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韓연구진, '물→수소' 광촉매 개발…가격·효율·환경 다 잡았다

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작성자 군효송 작성일19-04-23 17:12 댓글0건

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IBS 연구진, 효소의 작동원리 닮은 고체촉매 개발
네이처 머터리얼스지 온라인판에 게재
수소 생산 효율, 기존보다 50% 이상 높인 광촉매
값비싼 백금·이산화티타늄 광촉매와 비등한 성능
수소경제 활성화 견인 기대
【서울=뉴시스】이번 연구에 참여한 연구진의 모습. (왼쪽부터) 현택환 IBS 나노입자 연구단 단장(공동 교신저자), 이병훈 IBS 나노입자 연구단 연구원(공동 제1저자), 박승학 서울대 연구원(공동 제1저자), 남기태 미래소재디스커버리 d-오비탈 제어 소재 연구단 연구단장(공동 교신저자)의 모습. (사진=IBS 제공)

【서울=뉴시스】오동현 기자 = 국내 연구진이 세계 최초로 효소와 유사한 불균일촉매를 개발해 수소 생산 효율을 기존보다 50% 이상 높일 수 있는 새로운 광촉매를 개발하는데 성공했다.

개발된 기술은 높은 효율, 낮은 가격, 친환경성이라는 세 마리 토끼를 모두 잡은 기술로 평가된다. 이번 연구 성과로 향후 수소생산은 물론, 촉매를 사용하는 많은 화학공정에서도 생산성을 향상시킬 것으로 기대된다.

이번 연구 성과는 기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단 현택환 단장(서울대 석좌교수) 연구팀과 남기태 미래소재디스커버리 d-오비탈 제어소재 연구단 단장(서울대 교수), 김형준 KAIST 교수팀이 공동으로 얻어낸 결과다.

연구 성과는 재료분야 최고권위의 학술지 네이처 머터리얼스(Nature Materials, IF39.2)지 온라인판에 23일 0시(한국시간) 게재됐다.

연구진은 세계 최초로 우리 몸의 효소와 작동원리가 유사한 불균일촉매를 개발하고, 효율이 높은 균일촉매와 저렴하고 재활용 가능한 불균일촉매의 장점만을 결합한 새로운 촉매를 제조했다.

균일촉매(homogeneous catalyst)란 촉매가 반응물 및 생성물과 동일한 상(相)을 가질 때를 말하며, 촉매, 반응물, 생성물이 모두 다 용매에 녹아있다. 반면 불균일촉매(heterogeneous catalyst)는 반응물과 생성물이 기체나 액체상태인 것과 달리 고체상태로 상이 다르다.

연구팀은 광촉매인 이산화티타늄(TiO2) 나노입자 위에 구리 원자를 올려서, 효소처럼 작동하는 단원자 구리/이산화티타늄 촉매를 개발했다.

효소는 주변 단백질과 수소를 주고받는 상호작용으로 주변 환경과 반응하기 가장 적합한 형태로 자신의 구조를 바꿔 촉매반응에 참여한다.

연구진은 개발된 촉매가 효소와 마찬가지로 구리와 이산화티타늄이 상호 전자를 주고받는 상호작용을 진행하고, 구조를 변화시켜 효소와 유사하게 촉매반응에 참여한다는 것을 밝혔다.

또 연구진은 개발된 촉매를 햇빛을 이용해 물로 수소를 생산하는 반응에 적용하고, 전달받은 빛의 40%이상을 수소전환반응에 사용하는 뛰어난 수소생산 성능을 확인했다. 이는 기존 성능이 가장 우수한 값비싼 백금/이산화티타늄 광촉매와 비등한 성능이다.

【서울=뉴시스】개발된 촉매를 이용해 수소를 생산하는 모습. (사진=IBS 제공)

값비싼 백금 대신 구리를 사용해 경제적일뿐 아니라, 반응에 쓰였던 불균일촉매는 다시 회수해 오랫동안 안정적으로 재활용할 수 있는 만큼 폐촉매가 발생하지 않아 친환경적이란 장점도 있다.

이번 연구는 가장 이상적인 촉매인 효소와 유사하게 작동하는 불균일촉매를 세계 최초로 개발하고, 불균일촉매의 가장 큰 단점인 낮은 효율 문제를 해결했다는데 큰 의미가 있다.

현택환 IBS연구단장은 "개발된 촉매를 물을 햇빛으로 수소로 생산하는 광촉매반응에 적용하면 상온·상압에서도 안정적이고, 높은 효율로 친환경 에너지인 수소를 값싸게 제조할 수 있게 됐다”고 연구의 의미를 밝혔다.

즉, 불균일촉매와 균일촉매의 장점만을 결합해 저렴한 가격으로, 효율과 안정성이 높고, 재활용까지 가능한 기존과 전혀 다른 혁신적인 촉매를 개발한 것이다.

개발된 촉매가 재활용 가능하다는 장점을 고려했을 때 다량의 반응물을 다루는 화학공장, 에너지 산업 등에 적용해 경제적 효과를 볼 수 있다. 특히 광합성 수소 생산에서 높은 생산 효율을 보이는 만큼, 수소 생산 공정에 적용해 수소경제 활성화를 견인할 수 있을 것으로 보인다.

현택환 단장은 "현 정부가 이야기 하는 수소경제는 크게 3가지로 나눠 설명할 수 있다. 먼저 수소를 값싸게 만들어야 하며, 옮기거나 이동할 수 있어야 하고, 연료장치로 수소자동차를 달리게 해야 한다"면서 이 기술이 지닌 활용성에 기대감을 전했다.

