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‘산소 빈자리’ 늘려 촉매 효율 높인다

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‘산소 빈자리’ 늘려 촉매 효율 높인다

2020.11.17 16:32
포스텍-에기연 연구팀, 플라즈마 이용 망간산화물 촉매 효율 높여
이산화탄소를 일산화탄소로 바꾸는 데 쓰이는 망간산화물 촉매의 ‘산소 빈자리’를 늘려 촉매의 효율을 높인 김원배 포스텍 화학공학과 교수. 포스텍 제공
이산화탄소를 일산화탄소로 바꾸는 데 쓰이는 망간산화물 촉매의 ‘산소 빈자리’를 늘려 촉매의 효율을 높인 김원배 포스텍 화학공학과 교수. 포스텍 제공

국내 연구팀이 온실가스인 이산화탄소를 일산화탄소로 바꾸는데 사용되는 촉매 효율을 기존보다 높이는 방법을 개발했다. 

 

포스텍과 한국에너지기술연구원 공동연구팀은 이산화탄소를 일산화탄소로 바꿀 때 쓰이는 망간산화물 촉매의 산소 빈자리 수를 늘려 효율을 높였다고 17일 밝혔다.

 

세계 각국에서는 지구온난화의 주요 원인인 이산화탄소를 줄이거나 부가가치가 높은 물질로 전환하는 연구를 하고 있다. 산소 빈자리는 촉매의 구조에서 산소 원자나 이온이 빠져 비어있는 자리다. 두 개의 전하를 가진 산소 음이온(O2-) 하나가 사라지면 전기적 중성을 맞추기 위해 자유전자가 생성된다. 산소 빈자리의 수를 늘리면 촉매 표면에 전자가 풍부해진다. 전자는 이산화탄소를 흡착하고 전하 전달을 촉진해 일산화탄소로 빠꾸는 역할을 하므로 전자가 많을수록 촉매의 효율이 높다.

 

지금까지 여러 촉매에서 산소 빈자리를 늘리는 연구가 진행됐지만 촉매 효율이 높은 편에 속하는 망간산화물 촉매는 연구가 이뤄지지 않았다. 또 열수소처리, 강환원제를 활용해 산소 빈자리를 늘리는 기존 방법은 합성과정에서 불순물이 발생이 발생하거나 시간이 오래 걸리고, 산소 빈자리 수를 제어하는 데 어려움이 있었다. 

 

연구팀은 플라즈마 처리 기법을 활용했다. 플라즈마는 전자와 양전하를 가진 이온으로 분리된 상태의 기체를 말한다. 연구팀은 망간산화물 촉매를 아르곤 이온이 존재하는 플라즈마와 반응시켜 아르곤 이온이 표면에 있는 산소이온을 자극해 이탈하게 만들고, 산소 이온이 포함된 플라즈마와 반응시켜 산소 이온이 산소 빈자리를 채우도록 했다. 이 방법을 이용해 망간산화물 촉매의 산소 빈자리 수를 간단하고 쉽게 늘리거나 줄일 수 있었다.

 

연구를 이끈 김원배 포스텍 화학공학과 교수는 “플라즈마 처리를 통해 만든 망간산화물 촉매는 이산화탄소를 산업적 활용성이 높은 일산화탄소로 효율적으로 바꿀 수 있다”며 “발전소나 제철소에서 배출하는 배기가스에 포함된 이산화탄소를 바로 처리할 수도 있다”고 말했다.

 

이 연구는 국제학술지 ‘나노에너지’ 온라인판 10월 14일자에 실렸다.

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