국내 연구팀이 세계 주요 산업 원료인 염소를 더 싸게 생산할 수 있는 기술을 개발했다.
연구팀의 백금 단원자 촉매 구조 분석 모식도. 사진 제공=한국연구재단한국연구재단은 최창혁 포항공대(포스텍) 교수와 주상훈 서울대 교수 공동 연구팀이 염소를 효율적으로 생산하는 촉매의 설계 원리를 밝혀 고성능 촉매 상용화의 가능성을 키웠다고 12일 밝혔다. 연구 성과는 이달 3일 국제 학술지 ‘네이처’의 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 게재됐다.
살균·소독 등에 널리 쓰이는 염소는 세계적으로 연간 7500만 톤이 생산되는 10대 화합물 중 하나다. 소금물에서 염소를 분리하는 전기 화학 공정법을 통해 생산되는데 이 과정에는 이리듐·루테늄 등 비싼 귀금속을 포함하는 촉매인 ‘금속 산화물 전극(DSA)’이 사용된다. 촉매를 더 값싼 금속으로 대체할 수 있다면 염소 생산 단가도 낮아지는 구조다.
연구팀은 DSA를 대체할 수 있는 백금 단원자 촉매를 개발했다. 이 촉매는 금속 원자가 촉매 표면에 하나씩 흩뿌려진 형태로 금속 원자 하나하나를 모두 반응에 활용할 수 있다. 화학반응을 촉진하는 역할을 하는 촉매로서 효율이 높은 구조라는 의미다.
연구팀은 백금 단원자가 촉매로서 최적을 효율을 갖는 구조를 찾고 이를 실제 물질로 합성하는 데 성공했다. 연구팀은 “지속 가능한 염소 생산을 위한 전극 소재 설계의 핵심 원리를 밝혔다”며 “이번 연구를 바탕으로 에너지·환경문제 해결을 위한 다양한 전기 화학 전극 소재 개발에 더욱 집중할 계획”이라고 설명했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터 및 미래소재디스커버리사업 지원을 받아 수행됐다.