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[쥐띠]
지금까지의 길한 날은 가고 불안한 운기가 돌기 시작한다.

1948년생, 거주문제로 마음고생이 따른다. 외출을 삼가해라.
1960년생, 빠져나갈 구멍을 찾으나 갈 곳을 없으리라.
1972년생, 애교가 없고 남과의 조화가 나쁘고 고독하다.
1984년생, 적성에 맞지 않는 일을 하게 되는 하루이다.

[소띠]
신분에 걸맞은 소망은 성취되는 시기이다.

1949년생, 화재, 문서, 인장으로 인한 사고가 우려된다. 조심하라.
1961년생, 장거리 여행도 괜찮다. 많은 것을 보고 배울 기회가 되리라.
1973년생, 한 발 물러나는 것이 길하다.
1985년생, 점점 운기가 왕성해 지는 형국이다.

[범띠]
선거라면 작건 크건 출마해서 당선될 운기가 돌고 있다.

1950년생, 통이 너무 크다. 지출을 줄이도록 하라.
1962년생, 남들과 교제가 많고 두 가지의 일을 겸업하게 되므로 어느 것도 모두 호조를 보인다.
1974년생, 머리를 쓰고 신경을 쓰는 일이 많겠다.
1986년생, 때에 따라서는 두뇌를 회전하여 기민하게 행동하는 것이 좋다.

[토끼띠]
아주 좋은 시기를 만났다. 즐거워하라.

1951년생, 과거에 실패했던 일을 다시 하면 성공하리라.
1963년생, 곧 주위의 도움을 얻어 불운은 사라지고 잘 되게 되는 운기다.
1975년생, 연출적인 일을 하는 사람에게는 더할 수 없이 좋은 시기이다.
1987년생, 용돈이나 보너스를 받게 된다.

[용띠]
질투를 받아 괴로워하게 되리라.

1952년생, 곁으로는 모든 것이 흐뭇하고 만족한 상태에 있다.
1964년생, 부부간에는 득남하거나 주거가 불안해진다.
1976년생, 이성문제가 복잡해져 곤란을 겪게 되리라.
1988년생, 부모와 자식간에 말다툼이 일어날 우려가 있다.

[뱀띠]
자제하지 않으면 생활이 화려함이 지나치게 된다.

1953년생, 여성은 유혹이 많은 시기다. 주의하도록 하라.
1965년생, 직장을 잃었던 귀하는 좋은 소식을 접하게 된다.
1977년생, 갈라졌던 옛 동료가 다시 찾아와서 협력하게 되리라.
1989년생, 친구들과 여행을 떠나라. 우정이 더욱 깊어지리라.

[말띠]
바르고 성실한 자세로 일하자. 소망을 이룬다.

1954년생, 같은 협력자를 찾아서 함께 하면 길하다. 안심하라.
1966년생, 지나치게 외골수적이고 경직된 사고 때문에 어려움에 빠진다.
1978년생, 부질없는 욕심은 일찍 버리는 것이 유리하다.
1990년생, 험난한 가운데 흐름을 따라서 진행하니 큰일도 이룬다.

[양띠]
일관성있는 자세가 필요한 하루다.

1955년생, 몸 치장에 너무 신경 쓰지 말아야 한다. 돈을 낭비하지 말라.
1967년생, 보람도 있지만 진실하게 보내게 되는 하루이다.
1979년생, 큰 운을 이어주지는 않지만 모든 일이 진행된다.
1991년생, 하찮은 일이라도 적극적이며 차근차근 밀고 나간다.

[원숭이띠]
시작단계에서 바로 잡지 못하면 뿔뿔이 흩어지는 결과가 발생한다.

1956년생, 충돌과 마찰이 생길 수 있으니 각별히 유의해야 한다.
1968년생, 자신의 의사가 남에게 전달이 잘 안 되니 답답하다.
1980년생, 처세술로 절묘하게 조화를 부릴 수 있는 하루이다.
1992년생, 변화와 변동이 많이 생기는 하루이다. 눈치를 살펴라.

[닭띠]
넓은 바다에 풍파가 일고 물이 흐려진다.

1957년생, 기대하던 일들이 성취될 듯하다가 막판에 난관을 만난다.
1969년생, 태평성대를 맞이하니 집안이 편안하며 하는 일이 순조롭다.
1981년생, 도와주려는 사람이 있어도 부담스럽다.
1993년생, 얽히고설킨 가운데 정신없는 하루를 보내게 된다.

[개띠]
어려움이 밀려가고 길함이 도래하는 시기이다.

1958년생, 기분전환이 필요한 시기이다. 좋아하는 음식을 먹어봐라.
1970년생, 주먹구구식으로 일을 처리해서 낭패를 볼 수있으니 주의해라.
1982년생, 별거했던 부부가 다시 모여 화합하게 될 수 있다.
1994년생, 빌려주었던 물건이나 돈을 받게되니 기쁨과 안도감이 생기는 하루이다.

[돼지띠]
번영과 발전을 약속 받는 출발점을 찾으리라.

1959년생, 성공이 결실을 이루는 시기에 도달하리라.
1971년생, 계획에 자꾸만 문제가 생기니 우선 계획을 점검하는 것이 필요하다.
1983년생, 현재하고 있는 일이 귀하에게 가장 적합한 일이다.
1995년생, 근검절약하여 저축에 힘쓰고 불우한 이웃에게 덕을 베풀어라.

제공=드림웍

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