이산화탄소를 ‘산업의 쌀’ 에틸렌으로

전기화학적 이산화탄소 전환 에틸렌 생성과정에서 촉매 표면의 실시간 분석 기술 모식도.[사진 = kist]

국내 연구진이 베일에 싸여 있던 에틸렌 생성 반응의 핵심적인 중간경로를 규명해 촉매 성능 향상의 돌파구를 마련했다.

한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터 황윤정 박사 연구팀은 숙명여자대학교 화공생명공학부 김우열 교수 연구팀과 공동으로 기후변화대응기술개발사업의 지원을 받아 이산화탄소가 환원돼 에틸렌이 합성되는 과정에서 구리 기반 촉매의 표면에 흡착한 반응 중간체를 관찰하고, 실시간으로 거동을 분석하는 데 성공했다고 8일 밝혔다.

지금까지 탄소-탄소 결합 반응의 주요 중간체와 경로에 대해서는 밝혀진 바가 없어 고부가가치 화합물을 선택적으로 합성하는 제어기술의 발전은 한계에 부딪혀 왔다.

연구팀은 일산화탄소와 에틸렌 중간체(OCCO)는 같은 시간대에 생성되는 반면, 메탄올 중간체(CHO)는 두 중간체에 비해 상대적으로 느리게 생성되는 것을 발견해 반응경로를 제어하면 촉매 표면에서 화합물 생성의 선택도를 더욱 향상시킬 수 있다는 가능성을 확인했다.

추가 연구를 통해서 그동안 논쟁의 대상이었던 탄소-탄소 결합 반응의 활성 자리 규명에도 크게 기여할 수 있을 것으로 보인다.

KIST 황윤정 박사는 “이번 연구는 그동안 국내에서 부족했던 인공광합성 관련 기초원천 연구의 핵심적인 연구 방향을 제시했다는 데 큰 의의가 있다”라며 “이를 바탕으로 기후변화에 대응하는 신재생에너지 기반 차세대 탄소자원화 기술의 성장에 많은 기여를 할 수 있을 것”이라고 말했다.

연구결과는 에너지·환경과학 분야 국제 학술지인 ‘Energy & Environmental Science’(IF : 30.289, JCR 분야 상위 0.189%) 최신 호에 게재됐다.