효율 높은 이산화탄소 제거 촉매 발명

■ 효율 높은 이산화탄소 제거 촉매 발명

● 일반 촉매 보다 200배, 기존 최고 수준의 15배 많이 생산

국내 연구진이 이산화탄소를 기존 보다 쉽고 편리하게 제거할 수 있는 촉매를 발명했다. 이 촉매는 형광등 빛으로 화학 반응이 일어나서 실내에서도 사용할 수 있는데다 이산화탄소 변환으로 발생하는 일산화탄소를 일반 촉매 보다 200배, 기존 최고 변환 수준의 촉매 보다 15배 많이 생산할 수 있다. 기초과학연구원(IBS) 나노구조물리연구단 이효영 부연구단장은 가시광선을 이용해서 이산화탄소를 산소와 일산화탄소로 변환하는 촉매를 개발했다고 2020년 01월 20일 밝혔다.

이산화탄소는 공장의 굴뚝 등의 연소 과정에서 발생하지만, 이를 분해하면, 메탄, 일산화탄소 등 연료로 쓸 수 있는 화합물을 다시 만들 수 있다. 때문에 화학 회사들은 이산화탄소를 분해해서 생산 비용을 회수하는 이산화탄소 제거제를 개발하는 중이다. 이 분해 반응에 필요한 것은 물과 촉매이다. 특히 촉매의 이산화탄소 변환 효율이 높을수록 유용한 화합물의 양이 증가한다. 현재 가장 일반적으로 사용되는 ‘아타나제-루타일 이산화티타늄’ 촉매는 자외선을 흡수해서 물과 이산화탄소를 메탄, 일산화탄소, 다량의 산소로 바꾼다.

연구진이 개발한 촉매는 이산화티타늄 촉매 보다 200배 변환 효율이 높으면서 순수하게 일산화탄소만 생산할 수 있는 것이 특징이다. 더구나 자외선 대신 가시광선으로 반응이 일어나 실내에서도 형광등만 있으면 변환을 시킬 수 있다. 연구진은 가시광선으로 반응이 나타나는 블루 이산화티타늄 촉매에 생산 효율을 높이기 위해 불균일 구조를 생성시켰다. 구조가 불균일하면, 전하 수가 늘어나 반응이 커지고 광효율이 증가하는 원리이다.

일산화탄소 발생률을 높일 수 있는 은과 텅스텐 산화물도 합쳐 촉매를 만들었다. 블루 이산화티타늄에 텅스텐과 은을 모두 넣은 조합이다. 이 하이브리드 촉매는 흡수된 빛 중 34.8%를 변환 과정에 활용하는데, 기존 촉매 보다 3배 효율이 높았다. 또한, 메탄없이 일산화탄소만 100% 생산 가능했다.

이효영 부연구단장은 "가시광선으로 작동하는 블루이산화티타늄 제조에 관한 원천 기술을 확보하고, 이를 이용해서 새로운 가시광선 촉매를 개발했다. 이번에 개발한 촉매는 미세 먼지와 병원 내의 병원균 등을 제거하는 데에도 역시 우수한 성능을 보였다"고 밝혔다. 연구 결과는 화학 재료분야 국제 학술지인 ‘머터리얼스 투데이(Materials Today)' 2020년 01월 03일 온라인판에 실렸다.