[NWS방송=한승목 기자]경상국립대학교 자연과학대학 화학과 최명룡 교수(광화학 나노소재 전문 핵심연구지원센터장) 연구팀이 레이저를 활용한 환경적·경제적 고성능 촉매 합성 기술을 개발했다.

이 기술로 합성한 촉매는 수소와 암모니아 생산에서 우수한 성능을 가지며, 관련 연구 성과 두 건을 국제 학술지에 발표했다.

최명룡 교수팀이 발표한 두 건의 논문은 우수한 성과를 인정받아 세계적인 학술지 《스몰(Small)》(IF: 13.0)과 《ACS 어플라이드 머티리얼즈 · 인터페이시스(ACS Applied Materials · Interfaces)》(IF: 8.5)의 표지 논문으로 선정됐다.

두 연구 모두 레이저 기술을 이용해 친환경적이고 비용 효율적인 에너지 자원 생산을 실현했다는 점에서 중요한 의미가 있다.

《스몰》에 게재된 연구는 해수 전기 분해를 통해 수소를 효율적으로 생성하는 촉매 기술을 다루고 있다.

이 연구에서는 질소가 도핑된 탄소(NC)에 플래티넘(Pt) 나노 클러스터를 장식하여 넓은 표면적, 높은 전도성, 그리고 풍부한 활성 사이트를 가지는 촉매를 구현했다.

이를 통해 해수 및 모의 해수 전해에서 상용 촉매인 Pt/C보다 낮은 과전압으로 우수한 수소 발생 성능을 보여주었다.

특히 해수 및 모의 해수 조건에서도 높은 안정성을 유지하며 실용화 가능성을 입증했다.

《ACS 어플라이드 머티리얼즈 · 인터페이시스》에 게재된 연구에서는 다원소 프러시안 블루 유사체(CoCuFe-PBA)를 이용해 아질산염 환원을 통해 암모니아를 합성했다.

연구팀은 이 연구에서 코발트, 구리, 철을 포함한 금속 산화물 및 합금을 정교하게 제어하여 촉매의 전기화학적 성능을 극대화하는 데 성공했다.

이 과정에서 금속의 전자적 특성을 조절해 산화환원 쌍(Redox pair)을 프로톤 공급원으로 사용하면서 구리가 아질산염 결합에 관여하는 메커니즘을 통해 높은 선택성과 효율을 달성했다.

이러한 혁신적인 메커니즘을 통해 암모니아 합성에 필수적인 반응 속도를 대폭 향상할 수 있었다.

두 연구의 공통점은 펄스 레이저 기술을 활용하여 환경적으로 안전하면서도 경제적이고 고성능의 촉매를 구현했다는 점이다.

플래티넘 나노클러스터를 포함한 질소 도핑된 탄소와 다원소 합금 나노큐브는 각각 수소와 암모니아 생산에서 탁월한 성능을 발휘하며, 상용 촉매보다 높은 안정성과 효율성을 제공한다.

또한 대규모 에너지 자원 생산에서 비용을 절감할 수 있 는 가능성이 기대되어 지속 가능한 에너지 전환에 크게 기여할 것으로 기대된다.

이번 연구는 한국연구재단(NRF)과 교육부에서 주관하는 기초과학 연구역량 강화사업의 ‘광화학 나노소재 전문 핵심연구지원센터’의 지원으로 수행했다.

=한승목 기자