UNIST 에너지·화학공학부의 주상훈, 곽상규 교수팀은 염소 생산에 쓰이는 전기화학적 방법에 쓸 새로운 촉매(Pt₁/CNT)를 개발했다고 21일 밝혔다.

이 촉매는 백금 원자 하나가 탄소 나노튜브에 고르게 분산된 구조를 가졌는데, 기존 상용 촉매보다 귀금속 함량이 150배 적으면서도 염소 발생 효율은 높고 반응 조건이 덜 까다롭다는 특징을 지닌다.

염소는 주로 살균이나 소독에 쓰이며, 연간 7천500만t이 생산될 정도로 수요가 높은 화학물질이다.

현재 염소 생산을 위해서는 루테늄, 이리튬 같은 귀금속이 다량 함유된 DSA 촉매가 쓰여진다.

문제는 이 촉매에 귀금속이 다량 포함돼 비싸다는 점과 특정 조건에서 염소 생산효율이 낮아진다는 점이다.

최근 연구 결과 상용 촉매의 이러한 단점은 ‘금속산화물 기반 촉매’의 본질적 특성에 있다는 점이 밝혀졌는데, 연구진은 이에 착안해 금속산화물이 아닌 ‘단원자 분산 촉매’ 방식의 새로운 촉매 개발에 나섰다.

이번에 개발된 촉매는 탄소 나노튜브 위에 질소 원자(N) 4개로 둘러싸인 백금 원자(Pt)가 분산된 형태를 갖는다.

이 촉매는 촉매 반응이 일어나는 원자의 표면이 완전히 드러나기 때문에 함량이 적어도 높은 효율을 낼 수 있고, 다양한 전해질 조건에서도 우수한 성능을 나타냈다.

연구진은 이번 촉매 개발이 기존 50년 간 사용된 귀금속 산화물계 촉매의 패러다임을 바꿀 수 있는 새로운 개념이라고 강조했다.

특히 이번 연구는 선박평형수 및 수처리 분야에서 활용도가 높은 염소를 좀 더 쉽고 저렴하게 생산할 수 있다는 점에서 주목된다.

이번 연구성과는 네이처 커뮤니케이션즈 온라인 판에 게재됐다. 정인준 기자