'엣지' 있는 탄소 촉매로 과산화수소 만드는 새 길 열었다

UNIST 주상훈 교수팀, 전기로 과산화수소 생산하는 고성능 탄소 촉매 개발

엣지(edge)가 많은 나노 탄소 촉매(오른쪽)와 엣지가 적은 탄소 나노튜브의 구조(왼쪽)의 성능을 비교한 모식도.

[아시아경제 김철현 기자] 산업에서 매우 중요한 '과산화수소'를 전기로 만드는 새 촉매가 개발됐다. 친환경적이고 값싸게 과산화수소를 생산할 새로운 길이 열릴 전망이다.

UNIST(총장 정무영)는 에너지 및 화학공학부의 주상훈 교수팀이 전기를 이용해 산소를 과산화수소로 전환시킬 수 있는 '고성능 탄소 촉매'를 개발했다고 27일 밝혔다. 이 촉매는 반응을 활발하게 만드는 '엣지', 즉 가장자리가 풍부하다. 그 덕분에 엣지가 거의 없을 때보다 28배나 뛰어난 과산화수소 생성 능력을 보였다.

과산화수소는 냄새가 없고 투명하며 강한 산성을 띠는 액상 화합물이다. 종이를 만드는 제지산업을 비롯한 다양한 화합합성 분야에서 널리 쓰인다. 기존에는 여러 단계를 거치는데다 고압의 수소와 귀금속 촉매를 사용하는 공정으로 만들어 생산 단가가 높았다. 게다가 유기폐기물이 다량 생성돼 환경오염도 유발했다.

이에 연구팀은 나노 다공성 물질의 구멍 내부에서 탄소 원자를 흑연 결정으로 성장시키는 전략을 고안했다. 구멍 속에서 성장한 탄소 원자는 수직으로 층을 이루는데 이때 엣지 수가 현저히 증가한 구조가 만들어지게 된다. 엣지 수가 늘어난 탄소 촉매는 엣지가 거의 없는 탄소 나노튜브보다 약 28배 높은 과산화수소 생산 성능을 보였다. 산소 선택도 99% 수준으로 매우 우수했다.

주상훈 교수는 "고성능 탄소 촉매로 얻은 반응수는 추가로 분리하거나 농축하지 않고 표백이나 산폐수 처리 등에 바로 적용할 수 있다"며 "새로운 탄소 촉매를 전기적 과산화수소 산업으로 응용할 미래가 매우 기대된다"고 했다. 이번 연구결과는 화학계에서 최고 권위를 인정 받는 독일의 학술지, ‘앙게반테 케미'에 게재됐고 최우수 수준 논문에 해당되는 ‘VIP(Very Important Paper)'에 선정됐다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr