포스텍은 한정우 화학공학과 교수 연구팀이 제일원리 계산을 통해 전기화학적 이산화탄소 환원 반응을 위한 촉매 스크리닝 시스템을 개발했다고 27일 밝혔다.
제일원리 계산은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 금속-질소-탄소계(M-N-C) 촉매를 평가하고 선별하는 체계화된 시스템이다. 스크리닝은 수많은 샘플을 분석해 최적 샘플을 찾아내는 방법이다.
연구팀은 촉매 스크리닝 시스템 개발에 밀도범함수 이론을 적용해 촉매의 선택성, 활성, 구조적 안정성을 계산했다. 그 결과를 바탕으로 23개의 금속-질소-탄소계 촉매 중 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni) 등 금속 3개를 실제 촉매로 합성했다. 금속-질소-탄소계(M-N-C) 촉매는 금이나 은 같은 비싼 금속을 대체해 생산 효율성을 높인다는 장점이 있다.
연구 결과 촉매 스크리닝 시스템을 도입해 전기화학적 이산화탄소 환원 개발을 위한 비용과 시간을 획기적으로 단축할 수 있었다. 이 시스템을 사용하면 전기화학적 전위에 따른 활성과 선택성의 변화를 성공적으로 예측할 수 있다.
한정우 교수는 “제일원리 계산으로 구축한 촉매 스크리닝 시스템을 이용하면 비용과 시간이 소모되는 실험 과정을 줄여 합리적으로 촉매를 설계할 수 있다”며 “이산화탄소 전환용 촉매뿐만 아니라 다양한 에너지 분야의 촉매 연구에 응용 가능해 에너지 문제 해결에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.
연구 결과는 최근 세계적인 나노 분야 학술지 '스몰(Small)'에 표지논문으로 게재됐다. 포스텍 박병준 씨, 잉 왕(Ying Wang) 박사, 이예찬 씨 등이 연구에 참여했다. 한국연구재단 미래소재디스커버리사업과 수소에너지혁신기술개발사업, 포스코 그린사이언스사업의 지원을 받아 이뤄졌다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
