[더테크=조재호 기자] 카이스트가 이산화탄소의 전환 메커니즘 관찰에 성공했다. 차세대 청정에너지 생산법 중 하나인 이산화탄소 전기환원 기술의 산업적 활용에 필요한 핵심 정보를 제공했다는 평가다.

카이스트는 박정영 화학과 교수 연구팀이 이산화탄소 과정에서 단원자 구리 금속 촉매가 분해되는 과정을 실시간 원자 단위로 관찰하고 주된 반응 활성자리임을 규명하는데 성공했다고 28일 밝혔다.

이산화탄소 전환 기술은 신재생에너지와 탄소중립 달성을 위한 핵심 기술로 주목받고 있다. 전기화학 반응을 이용한 이산화탄소 전환 기술은 공정과 반응 조건이 간단하면서도 열역학적 방법으로 불가능한 고부가가치 화합물을 생산할 수 있기 때문이다.

다만, 구리 기반 촉매를 활용한 환원반응은 일산화탄소와 메탄, 에탄홀, 수소 등의 다양한 부산물과 함께 촉매 표면 변화를 일으킨다는 문제점이 있다. 따라서 전극 표면에 일어나는 이산화탄소의 환원반응 경로 규명 및 표면 구조 분석이 중요하나 액체 전해질 환경에서 반응이 진행되면서 분석의 어려움을 겪고 있었다.

박 교수 연구팀은 전기화학 주사 터널링 현미경(EC-STM) 분석법을 적용해 단원자 구리금속 촉매 표면에서 일어나는 이산화탄소 환원반응을 관찰했다. 그리고 표면에서 형성되는 산화구리 나노 복합체가 주된 반응 활성자리임을 시각적 증거로 처음 제시했다.

박정영 카이스트 교수는 “이번 연구는 액체-고체 계면 분석에 난항을 겪고 있는 상황에서 단원자 구리금속 기반 촉매 표면의 이산화탄소 전기환원 반응 현상을 원자 수준으로 관찰할 수 있었다”며 “촉매 물질의 활성자리를 결정하고 정밀한 화학반응경로 설계와 함께 이산화탄소의 전기화학적 전환 연구를 비롯해 탄소중립 정책을 위한 다양한 촉매 소재 연구개발에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’ 내부 표지 논문으로 선정됐으며 11월 29일자로 온라인 게재됐다.