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| ▲ 표지논문, 박사과정 고원지 씨, 라자 아루무감 센틸 박사, 표지논문, 박사과정 순다르 라잔 아카시프라부 씨, 띠따기리 자야라만 박사, 최명룡 교수(왼쪽부터) |
[뉴스스텝] 경상국립대학교 자연과학대학 화학과 최명룡 교수 연구팀이 오염물질인 질산염을 친환경적으로 암모니아로 전환하면서 동시에 전기를 생산할 수 있는 ‘스마트 촉매’를 개발했다.
이번 연구는 세계적인 과학 저널인 《어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)》(IF:19)와 《스몰(Small)》(IF:12.1)에 각각 실렸으며 두 편 모두 표지논문으로 선정되어 연구의 우수성을 인정받았다.
연구팀이 개발한 촉매는 일반적인 촉매처럼 단순히 반응을 돕는 데 그치지 않고 반응이 진행되는 도중에 스스로 구조를 바꿔 성능을 높이는 점이 특징이다.
《어드밴스드 펑셔널 머티리얼스》에 게재된 첫 번째 연구에서는 은(Ag)과 구리(Cu) 기반 산화물 촉매가 반응 중에 금속 상태로 바뀌며 성능이 더 향상되는 현상에 주목했다.
전기화학 반응이 진행되면서 촉매 내부에 전자 흐름이 잘 일어나는 계면 구조가 스스로 형성됐고 이 구조는 질산염을 암모니아로 바꾸는 반응 효율을 크게 높였다.
또한 이 과정에서 전기도 함께 생성돼 암모니아 생산과 에너지 회수가 동시에 가능한 새로운 시스템을 구현할 수 있었다.
《스몰》에 게재된 두 번째 연구에서는 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 망간(Mn) 등 다섯 가지 금속을 섞은 고엔트로피 산화물 촉매를 개발했다.
여기에 레이저를 짧게 쏘아 결정 구조를 바꾸는 기술을 적용해 암모니아를 더욱 선택적으로 만들어내는 반응 환경을 구현했다.
복잡한 공정 없이도 반응 효율과 선택성을 동시에 확보할 수 있는 이 기술은 저비용·고효율 촉매 개발의 새로운 가능성을 제시했다.
최명룡 교수는 “이번 연구는 작동 중 스스로 구조를 바꾸며 반응 효율을 높이는 똑똑한 촉매를 통해 에너지와 환경 문제를 함께 해결할 수 있다는 가능성을 보여줬다.”라며 “앞으로 수소 에너지, 폐수 자원화 같은 분야로도 확장되길 기대한다.”라고 말했다.
이 연구는 한국연구재단(NRF) 및 교육부가 주관하는 기초과학 연구역량 강화사업 ‘광화학 나노소재 전문 핵심연구지원센터’와 ‘인프라 고도화: 실시간 극저온 엑스선 흡수 분광기 구축을 통한 우주극한환경 대응 광화학 소재 개발’ 사업의 지원을 바탕으로 수행했다.
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