이산화탄소를 에틸렌으로…고효율 나노촉매 개발

[아이뉴스24 최상국 기자] 이산화탄소의 70%를 에틸렌으로 바꿔주는 새로운 나노 촉매 기술이 개발됐다.

KAIST 화학과 송현준 교수 연구팀은 이산화탄소를 70% 이상 에틸렌으로 변환하면서 수소가스 외에 부산물이 발생하지 않는 전기화학 나노촉매를 개발했다고 27일 발표했다.

에틸렌은 '산업의 쌀'이라 불릴 정도로 화학산업에서 가장 보편적으로 사용되는 유기화합물이다.

최근에는 온실가스를 줄이기 위해 전기화학적 방법으로 이산화탄소를 직접 에틸렌으로 변환하는 연구가 한창이다. 하지만 현재까지 개발된 전기화학 촉매는 효율이 낮고 메탄 등 다양한 화합물이 함께 생성돼 추가 분리 과정이 필요했다.

이번 연구는 중성 탄산수 전해질을 이용해 에틸렌을 70% 이상의 높은 효율로 제조하면서 수소 외의 부산물이 나오지 않아 다양한 에너지 제조 및 저장 기술에 이용 가능할 것으로 기대된다.

연구팀은 가지 모양의 구리산화물(CuO) 나노입자를 합성한 뒤 이를 탄소 지지체 표면에 담아 구리산화물-탄소 전극을 만들었다. 이를 중성 수용액에서 반응 실험한 결과 이산화탄소에서 70% 이상의 에틸렌을 얻었다.

연구팀은 나노입자 촉매 중에서는 가장 높은 전류밀도와 안정성을 보였으며 특히 모든 촉매를 통틀어 중성 수용액 조건에서 가장 뛰어난 에틸렌 선택성을 보였다고 밝혔다..

송현준 교수는 “전기에너지를 이용한 이산화탄소의 직접 변환 반응은 높은 효율에 비해 선택성이 낮았으나 촉매 구조를 나노 수준에서 균일하게 조절하는 경우 반응 특성을 크게 높일 수 있다"고 설명했다.

KAIST 화학과 김진모, 최웅 박사가 공동 1저자로 참여하고 박준우, 김민준 박사과정, 베를린공대 김청희 박사가 함께 참여한 이번 연구는 4월 18일 ‘미국 화학회지(Journal of The America Chemical Society)’ 온라인판에 게재됐다.