▲ 3차원 구조의 그래핀 표면 특성을 가지는 탄소지지체를 사용하여 백금 나노 입자를 합성하는 과정 및 이를 이용한 전기화학적 글리세롤 산화반응 테스트 장치 모식도

국내 연구진이 버려지는 글리세롤로부터 수소 및 화학제품 동시 생산이 가능한 전기화학적 산화반응용 고성능 촉매 설계 기술을 개발했다.

한국화학연구원 김형주 박사팀은 전북대, 에너지(연), 포항공대 연구팀과의 공동연구로, 바이오디젤 생산과정에서 발생해 버려지고 있는 글리세롤로부터 수소연료 및 유용한 화학원료 유기산을 동시에 생산할 수 있는 촉매 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

기존 글리세롤의 전환 기술은 대부분 촉매화학 기술, 열분해 기술, 생화학 기술이다. 최근에는 전기화학적 글리세롤 산화반응 기술이 국내외에서 연구되고 있는데, 이는 전기를 주입해 화학적 산화 환원 반응을 이용해 수소 및 유기산을 동시에 생산하는 기술이다. 글리세롤 산화 반응에는 주로 백금과 같은 귀금속 촉매가 쓰이는데 백금은 가격이 비싸고 매장량이 적어서 백금 촉매를 더욱 우수한 성능으로 만드는 연구가 전 세계적으로 진행되고 있다.

이에 연구팀은 전기화학적 글리세롤 산화 반응에 기존 사용되던 상업용 백금 촉매보다 우수한 성능을 가진 새로운 백금 촉매 설계 기술을 개발했다. 기존 백금 촉매는 표면적을 넓히기 위해 백금이 탄소지지체 위에 고르게 분산돼 있는데 연구팀은 표면적이 10배나 높은 탄소지지체를 개발하고, 이 지지체에 백금을 더 작고 고르게 분산시킬 수 있는 화학 기술을 개발했다.

연구팀은 3차원 구조의 탄소 지지체 개발을 위해 입체 골격을 가진 제올라이트 물질을 활용했으며 지지체의 표면을 기존 그래파이트 특성에서 그래핀 특성으로 전환했다. 이를 통해 백금이 탄소 지지체 위에 더욱 고르게 분산될 수 있으며 백금 입자의 물리화학적 성질도 변해서 촉매의 성능도 우수해졌다.

논문의 주 교신저자인 김형주 박사는 “현재 관련기술 개발과 상용화에 매진하고 있으며, 또 다른 세계 최고 수준의 촉매 및 반응기술 연구 개발 결과들을 학계에 보고할 준비를 하고 있다”고 밝혔다.

이번 연구성과는 촉매 및 에너지환경 분야의 세계적 권위의 국제학술지 ‘어플라이드 카탈리시스 B: 인바이런멘탈(Applied Catalysis B: Environmental)’에 1월 온라인 출간 게재됐다.