주석촉매로 온실가스에서 일산화탄소만 뽑는다

주석 촉매의 일산화탄소 생산효율 100배 높여
온실가스 줄이거 저렴한 생산 가능해

[아시아경제 황준호 기자] 지구 온난화를 일으키는 이산화탄소를 일산화탄소로 바꾸는 새로운 주석 촉매가 개발됐다. 기존 촉매보다 생산효율이 100배 높은 촉매로 다양한 분야에 활용되는 일산화탄소를 더욱 저렴한 가격에 생산할 수 있게 될 것으로 예상된다.

권영국 울산과학기술원 에너지화학공학과 교수와 강석대, 김형준 한국과학기술원 교수는 주석과 탄소 지지체 기반의 일체형 촉매(전극)을 개발했다고 21일 밝혔다. 관련 연구는 ACS 에너지 레터스에 지난11일(현지시간) 실렸다.

주석 촉매로 일산화탄소 생산량 100배 높인다

연구팀은 주석이 탄소나노튜브를 통해 일산화탄소만을 골라 만들 수 있는 촉매를 개발했다. 9~10나노미터(nm) 크기의 주석 입자가 탄소나노튜브 표면에 붙으면 전기자으이 변화로 일산화탄소가 생기는 방식이다. 주석 입자 주변의 전기장 변화로 반응물인 이산화탄소가 주석 입자 표면에 더 잘 달라붙는다. 반면 일산화탄소 생성 반응과 경쟁적으로 일어나는 포름산 생산 반응은 탄소나노튜브의 전기장으로 인해 억제된다.

연구팀은 탄소나노튜브가 주석 표면의 전자 밀도를 높여, 일산화탄소 반응을 선택적으로 높일 수 있었다고 설명했다. 전자밀도가 높아져 이산화탄소가 주석 표면에 잘 흡착된다는 것이다. 반면 전기장에 민감하지 않은 포름산의 생성은 억제된다.

주석 촉매는 일산화탄소를 생산하는 금, 은 기반 촉매보다 저렴하게 쓸 수 있다. 하지만 일산화탄소보다 포름산을 더 많이 생산한다는 단점이 있는데, 이번 연구 결과를 통해 일산화탄소를 만드는 반응을 선택적으로 많이 일으킬 수 있게 됐다.

일체형 촉매 손쉽게 제작

권영국 울산과학기술원 교수

특히 이번에 개발된 지지체 일체형 촉매는 마치 도자기를 만들 듯 굽는 방식 방식으로 쉽게 제조할 수 있다. 탄소나노튜브, 주석 나노입자, 고분자로 이뤄진 반액체 상태(Sol, 졸) 혼합물을 가운데가 빈 원통(중공사 구조) 형태의 전극으로 만든 뒤 이를 고온에서 굳히는(소결)방식이다.

권영국 교수는 "주석 촉매는 포름산 생성을 촉진 한다는 것이 50년 이상 된 중론이었는데, 전극 전기장을 조절해 이러한 상식을 뒤집었다"며 "이산화탄소 변환 반응 촉매 디자인에 전기장을 어떻게 활용 할 수 있는지를 최초로 증명한 연구"고 설명했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr