단일 원자 이합체 전기 촉매 기술개발 성과를 챗GPT로 그린 일러스트. 이산화탄소에서 고부가가치 에탄올을 선택적으로 생산할 수 있는 기술이 개발됐다. 한국연구재단은 이효영 성균관대 화학과 교수 연구팀이 이산화탄소를 에탄올로 전환하는 단일 원자 이합체 전기 촉매 기술을 개발했다고 27일 밝혔다. 에탄올은 친환경 운송 연료부터 연료 첨가제, 용매, 소독제, 석유화학 원료에 이르기까지 산업 전반에 널리 쓰이는 고부가가치 화학물질이다. 이산화탄소를 직접 전기화학 방식으로 반응시켜 에탄올로 전환하는 기술은 탄소를 자원화하는 지속 가능한 대안으로 주목받고 있다. 하지만 기존 촉매 기술은 반응 과정에서 여러 부산물을 생성해 이를 고순도로 전환하기 위한 대형 정제 설비와 추가 에너지가 필요하다. 이 때문에 부산물 분리 없이 고순도 화합물만을 선택적으로 생산할 수 있는 이산화탄소 환원 촉매 기술 개발이 요구돼 왔다. 연구팀은 뛰어난 전도성을 가진 N-도핑 그래핀 기판 위에 구리와 아연 금속 원자를 한 개씩 짝을 지어 배치한 단일 원자 이합체 촉매를 개발했다. 이 촉매는 두 개의 인접한 금속 원자가 서로 협력해 반응을 촉진함으로써 이산화탄소를 에탄올로 전환하는 게 가장 까다로운 탄소 간 결합 반응을 효과적으로 촉진하고, 전환 효율을 높인다. 오션파라다이스게임 연구팀은 실제 산업 현장에서 사용하는 상업용 멤브레인 전극 조립체(MEA) 셀 시스템에 개발한 촉매를 적용해 에탄올을 성공적으로 합성했다. 특히 별도 정제 공정 없이 69%에 달하는 높은 에탄올 선택성을 확보했으며, 성능 저하 없이 55시간 동안 안정적으로 반응을 유지했다. 이효영 교수는 “이산화탄소로부터 높은 선택성을 갖는 에탄올을 직접 생산하는 가능성을 제시한 연구결과”라며 “전기에너지를 활용한 이산화탄소 환원 반응 기술 상용화에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다. 연구결과는 국제 학술지 ‘어플라이드 카탈리시스 B:엔바이론멘탈 앤 에너지‘ 지난 1일 온라인에 실렸다. ;