과산화수소 만드는 '엣지'있는 탄소 촉매
과산화수소 만드는 '엣지'있는 탄소 촉매
  • 문현식
  • 승인 2019.01.31 06:50
  • 조회수 719
  • 댓글 0
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과산화수소는 강한 산화력을 가졌고 활용성도 높습니다. 소독제나 표백제, 플라스틱 공업에서 촉매로 쓰이는 것은 물론 물과 농도를 조절해 로켓의 추진제나 엔진 구동에 필요한 제품에 첨가되기도 할 정도로 쓰임새가 많은 물질이죠.

 

이처럼 다양한 용도로 사용할 수 있는 과산화수소를 전기로 만드는 새 촉매가 개발됐습니다. 울산과학기술원(UNIST)은 과산화수소로 전환시킬 수 있는 '고성능 탄소 촉매'를 개발했다고 밝혔습니다.

 

엣지가 많은 탄소 촉매의 성능 모식도. 출처: UNIST
엣지가 많은 탄소 촉매의 성능 모식도. 출처: UNIST

지금까지 과산화수소를 생성하려면 단계도 복잡다단하고 고압의 수소와 가격이 비싼 귀금속 촉매를 사용해야 했습니다. 때문에 과산화수소 생산 공정은 비교적 단가가 높은 편이었습니다. 또 이 과정에서 폐기물도 생성돼 환경 오염을 유발할 수도 있었습니다.

 

하지만 UNIST 연구진은 전기화학적 방식으로 이런 문제를 해결했습니다. 즉 태양광에너지나 풍력에너지 같은 재생에너지로 생산한 전기를 이용해서, 공기 중 산소를 과산화수소로 변환시키는 방식입니다. 이때 산소가 빠르게 과산화수소로 전환하도록 촉진시키는 저렴한 촉매가 중요한 역할을 합니다.

 

주상훈 UNIST 에너지 및 화학공학부 교수. 출처: UNIST
주상훈 UNIST 에너지 및 화학공학부 교수. 출처: UNIST

주상훈 UNIST 에너지 및 화학공학부 교수는 나노 다공성 물질의 구멍 내부에서 탄소 원자를 흑연 결정으로 성장시키는 전략을 고안했습니다. 구멍 속에서 성장한 탄소 원자는 수직으로 층을 이루는데, 이때 엣지(Edge·가장자리) 수가 현저히 증가한 구조가 생성됩니다. 

 

이른바 '엣지' 있는 촉매 덕분에 연구진은 엣지가 거의 없을 때보다 28배나 뛰어난 과산화수소 생성 능력을 확보했습니다. 또 안정성도 우수해 16시간 연속 구동하면서 상당한 양의 과산화수소를 포함한 반응수를 생산했다는 것이 연구진의 분석입니다.

 

주상훈 교수는 "고성능 탄소 촉매로 얻은 반응수는 추가로 분리하거나 농축하지 않고 표백이나 폐수 처리 등에 바로 적용할 수 있다"면서 "새로운 탄소 촉매를 전기적 과산화수소 산업으로 응용할 앞으로가 매우 기대된다"고 밝혔습니다. 이번 연구는 독일의 화학 분야 학술지 <앙게반테 케미>에서 최우수 논문으로 선정됐습니다.


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