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국내 연구진이 친환경 과산화수소 제조를 위한 고성능 촉매를 개발했다.
울산과학기술원(UNIST) 주상훈 화학과 교수팀은 친환경 전기 과산화수소 생산공법의 상용화 가능성을 높이는 고성능 탄소계 촉매 개발에 성공했다.
전기화학적 과산화수소 생산공법은 복잡한 과정을 거치는 기존 과산화수소 생산공법보다 간단하고 오염물질 배출이 없다는 장점이 있으나 저가에 성능이 좋은 촉매 개발이 상용화를 위한 과제로 지적됐다.
특히, 탄소계 촉매는 가격이 매우 저렴해 주목받고 있으나 촉매 활성화 작업 중 일어나는 무분별한 촉매 구조 변화로 성능을 위한 핵심 요소를 실험적으로 파악하기 힘들다는 제약이 있었다.
연구진은 탄소 촉매 구조를 정밀하게 조절할 수 있는 합성법을 이용해 성능과 효율을 향상하는 핵심 설계 요소를 밝히고 고성능 나노다공성 탄소 촉매를 개발했다.
신규 촉매는 촉매 활성점을 다량 보유한 촉매 성능이 현재까지 보고된 탄소계 촉매 가운데 가장 높았고 168시간 동안 성능 저하 없이 안정적으로 과산화수소를 생산했으며 100%에 가까운 효율을 나타냈다.
전기에너지가 부산물인 물을 만드는데 낭비되지 않고 거의 100% 과산화수소만 생성돼 효율이 높은 것으로 파악된다.
과산화수소는 현재 안트라퀴논 공법에 의존해 생산하고 있으나 고가의 팔라듐 촉매가 필요할 뿐만 아니라 유기오염물을 배출하는 단점이 있다.
그러나 전기화학적 생산방식은 물 외에 반응 부산물이 없고 재생에너지 생산 전기와 결합해 사용하면 생산 단가도 낮출 수 있다.
주상훈 교수는 “탄소계 촉매의 핵심 설계 비결을 제시한 연구가 앞으로 촉매 개발의 중요한 지침으로 활용될 것으로 기대된다”라면서 “다량의 유기오염물이 발생하는 안트라퀴논 공정을 대신할 수 있는 전기화학적 과산화수소 생산에 더 가까워지게 됐다”고 강조했다.
연구 성과는 국제학술지 켐(Chem) 온라인판에 8월30일자로 게재됐다. (강윤화 선임기자)