韓 연구진 '10년 전 논문'에 세계가 주목한 이유는?

단일 원자단위 촉매 기술 논문, 최근 국제학술지에 '특별초청리뷰' 논문으로 실려
탄소중립 위해 수소 생산 및 이산화탄소 자원화 등 촉매 기술 주목받는 상황
값 비싼 촉매 비용 낮추기 위해 효율 극대화 기술에 활용 가능성

[아시아경제 김봉수 기자] 한국 연구진들이 10년 전 연구한 원자 단위의 촉매 활용 기술이 뒤늦게 세계의 주목을 받았다. 지구 온난화를 막기 위한 탄소 중립이 인류의 시급한 과제로 다가오면서, 수소 생산, 이산화탄소 자원화 등을 위해 필수적인 기술로 떠올랐기 때문이다.

1일 한국과학기술원(KAIST)에 따르면, 최근 미국 화학회가 발간하는 신소재 분야 국제학술지 '어카운츠 오브 매터리얼 리서치'는 KAIST 신소재공학과 김상욱 교수 등 공동 연구팀이 2010년 세계 최초로 개발한 단일 원자촉매(Single atom catalyst) 관련 논문을 '특별 초청 리뷰 논문'으로 선정해 표지에 게재했다.

이는 세계적으로 촉매 기술이 주목받고 있는 상황에서 10년 전 김 교수 연구팀이 고안한 이 기술이 관련 연구 개발자들에게 영감을 실어 줄 수 있기 때문이라는 분석이다.

촉매는 소량의 첨가만으로 다양한 화학 반응의 효율을 높이는 소재를 의미한다. 최근 환경 및 에너지, 바이오, 헬스 분야에서 그 중요성이 급속하게 커지고 있다. 특히 신재생에너지의 핵심인 수소연료전지의 에너지 변환 반응, 환경 친화적인 수소 연료 생성반응 등에서 백금이나 희토류등 값비싼 촉매를 대체하기 위한 연구가 전 세계 신소재 연구의 화두가 되고 있다.

김 교수팀의 연구 결과는 단일 원자 촉매를 제안했는데 ,이는 같은 양의 촉매로 최대 효율을 낼 수 있으며 세계 최초였다. 탄소나노튜브를 화학적으로 성장시키는 과정에서 철(Fe) 원자가 우리 혈액 속의 헤모글로빈 구조와 유사한 단원자 혼성구조를 생성함을 발견하고, 한 개의 원자에 기반한 새로운 연료 전지 촉매를 제시한 것이다. 해당 촉매는 입자 응집으로 인해서 수명이 짧은 기존의 백금 촉매의 한계를 극복할 수 있는 새로운 촉매의 형태로 주목을 받았다.

김 교수팀의 연구 이후 최근에는 전 세계의 많은 연구 그룹들이 단일 원자촉매 연구에 뛰어들고 있으며, 새로운 고효율 촉매를 개발하기 위해 가장 전망이 밝은 분야로 각광받고 있는 것으로 알려졌다.

김상욱 교수는 "이번에 출판된 총설에는 그래핀과 같은 나노소재에 금속원소를 도핑하는 방식에서 시작된 단일 원자 촉매의 제조부터 구조와 물성, 그리고 응용까지 망라한 최신 연구 동향들이 잘 정리돼 있다"며 "앞으로 해당 분야 연구에 심도 있는 통찰을 제시하길 희망하여, 향후 고효율 단일 원자 촉매 상용화의 시발점이 될 것"이라고 설명했다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr