최창혁 광주과학기술원(GIST) 교수팀과 김형준 한국과학기술원(KAIST) 교수팀이 불균일 촉매에서도 일산화탄소(CO)로 백금 촉매의 활성을 높이는 기술을 개발했다. 이에 따라 새로운 형태의 촉매 개발로 이어질지 눈길을 끈다. 백금 촉매는 자동차 배기가스 유해물질 제거나 수소연료전지 수소 생산 등에 활용되는데 비싸 제조 단가를 낮춰야 하는 과제가 있다.
산업용 촉매는 촉매와 반응물의 상(phase)이 같으면 균일계, 다르면 불균일계로 나뉜다. 촉매와 반응이 모두 기체 상태인 균일계에서는 그동안 일산화탄소가 촉매의 촉진제로 작용해왔다. 연탄가스나 자동차 배기가스 등에 많이 포함돼 있는 일산화탄소는 무색·무취하며 폐로 들어가면 혈액의 헤모글로빈과 결합해 산소 공급을 가로막아 심한 경우 사망에까지 이르게 한다.
연구팀은 나아가 불균일 백금 촉매에서도 일산화탄소가 촉매 활성을 돕는다는 현상을 규명했다. 전기화학적 수소 생산 반응에서 일산화탄소가 존재하면 백금 촉매 활성이 두 배 가까이 증가한 것이다. 이 현상은 단일 원자 백금이 황 원자로 둘러싸인 형태의 촉매일 때 관측된다. 분광 분석법으로 살핀 결과 일산화탄소 영향으로 단일 원자 백금과 황 원자 결합이 일부 끊어지고 일산화탄소와의 결합이 새로 생겼다. 균일 촉매처럼 불균일 촉매에서 중심 금속과 리간드(중심원자에 결합한 이온이나 분자)와의 상호작용이 발생했다.
최 교수는 “균일계·불균일계 촉매 틈을 연결하고 장점만을 구현한 새로운 형태의 촉매 개발을 지속해 연구할 계획”이라고 말했다. 논문은 미국 화학회지 1일자에 실렸다. /고광본 선임기자 kbgo@sedaily.com
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