[사이언스] KAIST 이재우 교수 연구팀, 페로브스카이트 상에서 이산화탄소 환원 촉매 개발 및 최적화 성공

탄소중립 시대에 발맞춰 탄소 포집 기술 조기 실현에 기여할 것으로 기대

특허뉴스 염현철 기자 | 기사입력 2021/10/13 [14:43]

[사이언스] KAIST 이재우 교수 연구팀, 페로브스카이트 상에서 이산화탄소 환원 촉매 개발 및 최적화 성공

탄소중립 시대에 발맞춰 탄소 포집 기술 조기 실현에 기여할 것으로 기대

특허뉴스 염현철 기자 | 입력 : 2021/10/13 [14:43]

▲ 다양한 조성의 페로브스카이트의 요인 변화 및 La2NiFeO6 더블페로브스카이트 상에서의 이산화탄소 환원반응 (ACS Catalysis, October 1, 2021, Volume 11, Issue 19, Pages 11820-12408)(그림제공=KAIST)  © 특허뉴스

 

 

KAIST는 생명화학공학과 이재우 교수 연구팀이 페로브스카이트 상에서 발생하는 이산화탄소의 열화학적 환원반응의 기작을 규명하고, 반응을 최적화하기 위한 요인을 다변화하는 데에 성공했다고 13일 밝혔다.

페로브스카이트는 ABO3(A = 란탄족, B = 전이금속)의 분자식을 가진 입방체 구조의 산화금속으로 차세대 태양전지에 응용되는 물질로 알려져 있다.

 

이 교수 연구팀은 이산화탄소의 환원반응 성능을 예측하기 위해, 기존에 주로 활용돼왔던 산소 공공 형성 에너지 계산 외에도 수소 흡착에너지, 이온 전도도 및 이산화탄소의 흡착상태를 분석해 성능 예측의 정확도를 더욱 높일 수 있다는 것을 확인했다. 연구팀이 다변화에 성공한 요인을 통해, 탄소중립 실현을 개발될 다분야의 이산화탄소 전환 및 환원 촉매의 성능을 더욱 정확하게 예측할 수 있을 것으로 기대된다.

 

페로브스카이트는 고온에서, 그리고 지속적인 산화환원을 거치면서도 그 구조를 안정적으로 유지할 수 있어 산화탄소 환원반응 및 물 분해반응에 활용될 수 있는 물질로 주목받고 있다. 하지만 기존에는 다양한 조성의 페로브스카이트 상에서 이산화탄소 환원반응의 성능을 예측하는 요인으로 산소공공 형성 에너지만을 활용했기 때문에 그 정확도가 다소 떨어진다는 단점이 있었다.

 

이 교수 연구팀은 란타넘-니켈-철산화물(La2NiFeO6 분자식) 더블 페로브스카이트를 합성하고 란타넘-니켈산화물(LaNiO3)과 란타넘-철산화물(LaFeO3)과의 비교 분석을 실시했다. 페로브스카이트 내 니켈(Ni) 구역은 산소 공공의 형성뿐만이 아닌 수소 흡착과 이온 전도도를 향상하는 것을 통해 입자의 환원을, (Fe) 구역은 이산화탄소의 강한 흡착을 방지해 이산화탄소의 해리 반응을 촉진하는 것을 확인했다. 이에 La2NiFeO6 더블 페로브스카이트에서는 각 구역의 역할이 시너지로 발현돼 각각의 단일 페로브스카이트 대비 월등한 이산화탄소 전환을 보이는 것을 확인해 일련의 요인들이 모두 성능을 예측하는 데 활용될 수 있다는 것을 연구팀은 확인했다.

 

이재우 교수는 페로브스카이트는 대량생산이 가능해 스크리닝 과정을 거쳐 최적화한 조성으로 페로브스카이트를 생산할 시, 이산화탄소를 전환해 활용하는 탄소 포집 및 활용저장 기술(CCUS)의 조기 실현에 기여할 것이라고 설명했다.

 

공동 제1 저자인 임현석 박사는 연구를 통해 페로브스카이트 상에서의 이산화탄소 전환뿐만이 아닌, 물 분해 기반의 수소생산 등 다양한 반응연구를 촉진해 탄소중립에 다방면으로 기여할 수 있을 것이란 기대를 표했으며, 김이겸 박사과정생도 페로브스카이트 촉매에서의 이산화탄소 전환 반응 기작 규명을 통해 분리와 반응이 동시에 진행될 수 있는 열화학 전환기술 상용화에 큰 역할을 할 수 있을 것으로 기대했다.

 

▲ KAIST 임현석 박사와 김이겸 박사과정이 공동 제1 저자로 참여하고 영남대학교 화학공학부 강도형 교수 연구팀과의 협업을 통해 이루어진 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘ACS 카탈리시스(ACS Catalysis)’에 9월 17일 자 온라인판에 게재됐다.(사진제공=KAIST)  © 특허뉴스


KAIST 임현석 박사와 김이겸 박사과정이 공동 제1 저자로 참여하고 영남대학교 화학공학부 강도형 교수 연구팀과의 협업을 통해 이루어진 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘ACS 카탈리시스(ACS Catalysis)’917일 자 온라인판에 게재됐으며, 연구의 파급력을 인정받아 표지논문(Front cover)로도 선정됐다.

 

논문명은 Fundamental Aspects of Enhancing Low-Temperature CO2 Splitting to CO on a Double La2NiFeO6 Perovskite 이다.

 

 

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