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테크노트 KIST “과산화수소 대량·친환경 생산 가능한 탄소 촉매 개발”

한국과학기술연구원(KIST)은 물질구조제어연구센터 김종민 선임연구원과 계산과학연구센터 한상수 책임연구원팀이 이재우 한국과학기술원(KAIST) 교수 연구팀과 공동으로 높은 전류 밀도에서도 우수한 성능으로 과산화수소를 대량 생산하는 고효율 탄소 촉매를 개발했다고 11일 밝혔다. 과산화수소 합성에는 고가 팔라듐 촉매를 사용하는 '안트라퀴논 공정'이 주로 쓰이는데, 이는 과산화수소를 저장하고 운송하는 데 비용이 많이 들고 촉매 반응 과정에서 환경오염을 일으키는 유기 오염물질이 나오는 문제도 있었다. 이런 단점을 대체하는 공정으로 산소 환원반응을 활용해 친환경적으로 과산화수소를 합성하는 전기화학적 합성법이 주목받고 있으나 여기에 쓰이는 기존 상업용 탄소 촉매는 높은 전류밀도에서 촉매 활성도가 낮아 대량생산이 어려웠다. 연구팀은 이산화탄소를 수소화붕소나트륨과 반응시켜 붕소를 도핑한 다공성 탄소 촉매를 합성했다. 이 촉매를 실험과 계산과학으로 분석한 결과, 표면 붕소와 산소가 같이 결합한 지점에서 과산화수소 생성률이 극대화되고, 높은 전류밀도에서도 과산화수소가 잘 만들어지는 것으로 나타났다. 개발한 촉매는 실제 반응기에서 촉매 1㎏당 과산화수소 284㎏을 생산했으며 10

이창현 기자

2023-05-11 15:07

테크노트 UNIST 연구팀, '햇빛, 산소'로 자동차 내장재·화장품 원료 만든다

산소로 프로필렌 산화시키는 산업계 난제 해결...Nature Catalysis 표지논문 선정 햇빛과 산소를 이용해 자동차 내장재나 화장품 원료를 합성하는 촉매 시스템이 개발됐다. UNIST 곽자훈·장지욱·주상훈 교수팀은 고부가가치 석유화학 원료인 산화프로필렌을 합성하는 ‘3종 촉매 융합 시스템’을 개발했다. 해당 시스템은 3종류 촉매가 연속적으로 반응해 프로필렌을 산화하도록 설계된 시스템이다. 기존에 프로필렌을 산화시키는 화학공정은 유해물질을 배출하는 문제가 있었는데, 이 시스템은 유해물질 배출 없이 태양광 에너지와 산소만으로 산화프로필렌을 만들 수 있다. 산화프로필렌은 자동차 내장재나 화장품·의약품의 기초 원료로 그 수요가 꾸준히 증가하고 있는 석유화학 원료다. 원유 납사에서 프로필렌을 얻은 뒤 이를 산화시켜 합성하는데, 가장 값싸고 친환경적인 산화제인 산소와는 원하는 대로 반응하지 않아 유해 물질인 염소를 써 생산해 왔다. 최근 환경 규제가 강화되면서 염소 대신 과산화수소를 산화제로 쓰는 공법이 상용화됐지만, 과산화수소 생산 공정도 여전히 친환경적이지 못하다. 연구진이 개발한 시스템은 과산화수소까지 친환경적으로 만들 수 있을 뿐만 아니라 실시간으로 과산화

이동재 기자

2022-01-10 09:03

일반뉴스 탄소계 촉매 개발...과산화수소 친환경 생산공법 상용화 가능성↑

헬로티 이동재 기자 | 국내 연구진이 친환경 전기 과산화수소 생산 공법의 상용화 가능성을 높이는 고성능 촉매를 개발했다. 해당 촉매는 이제껏 보고된 탄소계 촉매 중 활성과 반응 효율이 가장 높았다. 특히, 촉매의 핵심 설계 요소가 밝혀져 향후 촉매 개발의 방향을 제시할 수 있을 전망이다. UNIST 화학과 주상훈 교수팀은 친환경 전기화학적 과산화수소 생산에 쓰이는 탄소계 촉매를 개발했다. 전기화학적 과산화수소 생산법은 복잡한 과정을 거치는 기존 과산화수소 생산 공법과 달리 간단하며 오염물질 배출이 없다. 탄소계 촉매는 가격이 매우 저렴해 주목받는 물질이다. 하지만 탄소계 촉매의 성능을 향상시키기 위한 ‘촉매 활성화’ 작업 중 일어나는 무분별한 촉매 구조 변화로 인해 촉매 성능을 위한 핵심 요소를 실험적으로 파악하기가 힘들고 촉매 개발에 제약이 있었다. 연구팀은 탄소 촉매의 구조를 정밀하게 조절할 수 있는 합성법을 이용해 탄소계 촉매의 성능과 효율을 향상시키는 핵심 촉매 설계 요소를 밝히고 이를 활용해 고성능 나노다공성 탄소 촉매를 개발했다. 임준성 화학과 박사과정 연구원은 “카르복실 작용기와 엣지 탄소가 핵심 촉매 활성점이라는 것을 밝히고 이러한 사실을 바탕

이동재 기자

2021-09-14 09:33