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서울대 재료공학부 남기태 교수 연구팀이 친환경 에너지로 각광받는 수소와 이산화탄소 환원 연료 생산에 활용할 수 있는 원천 기술을 개발했음.

3일 서울대에 따르면 연구진은 김선희 한국기초과학지원연구원 박사, 김형준 한국과학기술원 화학과 교수와 공동연구를 수행해 물을 분해해 수소를 생산하는 과정에서 이를 보다 더 효율적으로 제어할 수 있는 원리를 밝혀냈음. 앞으로 물 산화 반응뿐만 아니라 이산화탄소 환원 등 다양한 전기화학 반응에 적용될 것으로 보임.

연구진은 자연 속 광합성 과정에서 물 산화 효율이 매우 뛰어나다는 점에서 착안해 광합성 원리를 적용한 새로운 촉매를 개발했음. 10nm 이하의 매우 작은 망간 산화물에 니켈 이종원소를 도입해 표면 망간의 구조가 뒤틀려 있는 형태의 촉매 물질을 만든 것임. 이는 기존에 사용되던 촉매에 비해 물 산화 효율을 2배 이상 향상시킬 수 있음.

또 이렇게 개발한 망간 촉매에서 물이 산화될 때 전자 스핀 상태가 어떻게 변하는지를 세계 최초로 관찰했음. 전자 스핀 상태는 물 산화 반응의 효율성을 결정하는 요소 중 하나임.

연구 책임자인 남 교수는 "본 성과는 세계 최초로 망간 비균질 촉매에 생체 촉매의 핵심 원리 중 하나인 전자 스핀 상태 제어 현상을 구현했다는 점에서 혁신적이며 추후 자연계 광합성의 이해를 도울 수 있는 중요한 결과 중 하나"라며 "값싸고 풍부하다는 장점을 가진 망간 나노입자의 물 산화 반응 경로 제어를 통해 추후 물 분해를 통한 수소 생산 및 이산화탄소 환원을 통한 연료 생산 등 다양한 전기화학 촉매 분야에 활용될 수 있는 중요한 기술적 단초를 제공할 것이다"라고 밝힘.

본 연구 성과는 ‘Nature Communications’ 지에 게재되어 `Editors` Highlights`에 소개됨