포스텍, 가혹한 온도 변화에도 살아남는 고활성 촉매 개발

고활성과 고안정성이라는 두 마리 토끼를 잡은 새로운 촉매가 개발됐다.
22일 포항공과대학교(포스텍)는 한정우 화학공학과 교수 연구팀이 희토류 금속(La)과 전이 금속(Cu)을 동시에 도핑해 활성도가 높은 초고안정성 세륨산화물 촉매를 설계하는데 성공했다고 밝혔다.
이같은 고활성을 갖는 촉매의 개발은 산업과 과학기술 발전에 상당히 중요하다. 촉매 물질이 활성도가 높더라도 안정성이 낮다면 산업 공정 과정 중 촉매의 교체 시기가 짧아져 산업용 사용이 현실적으로 어렵다. 그 때문에 높은 활성을 유지하면서 안정성이 높은 물질을 설계하는 것이야말로 에너지 문제 해결에 필수적이다.
연구팀은 계산화학과 실험연구를 상호 보완적으로 수행했다. 먼저, 계산화학적 접근을 통해, 실험으로 합성된 세륨산화물 촉매가 고활성과 고안정성을 보인다는 가설을 설정했다. 그리고 이를 검증하기 위해 희토류 금속과 전이 금속을 함께 도핑해 세륨산화물 촉매를 개발했다.

이렇게 개발된 세륨산화물 촉매는 기존의 세륨산화물 보다 150℃ 정도 낮은 온도에서 일산화탄소 전환율을 달성했다. 또한, 지금까지 보고된 어떠한 조건보다 가혹한 온도 변화 조건에서 약 700시간 동안 개선된 활성을 유지했다.
연구를 주도한 한정우 교수는 "이번 연구는 이론팀과 실험팀이 상호 보완적이고 체계적인 연구 시스템 아래에서 이론적 가설을 검증한 모범적인 연구사례"라며 "이 같은 촉매 설계 방법은 앞으로 광범위한 촉매 반응에 대한 초고안정성·고활성 산화물 재료 설계를 가능하게 할 것이다"고 말했다.
한편 이번 연구 성과는 촉매 부문 권위지인 '미국화학회 촉매지(ACS Catalysis)' 표지논문으로 게재됐다.
[이종화 기자]