분해했다

KAIST 박정영·GIST 문봉진 교수팀
구리 촉매를 평면서 계단형으로 변형
26.85℃에서도 일산화탄소 만들어 내

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술원(KAIST) 화학과 박정영 교수팀이 광주과학기술원(GIST) 물리·광과학과 문봉진 교수팀과 공동연구를 통해 이산화탄소를 상온에서 화학원료로 만드는 기술을 개발했다. 이 기술은 이산화탄소를 분해하는데 쓰이는 구리촉매의 표면을 평면에서 계단형으로 바꿔 쉽게 일산화탄소를 만들어낸다. 일산화탄소는 메탄올이나 포르말린의 제조 원료로 쓰인다.

26일 연구진에 따르면 포집한 이산화탄소는 일반적으로 고온·고압의 환경에서 구리 촉매로 일산화탄소를 만든다. 이 촉매는 이산화탄소 분자가 일산화탄소와 산소 원자로 분해할 때 수십 기압에 이르는 고압이 필요하다.

연구진은 머리카락 두께의 10만 분의 1 크기의 계단형 구리 표면 구조가 온실가스를 분해하는 반응이 잘 일어나게 한다는 것을 밝혀냈다. 이러한 분해 과정을 상압 전자터널링 현미경(AP-STM) 기술을 활용해 직접 관찰했다.

계단형 구조의 구리 촉매는 고온고압 상태가 아닌 압력이 1mbar이고 온도가 26.85℃인 환경에서 쉽게 일산화탄소를 만들어냈다.

연구진은 "초미세 계단형 구조의 구리 촉매는 평평한 구조를 갖는 넓은 구리 표면 구조에 비해 낮은 에너지를 필요로 해 온실가스의 분해가 상대적으로 용이하다"고 설명했다. 관찰 결과, 구리 촉매 표면의 계단 위치와 충돌한 이산화탄소 분자가 26.85℃에서도 쉽게 분해됐다.

또한 분해된 일산화탄소 분자와 산소 원자가 표면의 구조변화를 동시에 유도해 촉매반응 경로에 영향을 끼칠 수 있다는 것까지 발견했다.

박정영 교수는 "이번 연구는 기존에 진행된 구리 표면에서의 이산화탄소 촉매 현상의 이해를 뛰어넘는 새로운 발견이며, 이를 통해 고효율 이산화탄소 촉매의 개발을 통해 인류의 가장 시급한 문제 중의 하나인 지구온난화 및 지속가능성 문제 해결에 기여할 것"이라고 말했다.

연구진은 이번 연구결과를 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 지난 6일 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자