나노기술 및 정책 정보

• 목록

국내 연구진이 이산화탄소를 이용해 '산업의 쌀'이라 불리는 에틸렌이 만들어지는 핵심적 중간 경로를 밝혀냈음. 연구진은 이를 통해 신재생에너지 기반의 탄소화합물 제조기술의 열쇠인 새로운 촉매 개발에 도움이 될 것이라고 설명했음.

한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터 황윤정 박사 연구팀은 숙명여자대 화공생명공학부 김우열 교수 연구팀과 공동으로 이산화탄소가 에틸렌으로 합성되는 과정에서 구리 기반 촉매의 표면에 달라붙은 반응 중간체를 관찰하고, 실시간으로 움직임을 분석하는데 성공했다고 8일 밝혔음.

그동안 구리 기반 촉매는 이산화탄소로 간단한 일산화탄소나 메탄, 개미산뿐만 아니라 탄소가 두 개 이상인 에틸렌, 에탄올 등의 다탄소 화합물도 만들어낼 수 있었음. 하지만 탄소간 결합 반응의 주요 중간체와 경로에 대해서는 밝혀진 바가 없었음. 이로인해 고부가가치 화합물을 선택적으로 합성하는 제어기술의 발전이 한계에 부딪혀 왔었음.

연구진은 적외선분광학 분석법을 적용해 나노구리입자 촉매 표면의 이산화탄소 전환 반응에서 일산화탄소 외에 에틸렌이 되는 과정의 중간체(OCCO)와 메탄을 생성하는 중간체(CHO)를 각각 관찰했음. 그 결과, 일산화탄소와 에틸렌 중간체(OCCO)는 같은 시간대에 만들어졌음. 반면, 메탄올 중간체(CHO)는 두 중간체에 비해 상대적으로 느리게 만들어졌음.

연구진은 이와 함께 구리수산화물 나노와이어가 에틸렌을 만드는데 뛰어난 성능을 가진 새로운 촉매 소재라고 제시했음.

연구진은 구리수산화물 유래 촉매 표면에 일산화탄소가 붙을 수 있는 다양한 자리가 존재한다는 것을 알아냈음. 이중에 특정자리에 달라붙은 일산화탄소가 빠르게 탄소간 결합의 중간체를 생성한다는 것도 확인했음.

연구진은 추가 연구를 통해서 그동안 논쟁의 대상이었던 탄소-탄소 결합 반응의 활성 자리 규명에도 크게 기여할 수 있을 것이라고 설명했음.

황윤정 박사는 "이를 바탕으로 기후변화에 대응하는 신재생에너지 기반 차세대 탄소자원화 기술의 성장에 많은 기여를 할 수 있을 것"이라고 말함.

본 연구 성과는 ‘Energy & Environmental Science’ 지에 게재됨